它通過(guò)改變槍管振動(dòng)的頻率起作用

克里德·羅斯(Clyde Rose)在槍械射程上幾年內(nèi)幾乎沒(méi)有聽力損失，并且在一只眼睛中幾乎是半瞇著眼睛用于聚焦，克萊德·羅斯(Clyde Rose)在目標(biāo)射擊時(shí)將他的投籃聚集在一英寸組中，那么沒(méi)有人會(huì)感到驚訝。但是半英寸的團(tuán)體?這是一個(gè)驚喜。然而，當(dāng)他用他的Browning A-bolt步槍綁住他的勃朗寧BOSS(彈道優(yōu)化射擊系統(tǒng))并開始用工廠彈藥測(cè)試射擊時(shí)，他就開槍了。在后來(lái)的測(cè)試中，一名射手實(shí)際上獲得了0.067英寸的集群。羅斯的發(fā)明顯然是一個(gè)勝利者。但是它是如何工作的?

它通過(guò)改變槍管振動(dòng)的頻率起作用。每次步槍射擊時(shí)，槍管都向各個(gè)方向振動(dòng)。子彈類型和重量，底漆點(diǎn)火速率，機(jī)筒配置和其他特性會(huì)影響振動(dòng)。

當(dāng)然，羅寧，布朗寧的首席設(shè)計(jì)工程師和他的團(tuán)隊(duì)知道這一點(diǎn)，但沒(méi)有技術(shù)文件來(lái)支持他們的假設(shè)，即BOSS改變了振動(dòng)的頻率。那是因?yàn)樗麄兺ㄟ^(guò)反復(fù)試驗(yàn)手工開發(fā)了BOSS。然而，他們需要文檔和驗(yàn)證，以便他們可以優(yōu)化設(shè)計(jì)，而無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的時(shí)間和費(fèi)用。

為了驗(yàn)證結(jié)果，并展示軟件如何改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程，Structural Research and Analysis Corp.和Parametric Technology Corp.自愿與Browning合作，在一個(gè)特殊的設(shè)計(jì)新聞項(xiàng)目中研究BOSS的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)。

除了向工程師展示如何提高生產(chǎn)率的滿意之外，軟件公司在其計(jì)算機(jī)上復(fù)制BOSS的機(jī)制以驗(yàn)證其操作并提供設(shè)計(jì)改進(jìn)的地圖。他們的工作提供了Rose和他的團(tuán)隊(duì)開始設(shè)計(jì)優(yōu)化所需的文檔。

把問(wèn)題歸零。工作開始于布朗寧總部與羅斯的頭腦風(fēng)暴會(huì)議;布朗寧的研發(fā)副總裁雷蒙德艾倫，布朗寧的首席工程師拉里尼爾森;來(lái)自Paratric公司的客戶經(jīng)理JD Brookhart和應(yīng)用工程師Michael Briscoe;Roni Plachta，結(jié)構(gòu)研究與分析公司的應(yīng)用工程師;和設(shè)計(jì)新聞。第一步是在PTC的Pro / ENGINEER中對(duì)現(xiàn)有BOSS進(jìn)行建模。

BOSS由重量，機(jī)身和微調(diào)鎖緊螺母組成。它擰到槍管上，形成一個(gè)剛性連接。它可以調(diào)整槍管振動(dòng)的時(shí)間，使子彈始終在槍管振動(dòng)的同一最佳位置離開槍口。在BOSS體內(nèi)以精確角度鉆出的排氣孔有助于減少后坐30-50%

BOSS可以在步槍槍管上下移動(dòng)10毫米。有十種不同的設(shè)置。調(diào)整重量設(shè)置可以微調(diào)槍管振動(dòng)。

軟件公司根據(jù)BOSS對(duì)A-Bolt II不銹鋼追獵者步槍射擊300 Win的影響進(jìn)行建模和分析。Mag口徑子彈。槍管是不銹鋼。該漿料為20-30%玻璃纖維增??強(qiáng)聚丙烯，楊氏模量為2.4 x 109帕斯卡。反沖墊是橡膠，楊氏模量為6.1 x 106帕斯卡。

SRAC技術(shù)支持和開發(fā)工程師Suchit Jain是分析的項(xiàng)目經(jīng)理。“我開始的假設(shè)是，如果我能證明BOSS減少了尖端槍管的寬偏差，我就會(huì)發(fā)現(xiàn)子彈以較小的角度離開，從而提高了準(zhǔn)確度，”他說(shuō)。

瞄準(zhǔn)靈活性。PTC的Briscoe通過(guò)在Pro / ENGINEER中開發(fā)現(xiàn)有步槍槍管和BOSS的三維模型來(lái)啟動(dòng)該項(xiàng)目。“我希望設(shè)計(jì)盡可能靈活，”他說(shuō)，“Pro / E的基于特征的參數(shù)化特性使這一切變得簡(jiǎn)單。”

為了模擬槍管，他使用命令創(chuàng)建一個(gè)旋轉(zhuǎn)的突起。他將模型的每個(gè)方面都作為參數(shù)，包括BOSS中的孔的角度。“這意味著SRAC或Browning可以點(diǎn)擊任何維度并更新它以進(jìn)行更改，”他說(shuō)。

當(dāng)Briscoe對(duì)零件進(jìn)行建模時(shí)，他在Pro / ENGINEER中進(jìn)入裝配模式，使用智能裝配約束將所有零部件放在一起。“因?yàn)檠b配是智能的，”布里斯科說(shuō)，“零件知道如何工作和裝配在一起。在坐標(biāo)系統(tǒng)中，零件只與坐標(biāo)系有關(guān)系，而不是彼此有關(guān)系。”

