任傳銘,尤立寧

(1.中國人民解放軍71702部隊(duì)，河南 洛陽 471000； 2.陜西奧潤激光技術(shù)有限公司，西安 710000)

【裝備理論與裝備技術(shù)】

激光校槍器的研究與實(shí)踐

任傳銘1,尤立寧2

(1.中國人民解放軍71702部隊(duì)，河南 洛陽 471000； 2.陜西奧潤激光技術(shù)有限公司，西安 710000)

基于利用激光作為槍管的理論延長線在目標(biāo)上產(chǎn)生交匯激光點(diǎn)，并折算彈道下降高度，獲取輕武器模擬彈著點(diǎn)位置，計(jì)算出該武器彈著偏差和準(zhǔn)星調(diào)整量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無彈校槍。本文通過對(duì)膛線及膛線損傷的理論分析，設(shè)計(jì)出一種具有雙卡簧彈性支撐結(jié)構(gòu)的激光校槍器，解決了激光與槍管同軸準(zhǔn)直的難題。

輕武器；激光校槍器；校槍；雙卡簧；彈性支撐

輕武器校準(zhǔn)一直是困擾部隊(duì)的難題，由于武器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工制造及裝配過程中累積誤差及槍管直線度等綜合因素的影響，武器在出廠前必須進(jìn)行射擊校槍，主要是人工校射，其方法是調(diào)整瞄準(zhǔn)機(jī)構(gòu)高低與方向，保證彈著點(diǎn)均能命中在規(guī)定的檢查圓內(nèi)[1-2]。但工廠校準(zhǔn)精度并不高，只能保證上靶；槍械在平時(shí)訓(xùn)練中使用頻繁，磕碰也會(huì)導(dǎo)致瞄準(zhǔn)具失準(zhǔn)。因此，部隊(duì)在實(shí)彈射擊前均要校槍，組織難度大，校準(zhǔn)效率低，通常校準(zhǔn)合格率不超過80%。部分不上靶的武器即使彈著散布不大，由于無法獲取彈著位置、不能計(jì)算彈著偏差，也無法校準(zhǔn)使用。而激光校槍技術(shù)以激光代替實(shí)彈，既可以校準(zhǔn)機(jī)械瞄準(zhǔn)裝置，又可以校準(zhǔn)各種瞄準(zhǔn)鏡；既可以校槍，又可以模擬射擊訓(xùn)練，真正做到了安全便捷、經(jīng)濟(jì)高效。

1 激光校槍技術(shù)現(xiàn)狀

當(dāng)前國際市場上已有少數(shù)冷校槍產(chǎn)品，如：美國Laser Devices公司生產(chǎn)的MBS-1型、Quarton公司生產(chǎn)的Beamshot型、Laser Lyte公司生產(chǎn)的T-2000型激光校槍器和Alpec Team公司生產(chǎn)的彈殼式激光校槍鏡[3]，伯萊塔公司推出了M9/92FS手槍的激光復(fù)進(jìn)簧導(dǎo)桿，雷塞麥克斯公司推出了LMS-1441型激光復(fù)進(jìn)簧導(dǎo)桿組件等[4]；國內(nèi)只有北京嘉德寶業(yè)有限公司生產(chǎn)的JDQP-J95型激光校槍器、中山市神劍警用器材科技有限公司生產(chǎn)的TXQ-1型激光校槍器和中山東黎光電儀器有限公司生產(chǎn)的無線視頻校槍訓(xùn)練儀等，另有解放軍第7315工廠和武警成都指揮學(xué)院也分別設(shè)計(jì)出了兩款實(shí)用激光校槍器[5-6]。上述產(chǎn)品多數(shù)為紅光束，也有部分綠光束，但功率均小于20 mW，激光分辨距離小，精度低(50 m距離軸向偏差>10 cm)，使用距離均小于50 m，主要是面向民用、警察或武警的近距離使用，不適用于百米以上射擊的作戰(zhàn)部隊(duì)。隨著CCD圖像識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，近幾年包括總裝備部輕武器論證研究所等單位也分別提出了基于圖像識(shí)別的槍械校驗(yàn)方案[7-8]，但操作比較復(fù)雜，均要求室內(nèi)中等光強(qiáng)，對(duì)于多數(shù)部隊(duì)不太適用。

