魯 剛，何云峰，王昌明，張愛軍

(南京理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

水下輕武器在國外是一個研究的熱點，俄羅斯、美國、德國和英國等許多國家已經(jīng)研制出相關(guān)裝備。兩棲輕武器是最近幾年才公開報道的裝備，據(jù)報道，俄羅斯1991年研發(fā)了第一種兩棲突擊步槍，又經(jīng)十余年的努力，于2000年研制成功的ASM-DT5.45 mm兩棲突擊步槍，通過了國防部的全面試驗鑒定(包括陸上和水下)。5.45 mm兩棲突擊步槍的裝備，將使俄羅斯特種部隊的武器更加先進，不但可以簡化裝備，而且較好地解決了水下、陸上戰(zhàn)斗狀態(tài)的及時轉(zhuǎn)化問題，極大地提高了特種作戰(zhàn)部隊的攻擊和防御能力。近年來，俄羅斯又研制了ADS5.45 mm兩棲突擊步槍，增加了1個可拆卸的40 mm榴彈發(fā)射器，膛口可以加裝制退器/減震器、消聲器或空包彈發(fā)射適配器，另外ADS兩棲突擊步槍還重新選擇了制造材料，配有可調(diào)節(jié)的機械瞄具，機匣頂部設(shè)計有一體式提把，提把上方加裝皮卡汀尼導(dǎo)軌，可以安裝各種晝夜光學(xué)瞄具，近年來才剛剛裝備俄軍部隊,執(zhí)行海上安全和反恐任務(wù),目前，根據(jù)它的性能，ASM-DT突擊步槍是世界上唯一的一種兩棲突擊步槍[1]。

文獻[2-6]分別對陸上自動機的測試技術(shù)及虛擬測試技術(shù)進行了相關(guān)研究，利用激光傳感器測得需要的位移和速度參量，而對于兩棲武器自動機的測試則鮮有報道。兩棲武器的總體構(gòu)想是基于陸上和水下可同時使用，對其綜合性能的研究是非常重要的，而對自動機運動性能的分析研究又是其中關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，本文旨在通過自動機運動參數(shù)的研究，對比陸上和水下不同介質(zhì)條件下自動機工作特性，為兩棲自動機的研究提供參考。

1 自動機運動規(guī)律分析

自動機的各工作機構(gòu)如閉鎖機構(gòu)、供彈機構(gòu)和擊發(fā)機構(gòu)等都是用來傳遞活動機件中原動件如槍機、槍機框等的運動的，用來使工作件如槍體、槍機框或擊錘等完成有關(guān)射擊的動作。自動機參數(shù)分析系統(tǒng)組成框圖如圖1所示[7-8]。

兩棲輕武器也是具有導(dǎo)氣裝置的自動武器，氣室內(nèi)的火藥氣體壓力使自動機主動件運動。發(fā)射時，膛內(nèi)火藥燃氣推動彈頭前進，彈頭經(jīng)過導(dǎo)氣孔后，火藥燃氣經(jīng)導(dǎo)氣孔進入氣室，作用在自動機的活塞上，帶動槍機開始運動。當(dāng)經(jīng)過槍管上開出的導(dǎo)氣孔時，火藥氣體泄露，在陸上和水下射擊時，兩棲輕武器是通過調(diào)節(jié)放氣孔的大小來控制火藥氣體的泄露的，在陸上射擊時，使用大的放氣孔，在水下射擊時，使用小的放氣孔。此時，槍機要完成自由行程、旋轉(zhuǎn)開鎖以及拋殼等動作?；鹚帤怏w的作用結(jié)束后，自動機主動件的速度迅速下降，但是由于慣性原因主動件繼續(xù)后坐，在慣性后坐的過程中會壓縮復(fù)進簧，直到后坐到位。后坐到位后，復(fù)進簧伸張力的作用下主動件開始復(fù)進，完成推彈行程及旋轉(zhuǎn)閉鎖動作，速度下降直至為零，復(fù)進到位。在復(fù)進到位后，主動件由于與槍體(機匣)發(fā)生碰撞，槍體還會存在輕微短暫的振蕩。

