100炮摇摆炮塔上炮塔结构设计Word格式文档下载.docx
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1939年，阿尔凯特公司利用T1轻型坦克的底盘，去掉炮塔，三面装上14.5毫米厚的装甲板，后部敞开，顶部无盖，并装上捷克生产的43.3倍口径的47毫米火炮，便制成了T1自行反坦克炮。
其战斗全重增加到6.4吨，乘员为3人，乘员是站在发动机甲板上操纵火炮的。
火炮可以左右转动各15度，俯仰角为－8度～＋12度，弹药基数为86发。
不用说，这种自行火炮是很原始的，但它的威力已经比原来的T1轻型坦克要大得多，在法国战场和北非战场上仍然发挥着不小的作用。
它的真正意义还在于，它是世界上第一种较大规模用于实战的自行火炮，在世界自行火炮发展史中，占有应有的地位。
T3突击炮无论从装备数量、技术水平和在战斗中发挥的作用来看，T3突击炮都比T1自行反坦克炮要强一大截。
T3突击炮，是二战中德军装备数量最多的自行火炮，从1940年到1945年3月，总装备数量达10500辆，参加了二战中德军的几乎所有的作战行动
“猎豹”坦克歼击车“猎豹”坦克歼击车，是二战后期德国著名的自行火炮。
西方的军事评论家称，“猎豹”“可能是第二次世界大战中最好的坦克歼击车，肯定是德国最好的坦克歼击车”。
话虽然罗嗦些，但这一评价着实不低。
“猎豹”坦克歼击车，以著名的“黑豹”坦克为底盘，战斗全重45.4吨，乘员5人，主要武器是1门71倍口径的长身管88毫米火炮，可以击穿二战中重型坦克的主装甲。
值得一提的是，这种火炮采用了两节炮管，可以很方便地更换磨损较快的一节炮管。
弹药基数为60发，全部为穿甲弹。
火炮的方向射界较小，左右各11度，最大仰角为14度，幸好车辆的转向性能不错，可以弥补火炮射界的不足。
其动力装置和基型车一样，为515千瓦的汽油机，但变速箱作了改进。
炮车的最大速度为46千米／小时，机动性相当不错，正面的防护也很出色。
它的缺点是交替排列式负重轮结构复杂，常出毛病，侧面的装甲防护较弱，盟军的坦克常常绕到“猎豹”的侧面将它的负重轮打坏或将其击毁。
由于盟军对军工厂的猛烈轰炸，“猎豹”坦克歼击车的装备数量仅为382辆。
“猎豹”坦克歼击车的出现还说明，以一种成功的坦克底盘，装上威力更大的火炮，制成自行火炮，往往是二战中很常见的一种做法。
上世纪末，轮式突击炮成为反装甲自行火炮中发展的新秀。
其中的代表是意大利的半人马座120轮式自行突击炮。
随着技术的进步，虽然轮式突击炮的战斗重量较小，但仍能安装大口径火炮。
正是这种轻量的优势，使得轮式突击炮可以通过军用运输机高速机动，迅速到达战场，执行低强度快速反应任务。
一般情况，轮式突击炮不与重装坦克发生正面交战。
随着技术的发展，轮式突击炮拥有的火力将与坦克相当。
轮式突击炮可以先期于阵地隐蔽待机，利用掩体、隐蔽降低自身的可探测性，待敌装甲不对进入射程后迅速发射首发炮塔，之后利用高度机动优势迅速转移阵地或与敌周旋。
面对在城镇进行的反恐怖作战，轮式突击炮大有用武之地。
面对在城镇的恐怖分子聚集点，以及恐怖分子的轻型机动作战力量，轮式突击炮的优势火力都可以起到压制性和毁灭性的打击。
而在城市作战的地形，轮式突击炮的机动性能都强于主战坦克。
轮式突击炮应该与步兵相配合，多角度包围攻击敌方目标、据点，快速进攻，快速转移，点射打击，克敌制胜。
而在维护边境安全方面，一门轮式突击炮也会对仅仅装备了轻型载具的敌方挑衅武装人员构成巨大的压力，甚至不需要动用武力就可以达到维护边境安全的目的。
现在，我国越来越多地参与到联合国框架内的维和行动。
我维和部队在复杂多变的国外动乱环境之中，轮式突击炮可以作为维和官兵的火力威慑武器和有效的防护武器。
