某型突擊炮鏡炮同步的調(diào)校原理及方法

劉俊邦,張 猛,梅 晨,陳 偉

(1.武漢軍械士官學(xué)校，湖北 武漢 430075；2.空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

某型突擊炮的火控系統(tǒng)為直瞄火控系統(tǒng)，在瞄準(zhǔn)手利用瞄準(zhǔn)鏡實(shí)施瞄準(zhǔn)時(shí)，火炮應(yīng)該與瞄準(zhǔn)線運(yùn)動(dòng)一致，才能保證火炮也始終指向目標(biāo)。該型火炮的潛望式瞄準(zhǔn)鏡直接固定在炮塔上，在俯仰上與火炮的同步依靠四連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。四連桿機(jī)構(gòu)由于制造誤差，使用中失調(diào)以及零件的變形等原因，使得對(duì)邊不相等，變成一個(gè)任意四邊形機(jī)構(gòu)，這就會(huì)引起射角誤差，在射擊中無法命中目標(biāo)。雖然經(jīng)過校炮規(guī)正能保證瞄準(zhǔn)線和炮身軸線在起始位置對(duì)準(zhǔn)，但是在其他射角是否一致需通過鏡炮同步檢查進(jìn)行判斷[1]。在部隊(duì)維修及工廠驗(yàn)收時(shí)，利用靶板或鏡炮同步檢測儀進(jìn)行此項(xiàng)檢查，但是并無規(guī)范統(tǒng)一的調(diào)整規(guī)正方法，本文就這一問題試圖探討四連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)誤差的形成原因并尋找合理可行的檢查調(diào)校方案。

1 鏡炮同步原理

該型突擊炮的火控系統(tǒng)為上反穩(wěn)像式火控系統(tǒng)，瞄準(zhǔn)鏡鏡體吊裝在炮塔上不動(dòng)，通過四連桿機(jī)構(gòu)使瞄準(zhǔn)線與炮身軸線同步轉(zhuǎn)動(dòng)(見圖1)[2]。四連桿機(jī)構(gòu)由固定連桿、瞄準(zhǔn)鏡擺臂、可調(diào)連桿和杠桿組成，通過調(diào)整可調(diào)連桿和偏心軸，使可調(diào)連桿與固定連桿、杠桿和擺臂長度分別相等，形成平行四邊形機(jī)構(gòu)。根據(jù)平行四邊形機(jī)構(gòu)性質(zhì)可知，當(dāng)火炮俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)θ角時(shí)，杠桿和擺臂也將轉(zhuǎn)過同樣角度。在瞄準(zhǔn)鏡內(nèi)部上反射鏡通過1/2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)軸連接，當(dāng)擺臂轉(zhuǎn)過θ角，上反射鏡只轉(zhuǎn)動(dòng)θ/2角，根據(jù)平面鏡旋轉(zhuǎn)性質(zhì)，此時(shí)瞄準(zhǔn)線正好轉(zhuǎn)動(dòng)θ角，如此實(shí)現(xiàn)了瞄準(zhǔn)線與炮身軸線的同步[3]。

四連桿同步機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是技術(shù)成熟、可靠性好，成本低、在新型輪式火炮中應(yīng)用廣泛，但對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的精度要求較高，因此，為確保首發(fā)命中,在使用前必須進(jìn)行檢查和調(diào)校。

2 傳動(dòng)誤差分析

四連桿機(jī)構(gòu)由于失調(diào)等原因各邊并不對(duì)應(yīng)相等，在圖2中，AB′≠OC，AO≠B′C，擺臂、杠桿同定邊OC的夾角α0≠β0，兩夾角間有一個(gè)差，這個(gè)差角記為初失調(diào)角Δβ0，即Δβ0=α0-β0。

當(dāng)炮身仰起角θ后，杠桿B′C轉(zhuǎn)動(dòng)了θ角，而擺臂AO轉(zhuǎn)動(dòng)了θ′角，此時(shí)擺臂、杠桿與定邊OC的夾角分為α和β，通常情況α≠β，兩個(gè)角的差角記為末失調(diào)角Δβ，即Δβ=α-β。

那么，四連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差可用失調(diào)角之差表示，即：

Δθ=θ′-θ=Δβ0-Δβ

式中：Δθ為四連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差；θ′為瞄準(zhǔn)鏡擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度；θ為杠桿(炮身)轉(zhuǎn)動(dòng)角度；Δβ0為初失調(diào)角；Δβ為末失調(diào)角。