布里斯科說(shuō)，建模和組裝實(shí)際上非常簡(jiǎn)單，總共只需要8個(gè)小時(shí)。“Pro / ENGINEER基于特征的特性和軟件的真正關(guān)聯(lián)性使其變得簡(jiǎn)單。”例如，當(dāng)他想要一個(gè)洞時(shí)，他只是使用“洞”命令，而不是必須創(chuàng)建一個(gè)圓柱體，然后從一個(gè)塊中減去它。關(guān)聯(lián)性意味著每當(dāng)他改變?nèi)魏尾糠謺r(shí)，整個(gè)程序集都會(huì)自動(dòng)更新。

鎖定裝載。在使用Pro / ENGINEER 3-D模型之前，SRAC的Jain使用Pro / ENGINEER界面在SRAC的COSMOS / M FEA軟件中繪制桶的二維有限元模型。他知道槍管上的壓力負(fù)荷更令人震驚。因?yàn)檫@是一個(gè)線性問(wèn)題，他選擇采用模態(tài)疊加分析方法。他將槍管模型化為管道元素，并將槍托建模為殼體元素。“管道元件基本上是帶有管道橫截面的梁元件，”Jain說(shuō)。

在建立邊界條件后，他進(jìn)行了二維分析，并且可以立即看到BOSS改變了槍管振動(dòng)的頻率。

頻率和模式形狀是任何動(dòng)態(tài)問(wèn)題中的重要考慮因素。加載頻率激發(fā)結(jié)構(gòu)中的頻率。Jain確定三到五種頻率模式??對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)中的負(fù)載，因?yàn)樵谕吧霞虞d的時(shí)間段是0.0014秒。

在進(jìn)行沖擊加載時(shí)，Jain說(shuō)，最好包括大于或等于加載時(shí)間段的所有模式。“五種模式將包含80-90%的響應(yīng)，但我使用了10種模式來(lái)提高準(zhǔn)確性，”他說(shuō)。

現(xiàn)在是使用Briscoe的3-D Pro / ENGINEER模型的桶和BOSS進(jìn)行三維分析的時(shí)候了。在將模型轉(zhuǎn)換為COSMOS / M之后，Jain將它們與總共6,000個(gè)四面體元素進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

他只使用二維模型作為股票，因?yàn)橹饕磻?yīng)來(lái)自桶。“對(duì)股票進(jìn)行3-D分析需要13,000-14,000個(gè)tet元素，結(jié)果沒(méi)有顯著差異，”Jain說(shuō)。

桶行動(dòng)。槍管在兩個(gè)位置與槍托相連，因此他將槍管節(jié)點(diǎn)與這些位置的庫(kù)存節(jié)點(diǎn)合并。然后他做了頻率分析。COSMOS / M具有質(zhì)量屬性命令，可以計(jì)算質(zhì)量，重量，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和體積等截面特性，以及其他特性。使用該命令，他確定沒(méi)有BOSS的步槍的重量是8磅，6盎司。實(shí)際重量為8磅。8盎司。他的頻率分析顯示模式形狀平滑，沒(méi)有不規(guī)則性。

接下來(lái)，Jain將壓力載荷放在模型上，在用戶裝載子彈的地方應(yīng)用它們。然后，他讓COSMOS / M對(duì)沒(méi)有BOSS的尖端位移進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，BOSS處于零設(shè)置，并且在最大設(shè)置時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。每次運(yùn)行分析的計(jì)算機(jī)時(shí)間為10分鐘。耆那教的頻率為三次，時(shí)間歷史為三次。所有這些都在HP 700和IBM RISC機(jī)器上。

沒(méi)有BOSS，當(dāng)子彈離開步槍時(shí)，尖端偏轉(zhuǎn)最大為0.0014秒。沒(méi)有BOSS，在垂直方向上尖端位移為0.32mm。當(dāng)BOSS處于零位時(shí)，尖端位移為0.16mm。在最大位置，它是0.12毫米。耆那教也做了加速度曲線，并看到加速度的幅度隨時(shí)間減小，從而減少了位移。

結(jié)果顯示BOSS本身有所不同，而BOSS的定位產(chǎn)生了較大的差異。

從動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看，在槍管上放置額外的質(zhì)量會(huì)改變整個(gè)系統(tǒng)的頻率。加速度曲線上的峰峰值變長(zhǎng)，從而減少了位移。

設(shè)定優(yōu)化的目標(biāo)。“額外質(zhì)量的原因在于它改變了頻率，”Jain說(shuō)。最大值略有變化。子彈離開的點(diǎn)不是尖端偏轉(zhuǎn)最大的位置。當(dāng)偏轉(zhuǎn)最大時(shí)，子彈已經(jīng)離開了。

現(xiàn)在布朗寧知道改變頻率是關(guān)鍵，首席設(shè)計(jì)師羅斯和他的團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬改進(jìn)BOSS系統(tǒng)。以前，他們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)試。

Browning總工程師Nelson補(bǔ)充道：“我們的實(shí)證測(cè)試表明振動(dòng)是關(guān)鍵因素，但我們并不確定BOSS究竟發(fā)生了什么?，F(xiàn)在，軟件驗(yàn)證了我們的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，我們可以繼續(xù)優(yōu)化。”