7.62 mm双管转膛高射速机枪设计方案研究

李晓彤，王惠源，李忠贤，张鹏军，张成卿

（1.中北大学机电工程学院，山西太原 030051；2.中国兵器装备研究所，北京 102200）

7.62 mm双管转膛高射速机枪设计方案研究

李晓彤1，王惠源1，李忠贤2，张鹏军1，张成卿1

（1.中北大学机电工程学院，山西太原 030051；2.中国兵器装备研究所，北京 102200）

提出一种高射速7.62 mm双管转膛机枪方案，介绍机枪的总体组成以及工作原理。确定了机枪工作循环图，进行了内弹道计算。建立了机枪结构三维模型，利用ADAMS软件进行了机枪动力学仿真。仿真结果表明设计方案可行，能够实现6 000发／min的高射速。对该机枪的特点进行了分析，并与其他同口径武器的技术指标进行对比。

转膛；双管；机枪；高射速；内弹道；动力学仿真

转膛武器［1］结构简单，工作可靠。它利用多膛同时工作的原理，缩短自动工作循环时间，较大幅度地提高了射速。转膛式武器按身管数分有单管转膛和双管转膛两种，现在世界上单管转膛武器应用较多。目前单管转膛炮最高射速可达1 100～1 500发／min，双管转膛机枪［2-3］最高射速可达4 000～6 000发／min。

笔者通过对双管转膛机枪工作原理及特点的分析研究，提出双管转膛式机枪的总体设计方案。

1 双管转膛机枪总体组成

双管转膛式机枪采用身管后坐-导气混合式［4］为主体兼用转膛式以提高射频的方式。该机枪在后坐过程中，由于转膛表面特殊的曲线槽设计，部分后坐能量可以被储蓄起来并转化为复进能量。抛壳、进弹、击发等动作均通过导气管提供的火药气体来完成，降低机构的复杂程度，同时也大幅度提高了射频。

双管转膛机枪总体分为四大部分：转膛组件，导气机构组件，机匣组件，输弹机部件，如图1所示。

1）转膛组件：包括身管、转膛、转膛架等。它的主要作用是武器击发后，随着身管后坐使转膛转动，从而实现枪弹从输弹位置转到待击发位置，以及弹壳转到抛壳位置。

2）导气组件：包括导气分布器、输弹传动装置等。枪弹击发后，火药燃气通过导气装置完成上身管击发、进弹、抛壳等动作。另外，导气管被转膛带着转动，并把动力传送到拨弹轮驱动齿轮上，从而使拨弹轮转动拨弹。

3）机匣组件：包括滚轮、助退器、首发机构、机体等。机匣的主要作用有支撑摇块使两个滚轮交替作用；当火药气体进入助退器时增大后坐部分后坐力；装在机匣上的扳机实现下身管首发击发。

4）输弹机部件：包括拨弹轮、导引、除链齿等。弹链直接和供弹机构相连，位置在机匣右端。功能如下：从柔性导引中拨出含链枪弹；将枪弹脱链；将枪弹拨至拨弹轮气杯处；实现双路供弹。

2 双管转膛机枪工作原理

双管转膛机枪工作原理是：扣动扳机后释放辅助撞杆，辅助撞杆撞击摆动击锤，实现下身管枪弹的击发。随后当下身管枪弹运动至膛内第1处导气孔时，火药气体通过进弹气孔流入进弹系统。同时火药气体经过多支导气装置，一部分进入抛壳系统，将与抛壳口对正的弹膛内的弹壳抛出；一部分火药气体通过传动轴进入气体分布器，在分布器内火药气体分散且流入对应的拨弹轮气杯，当其中火药气体压力升高至一定程度时，对应位置的枪弹被推入和进弹口一致的弹膛。随后上身管对应弹膛内枪弹被气动击发装置击发。

在两发枪弹发射过程中，弹头在对应身管运动时，后坐冲量传递到武器后坐部分。武器后坐部分包括转膛、身管、转膛架等，如图2所示。

当转膛后坐时，机匣盖上的凸轮滚轮驱动转膛回转运动，将一部分后坐能量转化为转膛回转能量，转膛再通过导气管构件上的齿轮结构把转动传递给拨弹轮，以实现输弹，如图3所示。