現(xiàn)有冷校槍設(shè)備種類較少，且精度不高，分析原因主要有三點(diǎn)：一是缺少深度的理論研究支撐。查詢知網(wǎng)、萬方、維普等期刊數(shù)據(jù)庫，只有10余篇文獻(xiàn)資料涉及冷校槍的設(shè)計(jì)原理，且多數(shù)為1980年前后的文章。二是缺少精密的機(jī)械加工技術(shù)支撐。由于在直徑5.8 mm(以95式自動(dòng)步槍為例)的細(xì)長軸上加工彈性支撐結(jié)構(gòu)非常困難，有的甚至采用成品鋼條做連接件，插入磨損程度不同的槍管，連接不牢是導(dǎo)致多數(shù)產(chǎn)品校準(zhǔn)精度不高的主要原因。三是缺少扎實(shí)的部隊(duì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)支撐。通過對(duì)上述產(chǎn)品的實(shí)際測試和結(jié)構(gòu)分析，多數(shù)缺少實(shí)際驗(yàn)證和綜合考量。比如：彈殼式激光器想法新穎，但很多槍型子彈上膛后并非準(zhǔn)直穩(wěn)定地對(duì)準(zhǔn)槍管中軸線，且內(nèi)膛壁反光，槍口出光散射嚴(yán)重，辨識(shí)距離小于10 m，沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)了錐形斜坡和尾端膨脹套筒兩個(gè)支撐點(diǎn)，實(shí)際驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)槍管膛線前端沿并不整齊，不是可靠的支撐點(diǎn)；有的設(shè)計(jì)了前后彈性支撐彈簧或彈珠，但不是全向性支撐，常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)支撐點(diǎn)在陰線里、一個(gè)支撐點(diǎn)在陽線上的情況。

為改進(jìn)訓(xùn)練手段、提高訓(xùn)練效益，經(jīng)相關(guān)調(diào)研和論證，我們與陜西奧潤激光技術(shù)有限公司合作研制了一種實(shí)用型的激光校槍器。

2 激光校槍技術(shù)原理

激光校槍的基本思想就是：利用激光相干性和準(zhǔn)直性好的特性，以激光作為槍管的理論延長線，在目標(biāo)位置產(chǎn)生交匯激光點(diǎn)，折合彈道下降高度，獲取武器在目標(biāo)上的模擬彈著點(diǎn)，再通過彈著點(diǎn)偏差量計(jì)算準(zhǔn)星調(diào)整量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無彈校槍(如圖1)。

計(jì)算彈道下降高度，首先要對(duì)子彈出膛后受力及運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析。彈頭做超音速旋進(jìn)飛行中，主要受空氣阻力、重力、橫風(fēng)阻力和馬格努斯力[9](彈頭高速旋轉(zhuǎn)使得左右兩側(cè)空氣阻力不相等，致使彈頭偏離槍管軸線，右旋膛線向右偏，左旋膛線向左偏)的影響?？諝庾枇κ箯楊^飛行速度逐漸降低；重力使彈頭豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，形成弧形彈道；橫風(fēng)阻力和馬格努斯力使彈頭產(chǎn)生橫向偏移。校槍通常在100 m距離上進(jìn)行，此時(shí)空氣阻力不直接影響彈道，馬格努斯力影響較小，而橫風(fēng)阻力是實(shí)彈射擊時(shí)由射手修正，不在校槍環(huán)節(jié)考慮，故主要考慮重力的影響。

圖1 激光校槍原理圖

以95式自動(dòng)步槍為例，子彈初速v=930 m/s(95式班用輕機(jī)槍子彈初速為970 m/s)[10]，距離100 m的飛行時(shí)間t≈0.1 s，彈頭豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，在100 m距離上的彈道下降高度d≈5 cm，具體計(jì)算如下：