在处理突发事件时，轮式突击炮可以在第一时间搭载步兵迅速赶到现场，单单靠强大火力的威慑就可以达到稳定局势的作用。
如果发生武装冲突，轮式突击炮可以利用优越的机动性能，在城市环境与威胁势力周旋，完成维和任务。
轮式突击炮可以利用发达的高速公路网，实施快速突击。
在登陆取得立足之地后可以立即投入远距离奔袭，迅速对城市进行快速打击。
在实施快速机动的同时，应该与轮式步兵战车一起突进。
主战坦克可以避开公路，分多路与轮式突击炮相配合，对敌方据点进行机动。
轮式突击炮还应该在陆军航空兵的武装直升机的空中支援下展开。
当轮式突击炮集群达到敌据点外围后，在我方远程火力打击过后，应该抢在敌方反应之前发起攻击，对直射范畴内的敌目标进行炮击，消灭敌有生力量。
不可否认，在信息技术迅猛发展的时代，反坦克导弹以其高精度、远射程、高智能和可控性好的特点，而跃居坦克杀手榜榜首，对自行反坦克炮的发展提出了前所未有的严峻挑战；
同时，自行反坦克炮的火炮威力大、价廉物美等固有优势，也由于一代坦克的技术改造而被逐渐弱化。
目前，世界各主要发达国家已基本停止了履带式自行反坦克火炮的发展。
在信息化战争的时代，履带式自行反坦克炮向何处去，是—个不容回避的问题。
笔者认为，未来我国自行反坦克炮，应当向弹炮结合、轮式化、通用化、数字化的方向发展。
一是弹炮结合。
以远制胜。
由于我国的120毫米自行反坦克炮采用了大量的新技术，因此，还有较长的技术寿命，但要在未来信息化战场上充分发挥其“冷面杀手”的作用，形成坦克不可替代的反坦克作战优势，则应当重点考虑实现弹炮结合，或以弹为主。
可以考虑充分利用120毫米大口径火炮的特有优势，重点发展射程在五六千米以上的炮射导弹，以远制胜；
或可以考虑通过技术改造，将现役远程反坦克导弹嫁接到自行火炮上。
法国的AMXI3轻型坦克就装有SS—ll反坦克导弹；
我国也在122试验性坦克也进行了这方面的尝试。
二是轮履结合，以轮为主。
国外目前主要是发展装有大口径火炮的轮式坦克歼击车。
如德国RKW90轮式重型试验型坦克歼击车（重达36吨），直接采用了“豹”2的炮塔。
这一点值得我们借鉴。
说实在的，由于主战坦克的发展，履带式自行反坦克炮的地位和作用在重型装甲机械化部队中受到了很大的冲击，但是，轮式坦克歼击车却是风景这边独好，在以轮式装甲战斗车辆为主的轻型机械化部队中，其作用是主战坦克难以取代的。
所以，研发轮式坦克歼击车，应当成为我国自行反坦克炮发展的主攻方向。
新研的轮式坦克歼击车，最好采用通用轮式装甲底盘，低后坐力坦克炮，坦克的火控系统、炮控系统和坦克标准弹药，并采用通用的数字化系统，实现通用化、系列和标准化，以增强其可保障性
2.2自行火炮的防空反导作用
执行防空反导任务的自行火炮称为自行高炮，堪称是自行火炮中的贵族。
1辆自行高炮的价格，往往相当于2辆主战坦克的价格。
20世纪80年代中期，1辆“猎豹”的价格为870万马克。
20世纪90年代中期，1辆日本87式自行高炮的价格高达1460万美元！
令号称“世界上最贵的主战坦克”——日本90式主战坦克也望尘莫及。
自行火炮之贵是事出有因的。
一方面，是由于自行高炮上采用了先进雷达等昂贵的电子设备和仪器；
另一方面，也是由于自行高炮的采购数量较少，像日本的87式1年只采购一两辆。
自行高炮一般随部队机动执行低空战场防空任务。
自行高炮一般不单车作战，往往是多门自行火炮联合作战。
每们自行高炮间隔数千米，形成一个防空火力网。
由于高炮射程有限，弹炮合一成为发展的趋势。
在当代自行高炮中，首屈一指的当属德国的“猎豹”自行高炮。
不仅它的生产数量和装备数量最大，而且也开创了“三位一体”自行高炮的新时代。
二战后期及战后的一段时间内，防空系统的主流还是高炮、指挥车、电源车三大块的防空作战系统。