当完全后坐到位时，后坐停止，转膛回转速度达到最高。在这点时，凸轮滚轮到达凸轮的复进部分，从而转膛的回转能量转化为后坐部分的复进能量，使得后坐部分复进至初始发射位置。当复进到初始发射位置时，凸轮端部的斜直线段使得凸轮滚轮抬起脱离凸轮槽。在凸轮滚轮摇臂的作用下另一凸轮滚轮同时进入下一个凸轮曲线槽，以备完成下一个射击循环，原理图如图4所示。

该机枪一般采用弹链的供弹方式，考虑到双管同时工作的情况，采用双路弹链供弹的方法，这样提高了弹链的安全性并且弹箱安装也更加方便，不需要一般高射速机枪配备的额外提弹机。机枪主要动作位置分布如图5所示。

3 主要参数估算

3.1 机枪工作循环图确定

机枪工作循环图对武器性能影响很大，它描述了基础构件的工作顺序和各机构的运动关系，可作为机构动作是否可靠、协调，射击频率、后坐阻力是否满足要求的依据。以基础构件（转膛）的位移和时间为变量来制作工作循环图。循环图确定以后，便可设计并建立机枪的结构模型。机枪工作循环如图6所示。

3.2 内弹道参数

双管转膛机枪击发后，火药气体产生的炮膛合力给机枪的后坐部分提供了后坐能量。在仿真中给后坐部分加载的主动力即为炮膛合力。计算炮膛合力则需先算出膛压 时间的关系。

根据某7.62 mm枪弹的相关参数，通过内弹道方程组［5］，计算其内弹道参数。

式中：Ψ为火药燃烧百分比；χ为形状特征量；Ζ为已燃相对厚度；λ、μ均为系数；μ1为燃速系数；e1为火药厚度的一半；p为内弹道膛压；n燃速指数；v为弹丸速度；m为弹丸质量；φ为次要功系数；S为炮膛横断面积；lΨ为药室自由容积缩径长；l为弹丸运动行程；ω为装药量；f为火药力；θ为系数。

后效期膛内压力

式中：pg为弹丸出炮口时的膛内压力；tg为弹丸出炮口时间；b为后效作用常数。

计算得到膛压 时间的关系如图7所示。

3.3 仿真计算

将建立好的双管转膛机枪主要运动部件导入ADAMS软件，添加约束，建立动力学仿真模型，之后便可进行仿真运算，通过仿真运算可得到双管转膛机枪的主要运动学及动力学参数［6］。

3.3.1 炮膛合力计算

在仿真中给后坐部分加载的炮膛合力可根据下面公式来计算。

式中：Fpt为炮膛合力；P为膛压（在不同时期，P为内弹道膛压或后效期膛压）；d为线膛直径。

通过以上计算可得到炮膛合力-时间关系曲线。由于上身管枪弹是由下身管火药气体击发，因此上身管作用的炮膛合力在时间上要稍微滞后于下身管的炮膛合力。对后坐部分下身管和上身管处加载的力分别如图8所示。

3.3.2 供弹阻力估算

高速供弹产生的供弹阻力是影响武器射速的一个不容忽视的因素，仿真时应把这部分阻力加载上。考虑到弹链的弹性因素，以及倾斜放置的弹链的重力分量及摩擦力，弹链供弹时弹链阻力计算公式为

式中：k为弹链刚度；m为一个带枪弹的链节质量；vp为拨弹速度；N为悬挂部分炮弹数；θ为弹带倾角；f为摩擦系数。

弹链刚度k通过有限元计算得294 N／mm，带枪弹的链节质量m为27.3 g，拨弹速度vp取最大值1.92 m／s，悬挂部分炮弹数N为10发，弹带倾角θ为0，摩擦系数f取0.15，由于是双路供弹，弹链阻力应为2Fz。计算供弹阻力结果为179.98 N。

3.3.3 仿真结果

后坐部分的速度-时间曲线如图9所示。

仿真中选取复进簧刚度为30 N／mm，仿真结果显示，后坐部分的最大后坐速度为2.98 m／s，一个循环所用时间为24 ms，理论射速为5 000发／min。此时机枪无法达到6 000发／min的理论射速，考虑使用助退器。