自動機主動件的運動包括后坐和復(fù)進兩個過程。細分開來，在主動件后坐期間，包括自由行程、開鎖行程、抽殼行程和拋殼位置以及后坐到位；在主動件復(fù)進期間，包括掛機前行程、推彈前行程和推彈行程、閉鎖行程、閉鎖后行程、擊發(fā)行程。自動機參數(shù)測試結(jié)果如表1所示。

表1 自動機參數(shù)測試數(shù)據(jù)

由表1可見，自動機主動件在陸上后坐的平均最大速度為7.87 m/s，在水下為7.70 m/s；在陸上復(fù)進的平均最大速度為5.69 m/s，在水下為2.90 m/s，可知，主動件在陸上和水下后坐時的最大速度相差不大，但復(fù)進時的最大速度相差明顯，陸上為水下的2倍左右。

2 自動機設(shè)計

2.1 提高自動機壽命的技術(shù)措施

兩棲輕武器開閉鎖方式可采用旋轉(zhuǎn)閉鎖方式，使得能量消耗相對較小，同時使得各構(gòu)件之間的碰撞速度盡可能的低，這些也是陸用槍及水下槍械在提高武器壽命時常采取的措施。

兩棲輕武器的使用環(huán)境是陸上和水兩種介質(zhì)，在陸上達到300～400 m的有效射程就可以起到有效威懾的作用，但在水下的威力要達到相關(guān)水下輕武器的水平。自動機就必須選用相對耐腐蝕性強的材料，這樣可以保證在水下射擊時，自動機具有抗腐蝕性，另外，還要注意零件材料相互間的匹配，避免由于零件材料的不同而造成的電位差異，使得零件在水中相互電腐蝕，影響自動機的性能。彈簧可選用不銹彈簧鋼絲。這些措施對提高兩棲自動機的壽命有很大的作用。

2.2 提高工作可靠性的技術(shù)措施

根據(jù)兩棲使用的特點，對自動機可采取多種技術(shù)措施來提高工作的可靠性。

1)加大自動機主動件與從動件的質(zhì)量比，增加機框的質(zhì)量，以使自動機的存速性能提高。

2)采用自動機前沖擊發(fā)的開膛待擊方式，利用自動機主動件復(fù)進時的能量擊發(fā)，用主動件的慣性來克服和減小水深對擊發(fā)能量的影響。

由于需要陸上和水下使用，兩種彈藥的長度差異較大，在使用時要互換兩種長度不同的彈，使得自動機主動件相對兩種彈匣后端的位置不一致。這個問題可通過自動機前沖擊發(fā)的開膛待擊方式來解決。此種方式是在待擊狀態(tài)時，主動件停留于掛機位置，利用自動機主動件復(fù)進到位的能量擊發(fā)。因此，自動機主動件必須能夠保證一定的復(fù)進到位的速度，從而保證擊發(fā)的可靠性。所需要的復(fù)進簧的簧力相對較大，在淺水和陸上復(fù)進到位的撞擊相對較大，擊發(fā)能量隨自動機速度的變化而變化。

3)導(dǎo)氣裝置可采用調(diào)整氣室放氣孔大小的放氣式能量調(diào)節(jié)方式，這與采用調(diào)整導(dǎo)氣孔大小方式的槍械相比，在水中射擊時有更大的優(yōu)勢。由于采用這種導(dǎo)氣裝置，使得自動機主動件的復(fù)進時氣室內(nèi)介質(zhì)的排泄多了一個通道，同時在槍體上開出許多排液孔，使主動件在復(fù)進過程中能更好地排泄掉氣室內(nèi)的水，從而使得主動件的復(fù)進阻力相對較小，能更好地保證主動件復(fù)進到位時的速度。該種自動方式的最大優(yōu)點是在不同環(huán)境條件下使用，既能保證自動機有足夠的工作能量，又能平穩(wěn)地工作，但武器的結(jié)構(gòu)比自由槍機式要復(fù)雜。

4)調(diào)整復(fù)進簧力，保證自動機主動件在不同水深處有一定的復(fù)進到位速度，大約為3 m左右，同時調(diào)整導(dǎo)氣孔大小，保證主動件在不同水深處有一定的后坐到位速度。