打起仗来，呼呼啦啦一大堆，增加了指挥作战的复杂性。
而到了“猎豹”时代，才将高炮的火力、火力指挥控制、电源供给这三大块综合到一起，这就是“三位一体”的高炮。
如果再加上自行化，那简直是“四位一体”了。
“猎豹”自行高炮于1973年设计定型，首批产品于1976年底正式装备联邦德国陆军。
到20世纪80年代初，德军共装备420辆。
此外，出口到荷兰95辆，比利时55辆。
“猎豹”自行高炮采用“豹”1坦克底盘，便于实现底盘零部件的通用化和系列化。
其战斗全重由“豹”1的41.5吨提高到46.3吨，说明1辆先进的自行高炮装的系统和部件要比主战坦克还要多和复杂。
“猎豹”的乘员人数为3人：
车长、炮长和驾驶员。
这说明它的自动化程度相当高。
“猎豹”自行高炮采用2门瑞士厄利孔公司的KDA型35毫米机关炮。
这种机关炮射速高、威力大、可靠性高，是一种成熟的产品。
其火控系统包括：
搜索雷达、跟踪雷达、火控计算机、光学瞄准具、红外跟踪装置、激光测距仪等。
西门子公司生产的这两种脉冲多普勒雷达，堪称是“猎豹”上的两个“亮点”。
世界上现装备的自行高炮不下一二十种，其中比较著名的有：
日本的87式；
德国的“野猫”（价廉物美的轮式自行高炮）；
瑞典的“变色龙”（装2门40毫米机关炮）；
南非的ZA-35（轮式，百叶窗式的雷达天线很特殊）等。
2.3自行火炮的火力压制作用
执行火力压制任务的自行火炮为自行榴弹炮和自行火箭炮。
二战以来，世界自行火炮家族中自行榴弹炮成为主角，60年代以前，主流的自行榴弹炮的口径为105毫米，后来发展为105毫米、122毫米、152毫米、155毫米自行榴弹炮并存的年代，特别是155毫米自行榴弹炮，世界上成功研制出十多种型号，装备的国家有五六十个，开创了自行火炮的新时代。
口径从105毫米到155毫米的自行火炮，是适应现代战争对支援火力提出的新要求，伊拉克战争、阿富汗战争、和海弯战争的作战经验表明，火炮仍是唯一能为步兵提供全天时、全天候火力支援的武器系统，同时表明一种先进的自行榴弹炮能为地面部队提供强大的间瞄火力支援能力，从而可以弥补地面部队火炮的重大缺陷。
随着主战坦克、步兵战车、装甲车辆机动性能的不断增强，为了有效地压制敌纵深火力，快速对敌炮兵阵地、防空兵阵地、导弹阵地、通信和情报系统实施有效打击，必将要求自行榴弹炮向射程更远，射速更快，自动化程度更高的方向发展，来满足未来战争的多种要求。
国内现装备部队的自行榴弹炮有多种型号。
近几年设计定型的几种型呈，在设计理念、科技含量、火炮的威力、机动性、安全性、舒适性、可靠性、维修性上均有很大提高。
美国M109155毫米自行榴弹炮是世界上最著名的自行榴弹炮，同时也是数量最多、服役时间最长，装备国家最多的自行榴弹炮之一，先后改进了A1、A2、A3、A4、A5、A6等六种车型，其中M109A6“帕拉丁”自行榴弹炮是该系列的最新改型，战斗全重28.7吨，采用半自动装弹机，乘员人数也减为4人，改进了身管和发射药后，底排弹最大射程达到了30千米。
全新的铝合金炮塔安装了凯夫拉防弹内衬，并配装了计算机化火控系统，其中包括惯性导航和定位系统，自动火炮瞄准、新型火炮伺服驱动、集体式三防系统等先进设备和装置，使火炮总体性能和生存能力有了很大的提高。
后来又研制了“十字军战士”自行榴弹炮，拟取代M109A6“帕拉丁”自行榴弹炮，尽管这一研发计划已被美国国防部搁浅，但“十字军战士”是针对“帕拉丁”在射程、射速、弹药处理、机动性等方面的不足进行设计的，采用了一系统列先进技术和先进设备，并有不少创新之处，拥有先进的炮身主动冷却系统、完全自动化弹药处理装填系统和自动化极高的火控系统。
英国AS90自行榴弹炮，战斗全重约45吨，乘员5人，底排弹最大射程为40千米，携弹量为48发，火控系统为自主式导航和火炮瞄准系统，并有战场管理系统，自动化较高。