使用時(shí)，將尾錐插入槍管，尾錐利用前后雙卡簧彈性支撐結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與槍管同軸準(zhǔn)直，射手正常瞄準(zhǔn)(靶面10環(huán)區(qū)域內(nèi)由上至下依次為激光點(diǎn)、瞄準(zhǔn)點(diǎn)和彈著點(diǎn)，我部通常為準(zhǔn)星壓10環(huán)2/3露1/3瞄準(zhǔn)，也有單位為準(zhǔn)星托10環(huán)瞄準(zhǔn))、擊發(fā)。振動(dòng)傳感器感知擊針振動(dòng)后觸發(fā)前置激光器發(fā)射激光作為槍管的理論延長線在目標(biāo)靶上產(chǎn)生直徑約2 cm的光點(diǎn)，對(duì)彈道下降高度加以折算(使用標(biāo)尺1、距離100 m時(shí)約5 cm)，獲取武器彈著點(diǎn)位置，計(jì)算出準(zhǔn)星調(diào)整量并調(diào)整準(zhǔn)星。爾后重復(fù)瞄準(zhǔn)、擊發(fā)、調(diào)整操作，直至光點(diǎn)打在10環(huán)上沿位置，此時(shí)實(shí)際彈著點(diǎn)即為10環(huán)中心，武器校準(zhǔn)完畢。

激光校槍的技術(shù)原理雖然較為簡單，但具體實(shí)現(xiàn)需要解決三個(gè)問題：① 確保激光與槍管準(zhǔn)直同軸；② 平衡卡簧壽命與磨損膛線的關(guān)系；③ 克服低溫亮度下降與高溫散熱困難的影響。其中，激光與槍管準(zhǔn)直同軸是最為重要的核心問題。

3 激光校槍器的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)

激光校槍器為前插式綠激光校槍器，系統(tǒng)主要由細(xì)長軸尾錐、前置激光器、振動(dòng)傳感器和電源及控制單元組成(如圖2)。

其中，細(xì)長軸尾錐為鈹型銅材質(zhì)，軸長200 mm，直徑約為5.7 mm；前置激光器由驅(qū)動(dòng)電路、激光模組、調(diào)光鏡片、殼體和方向調(diào)整螺絲組成；電源控制盒由工業(yè)電池組和工作模式控制模塊組成。

圖2 激光校槍器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 尾錐的設(shè)計(jì)

上述激光校槍的技術(shù)原理中，激光與槍管準(zhǔn)直同軸是實(shí)現(xiàn)激光模擬槍管理論延長線的基礎(chǔ)。同時(shí)，還要考慮到子彈在穿過槍膛時(shí)的擠壓和摩擦，以及高溫高壓彈藥氣體的熱化學(xué)腐蝕作用對(duì)膛線造成的燒蝕、磨損、裂紋等損傷[11]。這些損傷導(dǎo)致不同槍支因膛線的磨損程度不同，其自身內(nèi)徑和錐桿的支撐效果也不同。因而，對(duì)尾錐設(shè)計(jì)提出兩點(diǎn)要求：一是支撐要穩(wěn)定，既要保證有效同軸，又要適應(yīng)不同磨損的槍管；二是硬度要適中，既要保證插拔壽命，又不能損傷膛線。

通過對(duì)膛線結(jié)構(gòu)的分析和驗(yàn)證，設(shè)計(jì)了一體加工的前后雙卡簧彈性支撐結(jié)構(gòu)。尾錐軸長200 mm，直徑約為5.7 mm(略小于槍管內(nèi)徑5.8 mm)，并在中間和尾部加工兩處凸起，凸起直徑約為6.0 mm(略大于槍管陽線直徑5.8～5.84 mm)[12]，通過鉆孔和線切割一體化加工卡簧兩處(如圖3所示)。考慮到95式槍族為4膛線，導(dǎo)程240 mm[9]，兩相鄰膛線前后距離約為240/4=60 mm，為避免卡簧掉入膛線陰線，凸起長度應(yīng)不小于60 mm。雙卡簧有效保證了校槍器尾錐與槍管的同軸性。一體加工獲得的合理彈性提高了對(duì)不同磨損程度槍管的適應(yīng)能力，提高精度的同時(shí)延長了使用壽命。采用鈹型銅，材料硬度調(diào)質(zhì)到41～43HRC，小于膛線的55HRC，在保證支撐力的同時(shí)不會(huì)損傷膛線。結(jié)合四支點(diǎn)穩(wěn)定調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使用光學(xué)檢測級(jí)光電自準(zhǔn)直儀校準(zhǔn)，達(dá)到校槍器在槍管中旋轉(zhuǎn)一周激光點(diǎn)在100 m距離上偏移量不大于2 cm，有效保證了發(fā)射激光與尾錐的同軸度，進(jìn)而保證了平均校槍精度達(dá)到9環(huán)以上。