由于邊長誤差是引起傳動(dòng)誤差的直接原因，因此，確定邊長誤差與傳動(dòng)誤差的關(guān)系是檢查調(diào)整關(guān)鍵。

下面分析邊長誤差與失調(diào)角的關(guān)系，假定杠桿長度誤差為Δm，連桿長度誤差為Δn，失調(diào)角為Δβ，由于邊長誤差和失調(diào)角均很小，這些值分別以微分形式dm、dn、dβ表示。如圖3所示，由于邊長存在誤差，平行四邊形ABCO變成任意四邊形AB′CO，在△ABC中3個(gè)內(nèi)角α、γ、ε隨之發(fā)生變化，但三者之和卻無變化，因此各內(nèi)角的微分有：

dα+dγ+dε=0

由于dε=dβ，因此有：

dβ=-dα-dγ

其中，dα和dγ可由余弦定理，微分求得：

將以上兩式代入dβ=-dα-dγ中，得：

上式寫為有限誤差形式，則失調(diào)角公式為：

這樣由以上失調(diào)角公式容易得出傳動(dòng)誤差公式：

由此式即可計(jì)算四連桿機(jī)構(gòu)由邊長誤差Δm、Δn引起的傳動(dòng)誤差Δθ。通過對(duì)上式分析可得出以下結(jié)論：

1)如圖4所示，火炮越偏離初始位置，傳動(dòng)誤差越大，當(dāng)Δθ為正時(shí)，瞄準(zhǔn)線的轉(zhuǎn)角要比炮身轉(zhuǎn)角要大，反之要小。

2)邊長誤差Δm、Δn對(duì)傳動(dòng)誤差的影響程度不同，Δm的影響要大于Δn。

3)傳動(dòng)誤差與杠桿長度m成反比，杠桿越長，則傳動(dòng)誤差越小。

3 調(diào)校原理及方法

造成鏡炮不同步的主要原因：一是上反射鏡組件內(nèi)部傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差；二是因杠桿和擺臂以及可調(diào)連桿和固定連桿的長度誤差造成的傳動(dòng)誤差[4]。上反射鏡組件的傳動(dòng)誤差可在校炮環(huán)節(jié)消除，因此這里只討論四連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差。

前面提到，四連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差由邊長誤差引起，需要通過調(diào)整偏心軸和可調(diào)連桿來消除。在實(shí)際檢查調(diào)整過程中，直接測量邊長誤差Δm、Δn以及失調(diào)角Δβ是很困難的，但可以測量傳動(dòng)誤差Δθ。如果能找出傳動(dòng)誤差Δθ和失調(diào)角Δβ的關(guān)系，在測得Δθ后就可計(jì)算出失調(diào)角Δβ，然后在火炮裝上失調(diào)角，再調(diào)整可調(diào)機(jī)構(gòu)使機(jī)構(gòu)恢復(fù)為平行四邊形。

在杠桿誤差Δm和連桿誤差Δn同時(shí)存在的情況下，確定Δθ和Δβ的關(guān)系是不方便的，所以Δm和Δn要利用偏心軸、可調(diào)連桿分別進(jìn)行調(diào)整。

1)在調(diào)整杠桿時(shí)，要消除連桿誤差對(duì)傳動(dòng)誤差的影響，根據(jù)傳動(dòng)誤差公式可得調(diào)整條件，即：

Δn(sinα-sinα0) =0

對(duì)上式分析可知，當(dāng)α=180°-α0時(shí)連桿誤差Δn對(duì)傳動(dòng)誤差無影響，此時(shí)傳動(dòng)誤差為：

而此時(shí)因杠桿誤差Δm引起的失調(diào)角Δβ令Δn=0得到：

公式表明，檢查時(shí)要使擺臂和固定連桿的夾角α、α0之和為180°，則Δβ/Δθ=-1/2。

2)杠桿誤差Δm被消除后，如果四邊形機(jī)構(gòu)仍然存在誤差，那就是連桿誤差Δn引起的。那么此時(shí)Δθ與Δβ的關(guān)系為：

對(duì)上式分析可知，比值Δβ/Δθ取決于檢查過程中擺臂的始、末兩個(gè)位置，即α0、α的取值。為減小Δβ的誤差，比值|Δβ/Δθ|應(yīng)取盡可能小的值。