日本99式自行榴弹炮，战斗全重约40吨，乘员4人，底排弹最大射程为40千米，火控系统自动化程度高，具有自动诊断和自动复员功能，配有远程观察系统及野战射击指挥系统。
德国PzH2000自行榴弹炮，战斗全重达55吨，底排弹最大射程为40千米，弹药基数60发，连续射击时射速8发/min，防护性能高，炮塔顶部也加装了附加装甲，火控系统采用综合惯性导航系统、自动装填弹机、热像仪、弹导计算机、激光测距机及先进的观瞄设备，具有射速高、射程远、精度高、夜战能力强的特点，是目前世界上最先进的自行榴弹炮之一。
南非G6-52轮式自行榴弹炮，战斗全重49吨，乘员5人，公路最大速度80km/h，携弹量48发，最大射速8发/min，底排弹最大射程40千米，V-LAP弹最大射程52千米，改进型最大射程已达到了67千米，是目前世界上射程最远的自行榴弹炮之一。
未来自行榴弹炮的发展趋势：
一是为了提高自榴弹炮的机动性能，发展趋势是采用轮式底盘，国内的轮式122毫米自行榴弹炮正在研制过程中，国外捷克的“达纳”152毫米自行榴弹炮、法国的“凯撒”155毫米自行榴弹、南非的G6系列自行榴弹炮、荷兰的MOBAT105自行炮均采用了轮式底盘。
二是自行榴弹的自动化程度越来越高，未来的自行榴弹炮全部采完全自动化弹药处理装填系统和完全自动化、数字化火控系统，能够做到自动接收射击任务，自动导航和自动定向定位，并不断监控和提供最新的目标位置；
自动计算出精确的射击诸元；
自动选择击毁目标所需的用弹量，以及最佳的弹种与引信组合；
控制自动装填与处理弹药；
自动瞄准与射击，甚至可以实施火炮的摇控射击。
三是自行榴弹炮将向射程更远、射速更快的方向发展，南非G6-52改进型自行榴弹炮的射程已接近70千米，目标更达到80千米的射程，PzH2000自行榴弹炮的射速达到了8发/min，而急射时10秒钟可发射3发弹，“十字军战士”射速达到了10-12发/min,并可持续射击5分种，而急射时15秒钟可发射4发弹，这些火炮达到了令人生畏的射击速度。
四是多功能自行榴弹炮的研制，多功能自行榴弹炮可以完成坦炮和榴弹炮的双重工作，这种火炮配用模块式装药系统，可以发射多种炮弹。
美国已研制出多功能105毫米自榴弹炮样炮，重17.5吨，火炮射程为4～32千米，射速8发/min，该炮发射的M2020型105毫米高爆预制破片弹威力最大，杀伤面积相当于一个足球场大小，多功能自行榴弹炮的研制成功，使自行火炮的作战效能有了质的飞跃，必将在未来战场上发挥出巨大作用。
五是可变药室榴弹炮的出现，该炮最大特点是有创新意义的可变药室，它打破了常规螺纹和炮尾密封技术，采用一个栓塞和一种新型炮尾密封垫，通过使炮尾密封垫向里或向外移动到不同位置来调节药室的容积，由于采用了可变药室，可使药室内的压力/时间燃烧曲线相对于所要求的射程达到最佳化，火炮可根据发射药量的多少自动增减药室的空间，以使火炮达到不同射程的要求。
该火炮最突出的特点是不同火炮种类可以使用通用的发射药，从而可以大大减少发射药的种类和数量，同时由于其药室可变，能够充分有效利用发射药，从而达到理想的弹道性能，这种可变药室火炮必将成为未来自行榴弹炮研制的主要对象。
3.炮塔在火炮系统中的作用
炮塔需要与火炮、车体连接，而且炮塔是一个多口结构，安装有许多设备。
通过多种技术手段，形成密闭的空间。
坦克车体和炮塔的钢装甲常用均质装甲。
均质装甲是指钢的化学成份、金相组织和机械性能等在装甲截面上基本一致的装甲。
均质装甲按硬度不同，分为高硬度装甲、中硬度装甲和低硬度装甲。
硬度是表示钢抵抗硬的物体压入表面的能力的。
所以，硬度在很大程度上决定着装甲的抗弹九穿透能力。
高硬度装甲主要用于抗枪弹的薄装甲；