圖3 尾錐卡簧結(jié)構(gòu)

3.3 激光器的設(shè)計(jì)

常見的半導(dǎo)體激光器功率都在20 mW以下，冬季低溫下亮度大大下降，甚至基本觀察不到；而在炎熱的夏季，激光器如果長時(shí)間點(diǎn)亮又容易因?yàn)闇囟冗^高而燒毀。經(jīng)過廣泛搜集篩選，最終采用德國歐司朗最新研制的120 mW半導(dǎo)體綠激光器，解決了低溫條件下發(fā)光弱的問題，保證了氣溫-40℃且強(qiáng)太陽光照條件下晝間距離100 m激光清晰可見；采用38 kHz脈沖調(diào)制發(fā)光，在提高發(fā)光強(qiáng)度的同時(shí)降低激光管發(fā)熱量，保證了電池工作時(shí)長，連續(xù)發(fā)光可工作10小時(shí)以上。

4 測試結(jié)果

選取日常訓(xùn)練使用的槍支20支，區(qū)分A、B兩組，隨機(jī)選取使用1年以上的該型激光校槍器兩套分別對(duì)兩組槍在100 m距離上進(jìn)行校準(zhǔn)，而后由經(jīng)驗(yàn)射手各使用5發(fā)實(shí)彈進(jìn)行檢驗(yàn)，量算平均彈著點(diǎn)偏差，測試校準(zhǔn)精度。為降低人為因素影響，校準(zhǔn)對(duì)象為白光瞄準(zhǔn)鏡，射擊兩輪取較高的一次成績，結(jié)果如表1。

表1 校槍精度測試結(jié)果

經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證表明：該技術(shù)結(jié)構(gòu)可靠，校準(zhǔn)精度高，平均精度達(dá)到9環(huán)；操作簡便，校準(zhǔn)效率高，一般單支校準(zhǔn)時(shí)間不大于1 min；節(jié)省彈藥，將原來每支槍校射平均需要10發(fā)彈降低到批量校射、抽樣檢查的平均用彈不到1發(fā)；安全性高，由于基本不使用實(shí)彈，大大降低了校槍活動(dòng)的危險(xiǎn)性。

5 結(jié)論

激光校槍器主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：一是進(jìn)行輕武器校準(zhǔn)，既可以校準(zhǔn)機(jī)械瞄準(zhǔn)具也可以校準(zhǔn)光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡；二是模擬射擊訓(xùn)練，檢查彈著點(diǎn)位置。通過針對(duì)不同口徑武器進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)對(duì)絕大多數(shù)輕武器的無彈校準(zhǔn)和模擬射擊，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。現(xiàn)已在部隊(duì)、公安特警等多個(gè)單位推廣應(yīng)用，取得較好效果。

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(責(zé)任編輯 周江川)

Research and Implementation of Laser Calibrate Guns Apparatus

REN Chuan-ming1，YOU Li-ning2

(1.The No.71702ndTroop of PLA, Luoyang 471000, China; 2.Shanxi Orion Laser Technology Co., Ltd., Xi’an 710000, China)

This paper focuses on the calibrating methods of the light weapons. By using collimated laser light as the extension line of the ideal axis of barrel to generate an intersection laser spot on the target, we can simulate the weapon’s impact position by converting the ballistic drop height, and then calculate the deviation of the simulation with the ideal position and the data of adjustment for front sight of the weapon. This method could calibrate the light weapons without shooting fires. Combined the analysis of the theory on rifling and loss of the rifling with repeating experiment, we have designed the double spring elastic support structure to solve the problem of laser and barrel’s coaxial alignment.

light weapon; laser calibrate guns apparatus; calibrate guns; double elastic structure; elastic support

2017-01-03；

2017-02-05 作者簡介：任傳銘(1986—)，男，碩士，主要從事電子與通信工程研究。

10.11809/scbgxb2017.05.018

format:REN Chuan-ming，YOU Li-ning.Research and Implementation of Laser Calibrate Guns Apparatus[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(5):78-81.

TN249

A

2096-2304(2017)05-0078-04

本文引用格式：任傳銘,尤立寧.激光校槍器的研究與實(shí)踐[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(5):78-81.