火炮弹性胶泥缓冲器结构设计及有限元分析
中北大学机电工程学院 马彦晋 苏铁熊 仝志辉
现代火炮普遍采用了反后坐装置，它主要是由制退机和复进机组成。随着现代战争对火炮系统性能和威力的要求不断提高[1]，为了在不降低火炮系统性能的前提下同时提高火炮的机动性，弹性胶泥缓冲器火炮应运而生。这种结构的火炮以具有结构简单、体积小、质量轻、价格便宜、性能稳定、耐老化性强、使用寿命长，且无毒无臭等特点，受到了火炮研究者的青睐，因而与火炮匹配的缓冲器的设计非常重要，但设计难度也比较大。有限元法是现代兵工、机械设计的重要工具．对于提高产品的质量、降低产品开发制造成本、缩短开发周期具有重要意义。
1 火炮反后坐装置原理简介
在火炮炮身与架体之间安装的、用来耗散和储存火炮射击时的后坐能量并使炮身复位的结构部件称为反后坐装置[2]。传统反后坐装置一般由制退机和复进机两部分组成，火炮发射时，一方面火药燃气推动弹丸向前运动直至脱离炮口，另一方面膛内火药气体也作用于炮身，使炮身等构件向后运动，这称为后坐运动。火炮后坐时，制退机给将一个幅值很大、变化剧烈的炮膛合力在短距离上做的功转化为一个幅值较小、变化平稳的后坐阻力，从而起到缓冲的作用；火炮复进时，复进机给炮身等构件提供一个向前的力，最终使其回复到发射前的状态，从而起到复进的作用。
2 火炮弹性胶泥缓冲器结构设计
火炮弹性胶泥缓冲器是一种把可压缩体积的，具有流动性、粘弹性的胶泥放于密闭的容器中，以实现在火炮后坐时缓冲后坐能量，复进时提供复进力的机构。由于弹性胶泥的特殊性质，使其具有相当于传统反后坐装置中的制退机和复进机的作用。基于此,本文设计出一种可以用于火炮的弹性胶泥缓冲器，其结构如图1
现代火炮普遍采用了反后坐装置，它主要是由制退机和复进机组成。随着现代战争对火炮系统性能和威力的要求不断提高[1]，为了在不降低火炮系统性能的前提下同时提高火炮的机动性，弹性胶泥缓冲器火炮应运而生。这种结构的火炮以具有结构简单、体积小、质量轻、价格便宜、性能稳定、耐老化性强、使用寿命长，且无毒无臭等特点，受到了火炮研究者的青睐，因而与火炮匹配的缓冲器的设计非常重要，但设计难度也比较大。有限元法是现代兵工、机械设计的重要工具．对于提高产品的质量、降低产品开发制造成本、缩短开发周期具有重要意义。
1 火炮反后坐装置原理简介
在火炮炮身与架体之间安装的、用来耗散和储存火炮射击时的后坐能量并使炮身复位的结构部件称为反后坐装置[2]。传统反后坐装置一般由制退机和复进机两部分组成，火炮发射时，一方面火药燃气推动弹丸向前运动直至脱离炮口，另一方面膛内火药气体也作用于炮身，使炮身等构件向后运动，这称为后坐运动。火炮后坐时，制退机给将一个幅值很大、变化剧烈的炮膛合力在短距离上做的功转化为一个幅值较小、变化平稳的后坐阻力，从而起到缓冲的作用；火炮复进时，复进机给炮身等构件提供一个向前的力，最终使其回复到发射前的状态，从而起到复进的作用。
2 火炮弹性胶泥缓冲器结构设计
火炮弹性胶泥缓冲器是一种把可压缩体积的，具有流动性、粘弹性的胶泥放于密闭的容器中，以实现在火炮后坐时缓冲后坐能量，复进时提供复进力的机构。由于弹性胶泥的特殊性质，使其具有相当于传统反后坐装置中的制退机和复进机的作用。基于此,本文设计出一种可以用于火炮的弹性胶泥缓冲器，其结构如图1
图1 火炮的弹性胶泥缓冲器结构示意图
1 活塞杆 2 端盖 3 缸壁 4 活塞 5 注气阀 6 单向阀
活塞杆1与火炮后坐部分固连，缸壁3与火炮摇架固连。通过注气阀5向氮气室内注入高压氮气，并通过单向阀6，使活塞工作腔内胶泥压力升高到预压力P。当火炮发射前，外力F小于预压力P，活塞杆保持静止不动；当火炮发射过程中，当后坐力大于预压力P时，火炮后坐部分向后运动，带动活塞杆1随之运动，同时带动活塞4向容器内运动。活塞挤压工作腔内胶泥，一方面使得胶泥体积被压缩，另一方面使得胶泥经过活塞上的4条阻尼槽流动，起到阻尼的作用。随着胶泥体积的减小，产生的后坐阻力逐渐增大，直到与后坐力F相等；当后坐力减小直至消失时，胶泥体积恢复到原状，推动活塞向容器外运动到起始位置。
活塞杆1与火炮后坐部分固连，缸壁3与火炮摇架固连。通过注气阀5向氮气室内注入高压氮气，并通过单向阀6，使活塞工作腔内胶泥压力升高到预压力P。当火炮发射前，外力F小于预压力P，活塞杆保持静止不动；当火炮发射过程中，当后坐力大于预压力P时，火炮后坐部分向后运动，带动活塞杆1随之运动，同时带动活塞4向容器内运动。活塞挤压工作腔内胶泥，一方面使得胶泥体积被压缩，另一方面使得胶泥经过活塞上的4条阻尼槽流动，起到阻尼的作用。随着胶泥体积的减小，产生的后坐阻力逐渐增大，直到与后坐力F相等；当后坐力减小直至消失时，胶泥体积恢复到原状，推动活塞向容器外运动到起始位置。
