四連桿機構傳遞誤差對坦克射擊精度影響分析

張 磊，羅來科

(1.淮北職業技術學院機電工程系，安徽 淮北 235000；2.陸軍裝甲兵學院蚌埠校區，安徽 蚌埠 233050)

射擊精度是反映武器系統性能的最重要技術指標之一.現代坦克火控系統為穩像火控系統，采用了大量高新技術，射擊反應時間大大縮減，射擊精度明顯提高.但在實際使用訓練中發現：有個別火炮在校正距離附近射擊精度很高，但在對離校正距離較遠的目標進行射擊時，精度明顯降低.其中一個原因就是四連桿機構在傳遞鏡炮同步時產生的誤差引起射角誤差，使射手無法命中目標.本文就此問題探討四連桿機構傳遞誤差形成的原因以及對坦克射擊精度影響并提出應對方法.

1 鏡炮機構同步原理

穩像式坦克火控系統是利用四連桿機構實現鏡炮同步的.瞄準鏡的上鏡體固定在炮塔頂部不動，隨車體一起運動，通過四連桿機構鏈接火炮耳軸，使瞄準線與火線同步轉動，利用瞄準鏡中的解算器，解算出瞄準線與火炮的位置關系.四連桿機構如圖1所示，由固定連桿、可調連桿、杠桿1、杠桿2組成.杠桿1連接反射鏡，杠桿2連接火炮，在此平面四桿機構中，可調連桿和固定連桿、杠桿1和杠桿2長度分別相等，構成平行四邊形[1].由平行四邊形機構性質可知，當火炮仰俯轉動ε角度時，杠桿1和杠桿2也將轉動相同的精度ε.瞄準鏡內上反射在1/2機構作用下，將向仰角方向擺動ε/2角度，根據平面鏡性質，此時瞄準鏡正好轉動ε角度，從而實現了瞄準鏡與火炮的機械同步.

圖1 穩像式坦克火控系統四連桿機構示意圖

四連桿同步機構的特點是成本低、技術成熟、可靠性好、便于維修，在現代坦克火控系統中廣泛應用，但是在現代戰爭中，坦克射擊精度對四連桿機構機械傳遞的精度提出了更高要求[2].為確保坦克首發命中，必須分析四連桿機構的傳遞誤差，為提高射擊精度奠定基礎.

2 傳遞精度分析

由于四連桿機構加工制造和安裝誤差等原因，當坦克在惡劣的環境中使用時，會產生零件彈性變形現象，此時平行四邊形對邊不再相等，變成任意四邊形[1]，產生傳遞失調角.如圖2所示,l1為杠桿1，l2為杠桿2，l3為可調連桿，l4為固定連桿.l1≠l2,l3≠l4，使β1≠β3，兩夾角的差值記為初失調角Δβ0，即Δβ0=β1-β3.

圖2 四連桿機構傳遞失調示意圖

當火炮射擊時需要裝定ε角瞄準角，火炮就要仰起ε角，當杠桿l2轉動了ε角后，而杠桿l1轉動了ε′角，由于通常情況β′1≠β′3，此時兩角之差記為末失調角Δβ=β′1-β′3.

四連桿機構運動過程中的傳遞誤差大小采用失調角之差表示，即

Δε=ε′-ε=Δβ-Δβ0

(1)

式中：Δε為傳遞誤差，ε為火炮射角，ε′為杠桿l1轉動實際角度，Δβ0為初失調角，Δβ為末失調角[1].