3.3.4 加助退器后的仿真结果

助退器可以增大后坐部分的后坐速度，减少自动循环时间，从而使射速达到理论值。助退器工作原理为：当上身管弹头运动至助退器导气孔时，火药气体通过导气孔进入助退活塞筒，活塞筒外包裹着两个身管。活塞筒内火药气体压力作用于活塞，活塞通过活塞肩部与两个身管作用，以此达到增加后坐能量起到身管助退的作用。考虑到在射击开始时会产生较后坐力更大的向前拉力，拟在枪架上安装双向缓冲装置，以减小其对武器稳定性的影响。

加载的助退器内腔气压-时间曲线和助退力-时间曲线如图10所示。

加了助退器后，仿真结果曲线图如图11～13所示。

从仿真结果中可以看出，后坐部分最大后坐位移有30 mm，运动规律与自动循环图设计的基本吻合。后坐部分最大后坐速度可达3.63 m／s，一个循环所用时间为19.7 ms，射速为6 091发／min，可以达到设计的理论射速。转膛随着后坐运动同时转动，其转动角速度逐渐增大，后坐到位时转动角速度达到最大值，复进时转膛继续转动，在滚轮到达凸轮曲线槽直线段部分时停止转动。

4 方案特点

7.62 mm双管转膛机枪主要对付的目标是空中快速移动目标。与相同射速的转管机枪［7］相比，双管转膛机枪启动时间短；由于是几乎两发枪弹齐射，在射击精度上也要比同射速的转管机枪要高。

双管转膛机枪可以避免瞎火弹的影响。当遇到瞎火弹时，机枪停止射击，可利用清膛装置将瞎火弹清理出去。

武器系统效率高。双管转膛机枪瞬时达到最高射速。在1 s的点射时间内，双管转膛机枪发射的弹数比相同射速转管机枪发射的弹数多1／3。如果是0.5 s的点射时间，双管转膛机枪发射的弹数比转管机枪多一倍。

该方案需要注意的问题：一是首发装填，首发射击前，需实现上下身管对正的膛内各有一发枪弹；二是枪弹自燃，由于机枪结构特点，射击结束时转膛内仍有两发枪弹，连续发射弹数较多，停射时可能导致枪弹自燃。

5 结束语

高射速是自动武器设计研究的一个重要方向。笔者提出一种7.62 mm双管转膛高射速机枪方案。通过对机枪循环图的确定，主要参数的估算，结合动力学仿真，初步论证了方案的可行性。7.62 mm双管转膛机枪的理论射速可以达到6 000发／min。这种双管转膛机枪在射速等方面比现有同口径武器具有优越性。因此该双管转膛机枪方案对高射速自动武器的研究有一定的参考价值。

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Study on Scheme Design of 7.62 mm High Firing Rate Twin Barrel Revolver Gun

LI Xiaotong1，WANG Huiyuan1，LI Zhongxian2，ZH ANG Pengjun1，ZH ANG Chengqing1

（1.Electromechanical Engineering College，North University of China，Taiyuan 030051，Shanxi，China；2.China Ordnance Equipment Research Institute，Beijing 102200）

A new scheme in terms of 7.62 mm high firing rate twin barrel revolver machine gun is proposed with an introduction to the mechanisms of the machine gun and working principle.The working cycle diagram is determined and the interior ballistic parameters are calculated.The solid mechanism three-dimensional model of the gun is established.The gun mechanism dynamics simulation is carried out by using ADAMS software.The result of dynamics simulation shows that the design scheme is feasible and the high firing rate of 6 000 rounds per minute can be achieved.An analysis is made of the characteristics of the 7.62 mm twin barrel revolver machine gun in comparison with other 7.62 mm machine guns in terms of technical indices.

revolver；twin barrel；machine gun；high rate of fire；interior ballistic；dynamics simulation

TJ202

A

1673-6524（2015）03-0044-05

2014- 09- 10；

2015- 03- 04

李晓彤（1990－），女，硕士研究生，主要从事高射速发射理论技术研究。E-mail：984273842＠qq.com