中、低硬度装甲主要用于抗炮弹的中、厚装甲。
均质装甲按其生产方法，可分为轧制装甲和铸造装甲。
轧制装甲由于在轧制时，破坏了金属的一次晶粒和枝晶，得到具有高韧性的纤维结构，同时也减少了内部疏松，使金属的密度平均提高10～12％，从而提高了钢的机械强度，所以坦克车体多是用轧制装甲板焊接而成的。
铸造装甲是由装甲铸钢冶炼后直接浇注而成的，因而容易使不同部位获得合理的壁厚和理想的倾角。
但是，由于铸造组织不够密实，如有柱状晶、偏析、缩孔、气孔等疵病，所以铸造装甲的性能一般略低于轧制装甲。
因此，有些坦克（如M-1坦克）的炮塔，采用了轧制钢板的焊接结构，而有些坦克的炮塔、防盾、炮框等，则是铸钢件。
4.薄壁大尾舱炮塔分析
4.1大尾舱的结构特点
为平衡炮塔前部较厚的装甲和火炮的质量，炮塔后部加大凸出的中空部分主要用于口径较大的火炮炮塔。
平衡舱是炮塔的一个重要构成部分。
平衡舱不但使整个回转体的重心接近座圈中心，也是战斗室中一个能随塔回转的储存室。
随战斗人员、武器及火控装置回转的储存空间，能起到其它空间所不能代替的作用。
其中的储存物可以包括电台、火控装置的许多元件、弹药、自动装填机和抛壳机等。
若只是为了炮塔平衡，在塔外尾部固定一些物体也能达到同样的目的。
但是为了使向后突出的平衡舱在炮塔回转时不与车体顶部的突起物相干涉，也不掩盖和影响一些窗口，如驾驶窗、发动机窗口等，一般平衡舱部作成向上翘起。
上翘的平衡舱影响炮塔防护外形，也不利于防冲击波推翻炮塔，并使炮塔加重和制造复杂化。
因而根本的措施是减轻塔前部、减轻火炮、减小火炮耳轴后的长度以及使耳轴在炮塔上的位置后移等。
从而可避免恶性循环，即避免前后都加长、加重。
4.2薄壁焊接结构特点
4.2.1焊接结构形式的特点
在反应装甲和主动防护技术出现之前，坦克的防护能力主要是靠车体和炮塔本身的装甲提供的。
坦克炮塔的装甲结构经历了铆接－铸造、焊接－焊接的发展过程。
现代战斗车辆炮塔主要的结构形式是铸造与焊接。
早期坦克的装甲厚度大都在6－30毫米左右，采用的主要是铆接的形式。
比如最早装有旋转炮塔的法国雷诺FT-17坦克，炮塔和车体都是由均质装甲板铆接而成的，装甲倾角很小，厚度只有6－16毫米。
坦克刚出现时，还没有专门研制的反坦克武器，各国陆军主要依靠地面压制火炮进行反坦克作战，火炮初速低，威力不大；
坦克制造技术水平也不高，制造方便、厚度不大的铆接装甲能够满足要求。
5.炮塔总体设计
5.1炮塔装甲厚度计算抗弹能力计算[2]
利用德马尔公式：
式中，
和
的单位常用dm（＝100mm），
用m/s，m用kg计算。
这时的装甲抗弹能力系数K成为代表装甲材料物理性能的综合系数，应由射击试验决定，而不能按某一种应力计算。
资料推荐的K值如下：
低碳钢板：
1530；
镍钢板：
1900；
一般均质装甲：
2000—2400（其中较低值适用于低或中硬度装甲，而较高值适用于高硬度的薄装甲）；
经表面处理的装甲：
2400—2600；
采用均质装甲，取
；
根据任务书要求的抗弹能力要求：
炮塔正前方：
弹径12.7mm初速为814m/s，飞行弹重48.3g，不被穿透；
6.炮塔体有限元静力分析
6.1CATIA简介
CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。
作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。
模块化的CATIA系列产品旨在满足客户在产品开发活动中的需要，包括风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。
CATIA产品基于开放式可扩展的V5架构。
