榴弹炮炮身设计设计Word文档下载推荐.docx

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炮身作为火炮的主要组成部件，它的主要作用是承受火药气体压力和导引弹丸运动，赋予弹丸一定的飞行方向，一定的初速和旋转速度，以保证弹丸在空气中飞行的稳定性，从而准确的把一定质量的弹丸抛射到一定距离的目标上。

发射时火药气体的压力使弹带嵌入膛线内，并推动弹丸在炮膛内向前运动，同时阳线通过弹带迫使弹丸旋转。

于是弹丸在出炮口时便具有一定的飞行速度和旋转速度。

炮身主要包括身管、炮尾、炮闩、卡板和炮身托环等零件。

1.3身管的结构特点

在身管设计中，通常有两种分类法，根据炮膛结构，可分为滑膛，线膛，半滑膛和锥膛。

根据身管结构可分为普通单筒身管，增强身管和可分解身管。

我国现装配的制式火炮基本上都采用普通单筒身管；

增强身管包括筒紧身管，丝紧身管和自紧身管；

可分解身管包括活动衬管，活动身管和带被筒的单筒身管，各类身管有各自的优缺点。

身管的内膛称为炮膛，炮膛可分为线膛和滑膛两种。

一般线膛身管由药室部，坡膛和线膛部组成。

药室为身管内膛后部扩大部分，它的容积有内弹道设计决定，而结构形式主要决定于火炮的特性，弹药的结构和装药方式。

本火炮拟采用药筒定装式的药室。

坡膛是药室与线膛部的过度段，主要作用是连接药室与线膛部；

发射时弹带由此切入膛线。

坡膛应具有一定的锥度，锥度的大小与弹带的结构，材料和炮身的寿命等有关。

常用坡膛锥度是1/5-1/10,为了减小坡膛的摩擦[8]，可采用两段圆锥组成的坡膛，为了保证弹丸定位的可靠，第一段圆锥锥度应大些，一般取1/10；

为了减小磨损，第二段圆锥锥度应小些，一般取为1/30-1/60。

膛线是指在身管内表面上制造出的与身管轴线具有一定倾斜角度的螺旋槽。

通常将膛线分为三类：

等齐膛线，渐速膛线和混合膛线。

综合考虑各类膛线的优缺点[9,10]，本火炮拟采用减速膛线。

1.4身管设计的步骤

（1）根据设计要求，解出的内弹道数据，分别计算p-l、p-t、v-l、v-t变化规律并做出曲线图；

（2）绘制发射时身管壁的高低温压力曲线，做出身管的理论强度曲线；

（3）根据强度要求确定身管的身管理论外形；

（4）根据总体要求和身管与摇架、炮尾、炮口制退器的连接对理论外形进行调整；

（5）根据调整后的外形尺寸，校核身管的实际强度；

（6）根据调整后的外形尺寸，绘制身管三维图，并计算质量；

（7）绘制身管零件图。

1.5设计内容及目的

对122mm榴弹炮身管进行设计，由已知参数通过编制程序做内弹道计算；

编程确定身管各组成构件的理论外型尺寸并进行调整；

绘制二维工程图，建立三维实体模型。

通过设计研究，深刻了解该炮各组成部分的结构和工作原理，明确身管设计的基本思路和方法。

同时，在设计过程中，对其中存在的问题和不足进行优化设计，从而提高该火炮的战术技术性能。

2内弹道计算

2.1概述

内弹道计算是整个内弹道设计和身管设计过程的理论基础，它是对火炮的射击现象进行理论分析，并用一系列假设来简化复杂过程，从而建立数学方程式，将炮膛结构诸元和装药条件与射击结果联系起来。

内弹道设计也称内弹道反面计算，在已知口径d、弹重m、炮口速度vc、火药品种及最大压力pm的条件下，计算出满足上述条件的装填条件和膛内构造诸元。

根据内弹道学的基本方程求出p-l、v-l、p-t和v-t的内弹道诸元曲线，为火炮弹药系统设计及弹道性能分析提供基本数据。

122mm榴弹炮是9/7和4/1的混合装药。

混合装药是两种或两种以上不用类型的火药组成的装药。

为了进行内弹道计算，我们必须将体现射击现象物理实质的方程组综合进行计算。

但是由于射击现象的复杂性，以及我们目前认识的局限性，对膛内的各种现象认识也不完善，甚至有些现象还没有认识到。

所以，在建立内弹道方程组时，我们只能根据现有的认识水平来分析膛内的各种矛盾，并抓住其中的主要矛盾来建立方程组，对于一些次要的矛盾则忽略不计。

因此，为了进行内弹道计算，必须提出以下假设：

2.2内弹道基本假设

1）火药燃烧遵循几何燃烧定律。

2）药粒均在平均压力下燃烧，且遵循燃烧速度定律。

3）内膛表面热散失用减小火药力或增加比热比的方法间接修正。

4）用系数来考虑其他的次要功。

5）弹带挤进膛线是瞬时完成，以一定的挤进压力标志弹丸的挤进条件。

6）火药燃气服从诺贝尔－阿贝尔状态方程。

7）单位质量火药燃烧所放出的能量及生成的燃气的燃烧温度均为定值，在以后膨胀做功过程中，燃气组分变化不予计及，因此虽然燃气温度因膨胀而下降，但火药力、余容及比热比等均视为常数。