傳遞誤差主要是由于邊長誤差所引起的,假設杠桿l1、l2之間長度誤差為Δl12,連桿l3、l4之間長度誤差為Δl34，失調角為Δβ0.由于邊長誤差、失調角和瞄準角均較小[1]，通過微分運算，可得傳遞誤差如下公式：

(2)

對上式分析可得出如下結論：①四連桿機構傳遞誤差與杠桿長度成反比，杠桿越長，其傳遞誤差越小，這與實際車型發展一致[1]；②邊長誤差Δl12、Δl34對傳遞誤差的影響大小不同，杠桿長度差Δl12的影響大于連桿長度差Δl34的影響；③火炮瞄準角越大，傳遞誤差越大，當Δε為正時，瞄準線的轉角要比火炮轉角大，與實際射擊誤差基本一致；④當β1=900時，即平行四邊形為矩形或接近矩形時誤差較小，當β1<900時，β1越小，傳遞誤差越大，當β1>900，β1越大，傳遞誤差也越大，如Δl12=10mm,Δl34=-5mm,β1=750時，Δε=0.168mil.

3 傳遞誤差對射擊精度的影響分析

坦克射擊精度主要由火控計算機根據火控系統的各種傳感器自動采集影響彈道的參數以及人工輸入的環境、彈種等參數解算出的瞄準角精度決定的.由于現代坦克武器系統加裝很多傳感器，大部分影響射擊精度的因素都得到了解決，射擊精度大大提高.但是實現鏡炮同步四連桿傳遞誤差沒有傳感器測量，無法參與解算，四連桿傳遞誤差引起瞄準角大小改變，直接影響坦克射擊的精度，增大了遠距離射擊誤差，降低了射擊精度，因此，要研究傳遞誤差對射擊精度的影響[3].查某射表可得不同彈種射角改變1mil的射擊距離改變量以及彈道高改變量.如表1所示，射角大小改變直接影響射擊距離和彈道高，進而影響射擊精度.例如，由于四連桿傳遞誤差使射角大小改變0.2mil，對3000m目標射擊，將使彈道高改變0.628m，射擊距離改變108 m.由于坦克射擊的目標多為裝甲目標、有生力量、防御攻事等目標，高度一般在2m左右，當傳遞誤差大于0.5 mil時，對2000m以外的目標射擊，就會脫靶，這也與實際射擊情況相符.

表1 射角變化對射擊精度的影響

4 提高射擊精度的措施

由于鏡炮同步傳遞誤差對坦克射擊精度有重要影響，其不同步的主要原因有以下幾個方面：①杠桿1與杠桿2、固定連桿與可調連桿對應長度不等組成非平行四邊形四連桿機構的傳遞誤差；②上反射鏡組件內部傳動鏈的傳動誤差[4].其中上反射鏡組件的傳遞誤差可在精確校炮環節消除，可以采用如下措施消除傳遞誤差，提高火炮射角精度.

4.1 提高四連桿鏡炮同步機構檢查調校精度

四連桿機構的傳遞誤差由邊長誤差引起的，需要通過調整偏心軸和可調連桿來消除.假設Δl12和Δl34同時存在，精確確定Δε與Δβ的關系有一定困難，此時Δl12和Δl34要利用偏心軸，對可調連桿分布進行精確的調整[1].

4.2 改變綜合修正量

在不能進行調校四連桿機構的情況下，可根據式(2)的計算結果，改變火控計算機的高低綜合修正量的大小，來改變瞄準角的大小，從而提高火炮的射擊精度，修正量按照大小相反的方向裝定[5].

4.3 變更瞄準點

根據公式(2)的計算結果，變更瞄準點.例如，四連桿傳遞誤差使射角大小增加0.2mil，對3000m目標射擊，將使彈道高改變0.628m，需要降低1/4目標梯形.

參考文獻：

[1]劉俊幫,張猛,梅晨,等.某型突擊炮鏡炮同步的調校原理及方法[J].火炮發射與控制學報,2003,(6):51-54.

[2]張日飛,吳勇.四連桿機構在坦克火控系統中的應用[J].火力與指揮控制,2008,(3):115-116.

[3]張潔,王丹,陳五一,等.轉動副臨界角分析及其在四連桿機構中的應用[J].北京航空航天大學學報,2016,(12):2738-2744.

[4]朱竟夫,趙碧君,王欽釗.現代坦克火控系統[M].北京:國防工業出版社,2003.

[5]王東軍.96A坦克武器與使用[M].北京:解放軍工業出版社,2007.