高速双向供弹活动导引控制技术研究

李子明，徐迅之

(1.海军装备部西安局，陕西 西安 710043；2.海军工程大学，湖北 武汉 430033)

随着反舰导弹技术的不断发展，对小口径反导舰炮的要求也越来越高，大幅度提高反导舰炮的射速，是提高反导命中和毁伤概率的有效手段[1-3]。俄罗斯的“嘎什坦”6管30 mm火炮及瑞士的7管25 mm火炮系统射速达到10 000发/min[4-5]，均采用双联装转管炮，其体积和后坐力大，精度差。如果增加管数和转速，30 mm口径的单转管炮也可达到9 000～10 000发/min，且结构紧凑、后坐力小、精度高，但技术难度增加，尤其是供弹系统的可靠性难以解决。为解决这一难题，采用双向交替供弹方案，使其单向供弹速度减半，供弹受力减小，可靠性提高；其关键技术之一是活动导引的控制。本文重点对高速双向交替供弹活动导引的控制技术进行研究。

1 高速双向交替供弹原理

图1为双向交替供弹原理图。左右弹鼓分别向拨弹轮4、6供弹，在拨弹轮2、3的中间上方有一活动导引，当左边供弹时，将活动导引推向右边，当右边供弹时，将活动导引推向左边，从而实现双向交替供弹。

设转管炮的射速为9 000发/min，每发炮弹使活动导引从左到右或从右到左摆动1次，摆动频率为150次/s，可见活动导引的摆动频率较高。控制导引摆动最简单的办法是利用左右供来的炮弹撞击活动导引，使其快速摆动，到位后由挡块挡住。

以活动导引回转中心B与拨弹轮2、3的回转轴心连线的垂直交点O点为坐标原点建立坐标系，炮弹撞击活动导引时的尺寸及位置关系见图2。

图中，A为拨弹轮2或3的回转轴心，D为炮弹横断面中心，F为炮弹与活动导引圆弧初始撞击切点。

设：OA=AD=CD=68 mm,OB=75 mm,CF=88.2 mm;∠OBE=22.5°，∠ABC=45°，则:

AB=BC=101.237mm

AF=77.724mm，BF=23.67mm，β=7.45°。

又设ω1和ω2分别为活动导引和转轮的转速，则:

ω1/ω2=AFcosβ/BF

ω1=AF×ω2cosβ/BF=29 297.3 (°)/s

由此可见，活动导引被撞击后速度非常大，到位后高速撞击挡块，容易发生断裂，其寿命无法得到保证。

虽然导引采用价格昂贵的超高强度合金钢(σb为1 900 N/mm2)并在到位时用缓冲簧缓冲后，但其使用寿命仅能达到设计值的三分之一。另一方面，撞击时活动导引对炮弹的反作用力较大，使炮弹在供弹接口中的运动状态受到一定影响，降低了供弹可靠性。

2 活动导引控制装置技术方案

上节分析表明：如果能够控制活动导引有规律的摆动，减少其受力并避免与炮弹撞击，则可提高活动导引寿命及供弹可靠性[6-8]。

控制活动导引的技术方案是在活动导引后位增加一个机械控制装置(以下简称控制装置)。该控制装置主要由导引联接器、转轮1和2组成。导引联接器固联在活动导引后端，转轮1与2相同，分别安装在拨弹轮2、3的传动轴上；每个转轮上伸出3个杆，相隔120°均匀分布，其结构原理见图3。

图中，活动导引在左位并即将右摆，此时右路炮弹(弹1)已脱离导引，随后杆1转动带动导引联接器(活动导引)摆动，杆1的N点从图中位置到达导引联接器的c点时，活动导引(摆动45°)到达并停在右位，随后活动导引为弹2作导引，当杆1的M点到达导引联接器的d点时，杆4的PQ弧与导引联接器的gh弧接触，继续转动时杆1脱离导引联接器。当杆1转动60°时，杆4的Q点到达导引联接器的g点，开始重复上述动作，从而实现导引联接器(活动导引)的有序摆动。

由图3还可以看出，转轮的杆越长，导引联接器的摆动速度越快，摆动时间越短，起始点的撞击速度和撞击力越大，反之，起始点的撞击速度和撞击力越小，摆动时间越长。因此，在导引联接器摆动过程中，活动导引不与炮弹干涉时尽量缩短杆长。

图4是活动导引在左限位时控制装置与炮弹的位置关系图。

此时，

α=α0=22.5°,β=β0,θ=θ0

BD=88.2 mm，BG=68 mm，OE=45 mm，EF=3.34 mm

AO=BO=101.237mm，∠CBD= 39.56°

由图4所示几何关系可得弹1中心到活动导引的距离FG、活动导引转动角度α的关系式为：

FG=[(BC+OEsinα-EFcosα-BGcosβ)2+(OC-OEcosα-EFsinα-BGsinβ)2]0.5

(1)

tanα=AH(AO-AHcosθ)-1sinθ

(2)

α=arctan{[sin(α0+θ0)-sinα0cos(θ0-ωt)]-1sinα0sin(θ0-ωt)}

(3)

式中，ω为转轮转速；t为时间。

当β由β0+∠GBD到β0的转动过程中，活动导引不动，随后活动导引在转轮带动下向右摆动，摆动45°后到右限位，此时，转轮1、转轮2及炮弹转动2θ0，每发弹间隔60°，故:

∠CBD-β0=∠GBD=60°-2θ0

β=β0-ωt=2θ0-20.44-ωt

(4)

将式(3)、式(4)带入式(1)，选取不同的ωt和θ0，计算结果如表1。

表1 不同的ωt和θ0时 FG的值 mm

只要FG的值大于炮弹的半径，即可保证活动导引与炮弹不干涉。取FG最小距离不小于22 mm(留2 mm余量)，初始角θ0选17.5°满足要求。

将θ=17.5°带入式(2)，可得对应杆长AO=60.3 mm。

3 计算与分析

根据式(2)，得 ：

α=arctan{[AO(AH)-1-cos(θ0-ωt)]-1sin(θ0-ωt)}

令k=AO/AH，并对上式求导可得出活动导引的转速ω3为：

ω3=ω[1-kcos(θ0-ωt)][k2+1-2kcos(θ0-ωt)]-1

当θ0-ωt=0°时，ω3达到最大值，其绝对值为:

|ωmax|=11 080.8 (°)/s

可见改进后活动导引的最大速度比原方案低，下降比例为:

K1=(ω1-ωmax)/ω1×100% =54.8%

当t=0时，ω3为初始速度，其绝对值为:

|ω0|=6 919.2 (°)/s

此转速也是活动导引摆动到位时的转速，由此可见，起始点的撞击速度比原方案炮弹撞击活动导引的速度大幅度降低，下降比例为:

K2=(ω1-ω0)/ω1×100%=76.38%

4 结 论

增加控制装置可有效降低活动导引的撞击速度和最大速度，从而大幅度减小了活动导引受到的载荷，提高其使用寿命，另一方面，改进方案避免了炮弹与活动导引的撞击，使供弹可靠性得到提高。

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