如圖5所示，當(dāng)初始角度α0=90°時(shí)，整個(gè)射界范圍內(nèi)|Δβ/Δθ|的最大值最大，但是α0=90°時(shí)無法測得傳動(dòng)誤差，同時(shí)考慮到實(shí)際的操作條件，選取α0=93.5°，此時(shí)火炮約為水平射角便于檢查操作。

當(dāng)初始角度α0確定以后，|Δβ/Δθ|隨著|α-α0|增大而增大，這里為了方便記憶和計(jì)算，選取|α-α0|=16.8°，此時(shí)Δβ/Δθ=-40。

根據(jù)上面對(duì)傳動(dòng)誤差的形成原因及消除方法分析，提出該型火炮鏡炮同步檢查調(diào)校方案：

1)將火炮停放在水平的地面上，轉(zhuǎn)動(dòng)炮塔使炮耳軸水平，利用現(xiàn)有的鏡炮同步檢測儀在射角為0°、5°、10°、15°、-3.5°分別測量瞄準(zhǔn)鏡擺臂、炮身與水平面的夾角，并求取傳動(dòng)誤差，如果誤差超差進(jìn)行后續(xù)調(diào)整。

2)轉(zhuǎn)動(dòng)高低機(jī)使瞄準(zhǔn)鏡擺臂與水平面的夾角為113°(擺臂與固定連桿的夾角α0為93.5°)，此時(shí)測量炮身軸線與水平面的夾角θ1。

3)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)高低機(jī)使擺臂夾角為106°(擺臂與固定連桿的夾角α為86.5°)，此時(shí)測量炮身軸線與水平面的夾角θ2。計(jì)算傳動(dòng)誤差Δθ=7°-(θ2-θ1)，在火炮上裝定θ2+Δθ/2，之后調(diào)整偏心軸使擺臂夾角恢復(fù)到106°。

4)重復(fù)第2步，記錄炮身軸線與水平面的夾角θ3。

5)轉(zhuǎn)動(dòng)高低機(jī)使擺臂夾角為96.2°(此時(shí)擺臂與固定連桿的夾角為76.7°)，此時(shí)測量炮身軸線與水平面的夾角θ4。計(jì)算傳動(dòng)誤差Δθ=9.8°-(θ4-θ3) ，在火炮上裝定θ4+40Δθ，之后調(diào)整連桿使擺臂夾角恢復(fù)到96.2°。

6)重復(fù)2～5步直到傳動(dòng)誤差達(dá)標(biāo)，之后在任意角度進(jìn)行校炮，完成后即可保證鏡炮同步。

通過試驗(yàn)檢驗(yàn)，依據(jù)該方案進(jìn)行鏡炮同步調(diào)試，可以簡單、方便地完成調(diào)試工作，并能較好滿足鏡炮同步精度要求。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)當(dāng)前某型突擊炮的鏡炮同步調(diào)校工作中“有檢查，無調(diào)整”的現(xiàn)狀，在分析鏡炮同步誤差產(chǎn)生原因和調(diào)整原理的基礎(chǔ)上，提出了一套合理、高效的檢查調(diào)校方案。通過試驗(yàn)證明，該方案調(diào)校精度高、操作簡便，提高了該項(xiàng)檢查的工作效率，為裝備調(diào)試提供了一套行之有效的操作規(guī)范，同時(shí)也為部隊(duì)、工廠維修實(shí)踐提供指導(dǎo)和參考。

[1] 總參謀部．坦克火控系統(tǒng)構(gòu)造與使用[M]．北京：解放軍出版社，2002：115-117．

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[2] 張日飛，吳勇．四連桿機(jī)構(gòu)在坦克火控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．火力與指揮控制，2008，33(3)：115.

ZHANG Ri-fei,WU Yong. Application of quadric crank mechanism to tank fire control system[J]. Fire Control & Command Control, 2008,33(3)：115.(in Chinese)

[3] 朱競夫，趙碧君，王欽利．現(xiàn)代坦克火控系統(tǒng)[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2003：125-126.

ZHU Jing-fu，ZHAO Bi-jun，WANG Qin-li．Modern tank fire control system[M]．Beijing：National Defense Industry Press，2003：125-126．(in Chinese)

[4] 甘茂治．火炮瞄準(zhǔn)具原理[M]．石家莊：軍械工程學(xué)院，2001：59-60.

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