它通過改變槍管振動的頻率起作用

克里德·羅斯(Clyde Rose)在槍械射程上幾年內幾乎沒有聽力損失，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)在目標射擊時將他的投籃聚集在一英寸組中，那么沒有人會感到驚訝。但是半英寸的團體?這是一個驚喜。然而，當他用他的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試射擊時，他就開槍了。在后來的測試中，一名射手實際上獲得了0.067英寸的集群。羅斯的發(fā)明顯然是一個勝利者。但是它是如何工作的?

它通過改變槍管振動的頻率起作用。每次步槍射擊時，槍管都向各個方向振動。子彈類型和重量，底漆點火速率，機筒配置和其他特性會影響振動。

當然，羅寧，布朗寧的首席設計工程師和他的團隊知道這一點，但沒有技術文件來支持他們的假設，即BOSS改變了振動的頻率。那是因為他們通過反復試驗手工開發(fā)了BOSS。然而，他們需要文檔和驗證，以便他們可以優(yōu)化設計，而無需現(xiàn)場試驗的時間和費用。

為了驗證結果，并展示軟件如何改進設計過程，Structural Research and Analysis Corp.和Parametric Technology Corp.自愿與Browning合作，在一個特殊的設計新聞項目中研究BOSS的結構動態(tài)。

除了向工程師展示如何提高生產率的滿意之外，軟件公司在其計算機上復制BOSS的機制以驗證其操作并提供設計改進的地圖。他們的工作提供了Rose和他的團隊開始設計優(yōu)化所需的文檔。

把問題歸零。工作開始于布朗寧總部與羅斯的頭腦風暴會議;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;來自Paratric公司的客戶經(jīng)理JD Brookhart和應用工程師Michael Briscoe;Roni Plachta，結構研究與分析公司的應用工程師;和設計新聞。第一步是在PTC的Pro / ENGINEER中對現(xiàn)有BOSS進行建模。

BOSS由重量，機身和微調鎖緊螺母組成。它擰到槍管上，形成一個剛性連接。它可以調整槍管振動的時間，使子彈始終在槍管振動的同一最佳位置離開槍口。在BOSS體內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10毫米。有十種不同的設置。調整重量設置可以微調槍管振動。

軟件公司根據(jù)BOSS對A-Bolt II不銹鋼追獵者步槍射擊300 Win的影響進行建模和分析。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技術支持和開發(fā)工程師Suchit Jain是分析的項目經(jīng)理。“我開始的假設是，如果我能證明BOSS減少了尖端槍管的寬偏差，我就會發(fā)現(xiàn)子彈以較小的角度離開，從而提高了準確度，”他說。

瞄準靈活性。PTC的Briscoe通過在Pro / ENGINEER中開發(fā)現(xiàn)有步槍槍管和BOSS的三維模型來啟動該項目。“我希望設計盡可能靈活，”他說，“Pro / E的基于特征的參數(shù)化特性使這一切變得簡單。”

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

當Briscoe對零件進行建模時，他在Pro / ENGINEER中進入裝配模式，使用智能裝配約束將所有零部件放在一起。“因為裝配是智能的，”布里斯科說，“零件知道如何工作和裝配在一起。在坐標系統(tǒng)中，零件只與坐標系有關系，而不是彼此有關系。”

布里斯科說，建模和組裝實際上非常簡單，總共只需要8個小時。“Pro / ENGINEER基于特征的特性和軟件的真正關聯(lián)性使其變得簡單。”例如，當他想要一個洞時，他只是使用“洞”命令，而不是必須創(chuàng)建一個圓柱體，然后從一個塊中減去它。關聯(lián)性意味著每當他改變任何部分時，整個程序集都會自動更新。

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荷更令人震驚。因為這是一個線性問題，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。

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

頻率和模式形狀是任何動態(tài)問題中的重要考慮因素。加載頻率激發(fā)結構中的頻率。Jain確定三到五種頻率模式??對應于結構中的負載，因為在桶上加載的時間段是0.0014秒。

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

現(xiàn)在是使用Briscoe的3-D Pro / ENGINEER模型的桶和BOSS進行三維分析的時候了。在將模型轉換為COSMOS / M之后，Jain將它們與總共6,000個四面體元素進行網(wǎng)格劃分。

他只使用二維模型作為股票，因為主要反應來自桶。“對股票進行3-D分析需要13,000-14,000個tet元素，結果沒有顯著差異，”Jain說。

桶行動。槍管在兩個位置與槍托相連，因此他將槍管節(jié)點與這些位置的庫存節(jié)點合并。然后他做了頻率分析。COSMOS / M具有質量屬性命令，可以計算質量，重量，轉動慣量和體積等截面特性，以及其他特性。使用該命令，他確定沒有BOSS的步槍的重量是8磅，6盎司。實際重量為8磅。8盎司。他的頻率分析顯示模式形狀平滑，沒有不規(guī)則性。

接下來，Jain將壓力載荷放在模型上，在用戶裝載子彈的地方應用它們。然后，他讓COSMOS / M對沒有BOSS的尖端位移進行動態(tài)分析，BOSS處于零設置，并且在最大設置時進行動態(tài)分析。每次運行分析的計算機時間為10分鐘。耆那教的頻率為三次，時間歷史為三次。所有這些都在HP 700和IBM RISC機器上。

沒有BOSS，當子彈離開步槍時，尖端偏轉最大為0.0014秒。沒有BOSS，在垂直方向上尖端位移為0.32mm。當BOSS處于零位時，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間減小，從而減少了位移。

結果顯示BOSS本身有所不同，而BOSS的定位產生了較大的差異。

從動力學的角度來看，在槍管上放置額外的質量會改變整個系統(tǒng)的頻率。加速度曲線上的峰峰值變長，從而減少了位移。

設定優(yōu)化的目標。“額外質量的原因在于它改變了頻率，”Jain說。最大值略有變化。子彈離開的點不是尖端偏轉最大的位置。當偏轉最大時，子彈已經(jīng)離開了。

現(xiàn)在布朗寧知道改變頻率是關鍵，首席設計師羅斯和他的團隊可以通過計算機模擬改進BOSS系統(tǒng)。以前，他們在現(xiàn)場進行了測試。

Browning總工程師Nelson補充道：“我們的實證測試表明振動是關鍵因素，但我們并不確定BOSS究竟發(fā)生了什么。現(xiàn)在，軟件驗證了我們的經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫，我們可以繼續(xù)優(yōu)化。”