参数优化在机枪枪架设计中的应用
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器 射击 精度 的前提 下 ，通过 对枪架 结构 参数 的优 化 设计 ，更 进 一 步 降低 武 器 的质 量是 现 代 机枪 设 计 中 的一个 重要研 究课 题 。为 了提高 大 口径 机枪 的 作 战机 动性 ，并 且 具 有 相对 高 的射 击 精度 ，就必 须使 机 枪 枪架 在满 足刚度 、强度要 求 的情 况 下 ，尽 可 能减 小其 质 量 。枪 架截 面 形状 和尺 寸 的不 同对机 枪 枪架
Ｆｉ １ ｇ．
Ｏ
图ｌ 某 机 构 枪 架 的 梁单 元 有 限 元 模 型
Ｆｉ ｔ ｌ ｍ ｅ ｔｍ ｏ ｌ ｎｉｅｅ ｅ ｎ ｄｅ ｏｆｂ ｍ ｌ ｍ ｅ ｔ ｅａ ｅ ｅ ｎ ｏｆａｃ ｒａ ｎｔｉ ｄｍ ｏｕ ｅ ｔｉ ｒｐｏ ｎｔ
力等 ）在水 平方 向的分力 ；Ｆ 为作 用在 枪架 上竖 直
１ 的最大位移 …、 …、 …为状态变量， Ｂ 分别为 ３ Ａ、 、ｃ 个状态变量的 约束值，目 标函数为枪架
截面参 数更 应合 理 的优化 ，才能 确保 射击精 度 的提 高 和武 器 质量 的减 轻 。笔 者 以某 新 型机 枪 枪架 弹 性 变形 较大 、射击 精度 较低 为背景 ，对 该枪枪 架结 构参数 进行 了优 化设计 。
１ 枪 架 模 型 的建 立
由于枪 架 的大部 分 构件 均 采 用细 长 管 或杆 件 结
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ １ Ｊ ０ 学科分类代码 ： ３ １ Ｏ・１ ５ 文献 标 识 码 ：Ａ
枪架 是 机枪 的重要 组成 部 分 ，是 考 核 机枪 性 能 的 一个 重 要 因 素 ，随着 机 枪 枪 架 设 计 思 想 的演 变 ，
枪 架经 历 了由刚性 枪架 到缓 冲枪架 和 弹性 枪架 的过 程 。但 如何 在 目前 弹性 枪架 的基础 上 ，在 保证 武
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火 炮 发 射 与 控 制 学 报
・ ３ ・ ０
Ｊ ＯＵＲＮＡｌ ＯＦ ＧＵＮ ＬＡＵ ＮＣＨ ＆ ＣＯＮＴＲＯ１
２０ ０ ６正
参 数 优 化 在 机 枪枪 架设 计 中 的应 用
张 军 挪 王 瑞 林 李 永 建 李 鹏
构 ，枪架对 枪 身的铅 垂 面 而 言 ，为一 近 似 空 间对 称
结构 ，因 而 ，采 用 空 间梁 单 元 建 立 其 模 型 比较 合 适 。枪架与 枪 身 之 间 的 力 学 模 型 基 于 以 下 基 本 假
设：
枪架 位于 水 平 地 面 上 ，方 向射 角 为 ０ ；射 击 时
所有 外力 均位 于机 枪 垂 直对 称 面 内 ］ 。其 简化 的有 限元 模型及 枪 身对 枪 架 的力 学模 型如 图 １所 示 。图
中 Ｆ 为 沿 枪 身 运 动 方 向作 用 在 枪 架 上 的 后 坐 力 （ 包括 膛 压 、 导 气 室 压 力 、复 进 及 后 坐 到 位 的 撞 击
向下 的分力 （ 括枪 身 的重量 ） 包 ；Ｍ 为作 用在 枪架 上 的动 力矩 。
收 稿 日期 ： ０ ５—１ —１ ；修 回 日期 ：２ ０ 一Ｏ 一Ｏ 。 ２０ １ ４ ０ ６ ４ ３ 作者 简 介 ：张 军 挪 （９ ８ ） １ ７ 一 ，男 ，博 士 研 究 生 。 主要 研 究 方 向 ：结 构 动 力 学 仿 真 。
０００） ５０ ３ （ 械 工 程 学 院 火 炮 工 程 系 ，河 北 石 家 庄 军
摘
要 ：以 某 新 型 机 枪 枪 架 弹 性 变 形较 大 、射击 精 度 较 低 为 背 景 ， 以枪 架 质 量 为 控 制 目标 函数 ，利 用 有
限 元 优 化 分 析 软 件 对 该 枪 枪 架 的 结 构 参 数 进 行 了 优 化 设 计 ，使 枪 架 的 变 形 减 小 、稳 定 性 提 高 。并 对 结 构 优 化 前 后 整 枪 的 固有 特 性 和 响 应 特 性 进 行 了仿 真 计 算 与 对 比分 析 ，说 明 结 构 修 改 后 ，武 器 的 射 击 频 率 与 固 有 频 率 的 匹配 更 加 合 理 ，连 发 射 击 时 的 射 向一 致 性 有 了 大 幅 度 提 高 ，更 好 的 实 现 了 机 枪 射 击 时 的 动 态 稳 定 性 。 所 得 结 论 对 于 枪 架 结 构 参 数 改 进 、机 枪 射 击 精 度 的 提 高 具 有 理论 参 考 价 值 。 关 键 词 ：结 构 力 学 ；枪 架 ；参 数 优 化 ；弹 性 变 形 ；射 击 精 度
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第 ３ 期
张 军 挪 等 ：参 数 优 化 在 机 枪 枪 架 设计 中 的 应 用
・ １ ３ ・
２ 变 截 面枪 架 的参 数 优 化
根据 所建 枪架 的有 限元模 型 ，对单 元 Ｅ ，８ （一７ ，… ，１ ） 的截面 参数进 行优 化 。设 Ｂ 、Ｈ ５ 、丁 分别 为单 元 的宽度 、高度 和厚 度 ，选择 Ｂ 、Ｈ 、丁为 设计 变量 ，由于枪架 的两个 后脚 架是 对 称 的 ，因 而 可 以取 其 中一个 后脚 架和前 脚架 进行 研究 ，共 ６个单 元 、１ ３个设 计变量 。各单元 的主应 力 和 节 点
的刚度 、强 度 、稳定性 以及 整枪 的质 量影 响都 比较 大 ，通过 对 ５种 不 同截 面形 状 梁 的 刚度 和稳 定 性 分 析 比较 ，矩形 截 面对 于提高 梁结 构 的抗 弯 、抗 扭 刚度及 提高 剪力 作用下 的稳 定性 是 最有 利 的 ，因而 ， 对 于 刚度和 稳定性 要求 较高 的机 枪枪架 应选 择 矩形 截 面 。但 矩形 截 面 的长 度 、宽 度 以及 厚 度 如何 合 理 的选择 对于 枪架 的强 度 、刚度 以及稳 定性 的影 响也 比较 大 ，特 别是 对 于 弹性 三 脚枪 架 ，其 前后 架 杆 的