2.3 影響自動機運動規(guī)律的因素

通過試驗現(xiàn)象，分析試驗結(jié)果可知，自動機主動件的運動主要由以下因素決定：

1)火藥氣體的作用。

2)自動機運動時各構(gòu)件間的碰撞。

3)機匣內(nèi)介質(zhì)在自動機運動時的運動狀況。

4)氣室內(nèi)的介質(zhì)在自動機主動件復(fù)進時的泄露狀況。

因此，自動機主動件后坐到位緩沖裝置的設(shè)置是非常必要的，它可以吸收和消耗主動件后坐到位時的多余的能量，大大減少主動件后坐到位時的沖擊作用。在兩棲步槍中，采用杠桿轉(zhuǎn)換式緩沖裝置，通過調(diào)整簧力達到最佳狀態(tài)，可提高射擊的穩(wěn)定性，減緩射擊時對射手的沖擊力。

分析試驗結(jié)果可知，水下發(fā)射時，由于水中的阻尼較陸上的要大得多，自動機在運動中會表現(xiàn)出：在水中自動機主動件速度衰減比在空氣中快；水下自動機主動件運動時消耗的能量比在陸上運動時消耗的能量要大些，因此在水下發(fā)射時，要增加彈藥的裝藥量，以保證主動件在復(fù)進到位時達到完成發(fā)射所需要的速度。由于自動機要滿足不同水深時的運動要求，在淺水和陸上發(fā)射時，勢必會存在較大的碰撞，自動機各構(gòu)件間的碰撞會對自動機構(gòu)成以下的影響：

1)活動機件運動速度的突然變化會影響到工作的平穩(wěn)性，并有能量損失，而使射擊頻率降低。

2)構(gòu)件碰撞時能產(chǎn)生很大的慣性力，影響零件的強度和壽命。

3)抽彈和推彈時的碰撞可能會影響自動機工作的可靠性。

4)活動機件在前后方位置的碰撞，會影響武器的射擊精度。

在進行能量分析時，要保證構(gòu)件的能量在碰撞后能完成射擊的動作。為了減少碰撞能量的損失，可在結(jié)構(gòu)上將傳速比限制在一定數(shù)值之下，以減輕碰撞的不利影響。

3 兩棲自動機研究的技術(shù)難點

要滿足陸上和水中使用的要求，在自動機運動規(guī)律的研究上存在很大的難度，主要針對以下兩個問題進行解決：

1)在兩種介質(zhì)中工作時，自動機的可靠性。自動機在滿足水下機構(gòu)動作要求的可靠性的同時，需要滿足在陸上使用時機構(gòu)動作的可靠性要求。保證自動機在水下運動時各機構(gòu)動作可靠，需要盡可能多的在相關(guān)零件上開出排液口，以便減小自動機主動件在復(fù)進和后坐過程中水阻力，但是這同時使得槍的防塵能力下降，可能在陸上使用時，風(fēng)沙環(huán)境會使自動機主動件在運動時容易發(fā)生故障。由于這個矛盾會永遠存在，所以在此需要找出它們之間的一個平衡點。導(dǎo)氣裝置上采用調(diào)整氣室放氣孔大小的放氣式能量調(diào)節(jié)方式。

2)陸上自動機運動劇烈，致使自動機各部件的壽命會受到影響。由于是在兩種介質(zhì)中使用，而且兩種介質(zhì)的密度相差很大：水的密度大約是空氣的800倍。通過能量調(diào)節(jié)器可以對后坐的能量進行調(diào)節(jié)，使得自動機主動件在陸上和在水下運動時的最大后坐速度基本相當(dāng)。雖然可在自動機的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及工藝改進等方面做大量的工作，但是還需要找出一種可以使復(fù)進簧力的大小在兩種介質(zhì)中方便轉(zhuǎn)換的方法，致使自動機主動件在陸上的復(fù)進運動的速度與在水下時復(fù)進運動的速度相差1倍左右。在陸上自動機運動時，各機構(gòu)部件間以及自動機主動件與槍體間的碰撞相對來說要比在水下劇烈一些，使得碰撞零件的壽命受到影響，從而影響到陸上全槍的壽命。

4 結(jié) 論

本文從自動機運動規(guī)律的入手，分析了陸上和水下自動機運動規(guī)律的差異，根據(jù)其使用環(huán)境的差異和特殊性，提出了提高自動機壽命、工作可靠性的技術(shù)措施，分析了影響自動機運動規(guī)律的因素，指出了兩棲自動機研究的技術(shù)難點，為該類型武器的研制提供了一些有意義的參考。

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