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手枪可感后坐仿真分析

2017-07-15谭继宇沙金龙李朋超

价值工程 2017年23期
关键词:手枪冲击

谭继宇 沙金龙 李朋超

摘要: 手枪射击过程中存在震手的问题,其本质原因是自动机向后运动过程中与握把组件发生刚性碰撞对虎口部位产生冲击作用,本文基于以上现象,建立了人手持枪模型,对手枪发射过程中射手手部感受到的可感后坐进行求解。

Abstract: Pistol shooting will shock the shooter's hand. The reason is when the automata moves backward, there is rigid collision with the grip parts, which will cause an impact to the part of the hand between the thumb and the index finger. Based on the phenomenon above, the human hand-hold-pistol model is established, to find the appreciable posture felt by the hand of the shooter in the shooting process.

关键词: 手枪;可感后坐;冲击

Key words: pistol;appreciable posture;impact

中图分类号:TJ21 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2017)23-0120-03

1 可感后坐的基本概念与评价方法

1.1 武器可感后坐的概念

武器发射弹丸时,武器体部在制动后坐状态下所产生的向后运动的行为称为武器的可感后坐,是武器的支承体(如射手的肩部)所能感受到的后坐。武器的可感后坐不但与武器的威力、自动原理相关、还与武器体部的缓冲装置、武器的质量等特性有关。

1.2 武器可感后坐的评价方法

目前,对于评价武器后坐而言,常见的评价因素一般有后坐能量、最大后坐速度、最大后坐力、后坐动量等,在实际射击过程中这些物理量会触发人体外围感觉系统可以感受3种基本感觉类型: 触压感、痛感以及本体感觉。触压感是对后坐力在一定时间内积累作用强度的反应,其对应的物理特征量即为枪械对射手的作用冲量。痛感是由射手抵枪处受到的压强引起的,其最大刺激量为射击过程中传到射手身上的最大后坐力。本体感是射手对躯干位置和运动状态的感知,引发这种感觉的物理量是躯体的加速度、速度和位移。

对于手枪而言,射击过程中射手手部难以忍受的震手的感觉主要是后坐冲量引起的。因此,本文主要针对枪械对射手的后坐冲量这一因素对手枪的可感后坐进行评价。后坐冲量是一矢量,其方向向后,枪械对射手的作用冲量是枪械后坐力在后坐时间上的积累,故用后坐冲量来评价武器后坐的大小时,可以选取后坐总冲量来度量。但是,枪械后坐力小于某一敏感值时,即使后坐时间较长,射手对此时的作用冲量也并不敏感。

如图1所示,曲线1和曲线2分别为两种不同枪械发射时后坐力曲线,两个阴影部分IS1和IS2为大于某一敏感阈值的后坐力在后坐时间上的积累,可称为敏感后坐冲量。假设曲线1和曲线2的后坐总冲量相等,如果简单的对比I1和I2,会得出两种枪械可感后坐相似的结论,而如果比较两种枪械的敏感后坐冲量IS1和IS2,则并不一定相等,也就是说射手的感官承受并不一样,表明两种枪械的可感后坐并不相同。

基于以上分析,由于敏感阈值的存在,在对比评价枪械对射手的作用冲量时,并不能简单的对比评价因素中枪械对射手作用的总冲量,而应该对比大于敏感阈值的后坐力在时间上的积累,即敏感后坐冲量,本文采用间接评价法对手枪的可感后坐进行评价,即采用可感后坐冲量對可感后坐进行评价,论文以下内容中如无特别说明,提到的可感后坐均指可感后坐冲量。

1.3 可感后坐数学模型的建立

发射击发后,自动机向后运动过程中,给握把组件一个向后运动的力,射手手部与握把受力简图如图2所示。

图中 F1——自动机与握把组件相互作用力;

F2——虎口与握把之间的相互作用力;

F3——手指与握把之间的相互作用力。

南京理工大学王长庚博士对人体的敏感阈值进行了相应的测试统计,得出了人体各敏感阈值的具体取值,其中后坐作用力对应的敏感阈值、敏感后坐冲量对应的敏感阈值如表1所示。

根据前面可感后坐冲量的概念可知,射击过程中虎口受到的可感后坐冲量为

式中IK——为发射过程中虎口感受到的后坐冲量;

t1 ——为发射开始时的时间;

t2——为发射结束时的时间;

F4——可感后坐冲量计算公式中参与积分运算的力(图1中阴影部分的纵坐标)。

2 可感后坐仿真模型的构建与求解

在对手枪可感后坐求解之前,先对手枪固定架动力学模型进行仿真,验证建立的模型正确有效后,将手枪模型与人手模型进行合并后,求解该手枪的可感。

2.1 手枪固定架仿真模型的建立

本文以某手枪为研究对象,建立的手枪固定架动力学模型如图3所示。

运行仿真后,在后处理中提取的枪机位移曲线如图4、5所示。

从图4、5中可以看出,枪机后坐最大速度、后坐到位速度均仿真结果与试验结果误差均小于15%,仿真模型能够满足工程分析要求。

2.2 可感后坐仿真模型的建立

在上一小结的基础上,将在UG软件中建立的人体手部模型与手枪模型合并,并对其模型进行如下假设:

①在仿真过程中认为人体的手部骨骼十分坚硬,在仿真过程中不考虑人体骨骼的变形。

②人体手部的关节之间的连接关系采用运动副来连接。

③人体手部肌肉、韧带和神经血管等软组织采用弹簧阻尼系统替代,具体参数如表2所示。

④人手持枪模型中,手腕两侧的滑块与地面采用移动副连接,其等效手臂肌肉力的弹簧作用在手腕的质心上,手腕与滑块采用转动副连接,作用在手腕与滑块之间的扭簧与转动副同轴(见图6)。

2.3 仿真结果的求解

在软件中运行仿真结果,得到的可感后坐与时间的曲线如图7所示。

3 总结

从图7中可感后坐冲量曲线可知,发射过程中,射手手部受到的可感后坐冲量较大的两个时刻分别为开锁时刻与后坐到位时刻。开锁过程中射手手部吸收的冲量为1.75N·S,后坐到位时刻射手手部吸收的冲量为1.27N·S,自动机完成整个自动循环动作射手手部感受到的可感后坐冲量值为3.02N·S。

参考文献:

[1]张辉,张相炎.浮动自动机弹簧机构的改良设计[J].兵工自动化,2015(06).

[2]郭东海,姚养无,郭光全.某榴弹发射器虚拟样机的建模与仿真[J].机械,2013(02).

[3]武俊明,姚养无.某型榴弹发射器自动机动力学仿真[J].火炮发射与控制学报,2009(02).

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