8）弹带挤入膛线后，密闭良好，不存在漏气现象。

混合装药补充假设：

1）混合装药中各种火药存在性能、形状或尺寸的不同；

2）混合装药中各种火药生成的燃气瞬时混合，不考虑混合过程。

混合燃气的质量、能量等于各单一火药燃气相应的质量、能量之和；

3）只求解混合燃气的平均压力，不考虑单一火药燃气的分压问题。

2.3火药几何燃烧规律

1）装药的所有药粒具有均一的理化性质，以及完全相同的几何形状和尺寸。

2）所有药粒表面都同时着火。

3）所有药粒具有相同的燃烧环境，因此燃烧面各个方向上燃烧速度相同。

2.4内弹道已知参数

根据已知给定参数，将内弹道计算所要的参数综合如下表2.1所示：

表2.1内弹道计算参数

口径d（mm）

122

启动压力P0（Mpa）

30

弹丸重量q（kg）

21.76

次要功系数k

1.06

炮膛横截面积S（m2）

0.012

装药量ω（kg）

2.07

药室扩大系数

1.1

火药热力系数θ

0.24

装填密度Δ/（kg/dm3）

0.55

弹丸相对行程长

7.58

火药种类

9/7

1.76

火药力f（J/kg）

100000

燃速系数μ1[m/（s×

Pan）]

0.75e-8

燃速指数n

0.804

火药密度ρ（kg/m3）

1.60

孔道直径d0（mm）

0.5

药粒直径D0（mm）

5.6

火药厚度e1（mm）

0.5125

药粒长度c（mm）

6.025

余容α（m3/kg）

0.001

4/1

0.31

0.2375

3.25

2.5混合装药计算

第一种火药的装药量为ω1，第二种火药的装药量为ω2，则总装药量为：

ω=ω1+ω2

各单一火药在装药中所占的比例为

α1=

α2=

并且可得α1+α2=1

若Z1和Z2分别表示各单一火药的已燃相对厚度，则

对于大多数的混合装药，两种火药的理化性能接近，它的燃速系数和火药力差别不大，因此可取

u11=u12

2.6内弹道方程组

1）体现火药燃烧时气体生成规律的几何燃烧定律方程：

第一种装药（9/7）：

分裂前

分裂后

火药的形状特征量：

第二种装药（4/1）：

几何燃烧定律方程为：

2）体现火药燃烧时气体生成规律的速度燃烧定律的方程

3）体现弹丸运动以及考虑各种次要功的弹丸运动方程

4）体现弹丸速度和形成关系的方程

5）体现膛内气体状态以能量装换过程的内弹道学基本方程

式中：

上述方程是在上述假设基础上建立起来的，组成了内弹道方程组，把以上方程通过数学变换可以得到以下方程组：

常量计算公式：

以上微分方程和代数方程组成了内弹道的数学模型，是本次编写内弹道计算程序的依据。

2.7内弹道问题的计算机求解

利用计算机求解以上的内弹道问题，可以具体考虑各种装填条件的实际情况，而不需要像查表那样做过多的限制和简化，本程序所解决的是122mm榴弹炮采用9/7和4/1火药发射杀伤榴弹时的内弹道参量，主要求炮口速度和最大膛压两个重要参量，并绘制P-L,P-t,v-L.v-t曲线。

编写内弹道程序有两种方法，一种是直接调用系统的ode45，另一种是自己编写龙格库塔方程，本次选择第一种。

内弹道问题的计算机求解流程图如图2.1所示。

否

否

是

图2.1内弹道主程序框图

2.8编写程序进行内弹道计算

得出数据如表2.2所示：

29.975

0.17314

34.845

2.852

0.0024072

0.34629

40.34

6.1605

0.01014

0.51943

46.513

9.9828

0.024038

0.69257

53.41

14.381

0.045041

0.86572

61.077

19.42

0.074205

1.0389

69.546

25.17

0.1127

1.212

78.842

31.703

0.16183

1.3851

88.971

39.093

0.22299

1.5583

99.917

47.411

0.29773

1.7314

111.64

56.728

0.38773

1.9046

124.09

67.137

0.49471

2.0777

137.16

78.698

0.6206

2.2509

150.65

91.