| Fig. 3 The curve of horizontalvibration Fig. 4 The curve of vertical vibration
火炮工作时炮口的振动情况对火炮的设计精度具有决定性的影响。对火炮射击俯仰及水平精度起决定作用的是炮口上下及左右振动的幅值。通常火炮的俯仰射击精度更为关键，因此为提高火炮的射击精度必须严格控制发射时炮口的振动幅值，尤其是上下方向的振动幅值。
4前支架的优化
由于炮管直接由前支架支撑，因此前支架的刚度和前支点的位置可能对炮口振动幅值有较为显著的影响。首先在初始设计前支架板厚（15mm）条件下通过改变前支点的位置，得到不同前支点位置对应的炮口最大振幅变化的曲线，如图5所示。以原始设计前支架的前支点的位置为零点，横轴正向表示前支点前移，负向表示前支点后移。纵轴是发射炮管炮口一点的最大振幅。
 
图 5 前支点位置改变对炮口最大振幅的影响曲线图
Fig. 3The max vibration amplitude of muzzle varying along with the pivot positionchange
前支点变化对炮口的最大振幅有显著的影响有限元法，随着前支点位置改变炮口最大振幅出现波动性的变化，且在几个特定的位置区间炮口振幅达到较小值。在初始设计位置(0m)时实测炮口最大振幅约为2mm，射击精度要求炮口最大振幅为不大于1.5mm，即炮口振幅至少要减小0.5mm。而在初始设计位置时计算得到炮口的最大振幅为1.53mm，如果在计算结果中炮口振幅的最大值也减少0.5mm降低到1mm以下，则实际减少幅度更大，显然可以满足精度要求。从图上可以看出能达到这一需求的前支点位置区间有三个位置区间：(1) 前支点后移100mm~200mm；(2) 前支点前移至300mm~400mm; (3) 前支点前移600mm~700mm。表1展示了板厚为15mm时满足射击精度要求的前支点位置相对于原始位置(0mm)炮口最大振幅的改善情况。
表1 满足要求前支点位置的最大振幅改善情况
Fig1The comparison of the max vibration amplitude of muzzle in the satisfied pivotposition
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位置
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水平方向
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竖直方向
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总偏移
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最大振幅（mm）
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振幅改变
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最大振幅（mm）
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振幅改变
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最大振幅（mm）
|
振幅改变
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-200
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0.81
|
21%
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1.01
|
27%
|
1.07
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30%
|
|
-100
|
0.77
|
25%
|
1.01
|
27%
|
1.01
|
34%
|
|
0
|
1.02
|
——
|
1.39
|
0
|
1.53
|
——
|
|
300
|
0.76
|
25%
|
0.82
|
41%
|
0.86
|
44%
|
|
350
|
0.63
|
38%
|
0.67
|
51%
|
0.70
|
54%
|
|
400
|
0.63
|
38%
|
0.72
|
48%
|
0.76
|
50%
|
|
600
|
0.57
|
44%
|
1.25
|
10%
|
1.25
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18%
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700
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0.48
|
53%
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0.81
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40%
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0.83
|
46%
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从表1可以看出能最能有效减小炮口振幅的前支点位置在前支点前移300mm~400mm。因为当前支点前移350mm时炮口振幅减小最多，且前支点在此位置左右变化时，炮口振动的最大幅值比较稳定。因此，前支架的前支点的最优位置是前移350mm。
前支架板厚可能对炮口振动也有影响，为寻找合适的前支架板厚，进行了前支架板厚变化的参数分析中国期刊全文数据库。通过改变前支架的板厚得到图6前支架板厚减小对炮口振动影响曲线图和图7前支架板厚增加对炮口振动影响曲线图。
 
图 6 前支架板厚减小对炮口最大振幅的影响曲线图
Fig. 6Curve of max vibration amplitude of muzzle varying along with the thickness offront bracket decrease
 
图 7 前支架板厚增加对炮口最大振幅的影响曲线图
Fig. 7Curve of max vibration amplitude of muzzle varying along with the thickness offront bracket increase
从图6可以看出当前支架板厚原始设计的前支架板厚为15mm减小至10mm、5mm时，炮口最大振幅都有不同程度增大，除了前支点前移200mm和前移800mm左右很小的区域，并且在这两个区域内均不满足射击精度要求。从图7可以看出增加板厚除了前支点前移200mm和后移600mm时增加板厚炮口最大振幅随着增大，其余位置板厚增加对炮口最大振幅有一定的减小作用但影响并不大。在板厚为15mm时，在合理的前支架位置时，已经可以满足精度要求，并且这时前支架结构的质量也比较合理，所以前支架板厚为15mm比较合理
为进一步确定最优前支点位置前支架的板厚，下面详细分析确定最优前支点位置不同支架板厚对炮口振幅的影响。图8是前支点前移0.3m、0.35m和0.4m时炮口最大振幅随前支架板厚变化曲线。
图 8 最优前支点区间前支架板厚变化对炮口最大振幅影响曲线图
Fig. 7 The max vibration amplitude ofmuzzlevary according to the thickness change when the pivot position in optimalinterval
从图8可以看出炮口的最大振幅随着前支架板厚的增加而减小有限元法，但当前支架板厚增加到15mm以后，再增加板厚炮口振幅变化不大。因此前支架板厚为15mm时炮口振动最大幅值较小，并且结构质量较合理。
综上所述前支点位置前移至300mm~400mm范围内能更有效降低振幅；前支架板厚为15mm时炮口振动的最大振幅较小，能达到要求的射击精度的要求。综合考虑前支点位置、前支架刚度和结构质量得到最有效抑制炮口振动的前支架设计：前支点前移350mm，前支架板厚15mm。
5 总结与结论
通过对火炮结构工作过程的模拟，得到了炮口的振动特性。前支点位置和前支架刚度对炮口振动有显著影响。通过参数分析得到了符合设计要求的前支点位置区间，并且从中选择出最佳区间。在最佳前支点位置找到了前支架板厚最优值，在该最优值下，可显著减低炮口振动最大振幅，并且使得前支架具有较小质量。
本文采用有限元法计算了火炮工作过程中炮弹激发产生的结构振动。研究了前支点的位置及前支架的刚度对炮口振动的影响，绘制了火炮射击过程中炮口最大振幅随前支点位置及前支架板厚变化的曲线。经过参数优化后的火炮结构工作过程中炮口的振动幅值得到显著降低。本文通过有限元分析了解火炮结构的振动特性，这对改进火炮结构设计，提高射击精度具有参考价值。
参考文献：
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