通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，CATIA解决方案加快企业对市场的需求的反应。
自1999年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程，从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。
CATIA系列产品已经在七大领域里成为首要的3D设计和模拟解决方案：
汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。
CATIA先进的混合建模技术设计对象的混合建模：
在CATIA的设计环境中，无论是实体还是曲面，做到了真正的互操作；
变量和参数化混合建模：
在设计时，设计者不必考虑如何参数化设计目标，CATIA提供了变量驱动及后参数化能力。
几何和智能工程混合建模：
对于一个企业，可以将企业多年的经验积累到CATIA的知识库中，用于指导本企业新手，或指导新车型的开发，加速新型号推向市场的时间。
通过结构强度和刚度的有限元静力分析，可以找到结构在各种工况下的变形和材料应力的最大值及其分布情况。
以此为依据，通过改变结构的形状尺寸或者改变材料的特性来调整质量和刚度分布，使结构各部位的变形和受力情况尽量均衡。
同时可以在保证结构强度和刚度满足使用要求的前提下，最大限度地降低材料用量，使整体自重减轻，从而节省材料和降低油耗。
[4]
70°
射角时，在比例系数为1000的位移分布视图上仍能看到顶装甲前部的隆起，但是前上装甲会明显的向下凹陷。
由于力的作用方向发生了改变，对炮塔产生的影响也是不一样的。
炮塔的最大应力与最大位移的位置与0°
时基本相同，最大应力为67.8MPa,最大位移为0.38mm。
强度满足要求。
本团队全部是在读机械类研究生，熟练掌握专业知识，精通各类机械设计，服务质量优秀。
可全程辅导毕业设计，知识可贵，带给你的不只是一份设计，更是一种能力。
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8.结论
本次设计的炮塔质量过大。
炮塔体质量为2280千克，主要是装甲厚度较大，这一方面是利用德玛尔公式计算得出的结果，另一方面是在设计上要求了顶装甲、后装甲拥有与侧装甲相同的防护能力。
炮塔质量过大会造成座圈回转力矩增大和塔体转动惯量的增大，不利于火力指向的机动性，但对于二线压制武器，这个问题不大。
炮塔质量过大也会影响整个武器系统的性能。
现代武器，特别是二线武器，希望具有高度的战役战略机动性。
炮塔增加的重量有可能使整个武器最大行程减小，最高行使速度降低，更有可能无法使自行火炮由军用运输机运输，这是火炮总体设计人员不愿看到的。
参考文献
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[3]炮架及火炮总体设计.太原：
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[4]孙亮.自行火炮炮塔动静态特性分析.硕士学位论文.南京：
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[5]盛选禹，唐守琴.CATIA有限元分析命令详解与实例.北京：
机械工业出版社，2005.1～152
[6]盛选禹，盛选军.CATIA焊接设计实例教程.北京：
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[7]
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