沈工焦老师122毫米杀爆弹课程设计Word格式.docx

1、弹丸口径的选择：122mm弹种的选择：杀爆弹弹丸结构类型的选择：旋转稳定弹弹丸质量：21.76kg图1.1 弹体半剖视图2 弹丸发射安全性分析弹丸的发射安全性是指各零件在膛内运动中都能保证足够的强度，不发生超过允许的变形，炸药火工品等零件不会引起自燃，爆轰等现象，使弹丸在发射时处于安全状态。2.1 分析弹丸在膛内发射时的受力2.1.1 弹丸发射时在膛内受到的载荷弹丸及其零件发射时在膛内所受到的载荷主要有：火药气体压力，惯性力，装填物压力，弹带压力，均衡力，转侧力，摩擦力。这些载荷，有的对发射强度起直接影响，有的则主要影响膛内运动的正确性，其中以火药气体压力为基本载荷。在火药气体压力作用下，弹丸

2、在膛内产生运动，获得一定的加速度，并由此引起其他载荷。所有的这些载荷在作用过程中，其值都是变化的，且有些同步有些不同步，则应找到最大临界状态值对弹丸发射安全性分析，满足其要求。2.1.2 发射时弹体的受力状态和变形发射时弹丸在上述各种载荷作用下，材料内部产生应力和变形，根据载荷变化的特点，弹丸受力变形有三个危险的临界状态，如图2.1所示的3个时刻。1、弹丸受力和变形第一临界状态这一临界状态相当于弹带嵌入完毕，弹带压力最大值时的情况。这一时期的特点是:火药气体压力及弹体上相应的其他载荷都很少，整个弹体其他区域应力和变形也很少，唯有弹带区受较大的径向压力，使其达到弹性和弹塑性径向压缩变形。2、弹丸

3、受力和变形的第二临界状态这一临界状态弹丸受力和变形相当于最大膛压时期。这一时期的特点是：火药气体压力达到最大，弹丸加速度也达到最大，同时由于加速度而引起的惯性力均达到最大，这时弹体各部分的变形也为极大。变形情况是：弹头部和圆柱部在轴向惯性力作用下产生径向膨胀变形，轴向敦粗变形，弹带区与弹尾部，由于有弹带压力与火药气体压力作用，会发生径向压缩变形；弹底火药气体作用下可能产生向里弯凹，这些变形中，尤其是弹尾部与弹底区变形比较大，有可能达到弹塑性变形。3、弹丸受力和变形的第三临界状态这一临界状态相当于弹丸出炮口时刻。这一时期的特点时：弹丸的旋转角速度达到最大，与角速度有关的载荷达到最大值，但与强度有

4、关的火药气体压力等载荷均迅速减小，弹体上变形也相应减小。弹丸飞出炮口瞬间，大部分载荷突然卸载，将使弹体材料因弹性恢复而发生振动，这种振动会引起拉伸应力与压缩应力的相互交替作用，因此对某些抗拉强度大大低于抗压强度的脆性材料，必须考虑由于载荷突然卸载而产生的拉伸应力对弹体的影响。2.2 弹体及其零件在最大膛压时的强度计算发射时弹体强度计算，实质上就是在求得弹体内各处应力的条件下，根据有关强度理论对弹体进行校核。弹丸在膛内应当校核第二临界状态（膛压最大）时的强度。 已知 弹丸质量 m=21.76kg 计算压力 p=304MPa 金属密度 =7.8g/cm3 金属泊松比 炸药密度 =1.59g/cm3

5、 膛线缠度 炮口初速 v0=715m/s2.2.1 发射时弹体强度计算在膛压最大时，弹体受到的膛内火药气体压力作用达到最大，加速度也达到最大，因而惯性力、装填物压力等均达到最大值。相比之下，弹带压力下降很多，故可将弹带压力略去。另外此时期弹丸的旋转角尚很小，在应力计算过程中可以略去由旋转产生应力。此时期必须对整个弹体所有部位都进行强度校核，实际上是在整个弹体上找出最危险断面（应力最大断面），并对最危险断面进行强度校核。常采用布林克法，将弹体简化成为无限长壁厚圆筒，并将弹体分成若干断面，计算每个断面内表面的三向主应力，用第二强度理论校核弹体内表面的强度。对于旋转弹丸，如不计旋转的影响，其三向应力

6、分别为 （2.1）式中符号，正号表示拉伸，负号表示压缩。最大危险断面可能发生在弹尾区，也可能发生在弹带槽处，（因为这些断面处面积较小）。1、在弹体上取三个最危险断面，1-1断面在上定心部下沿、2-2断面下定心部下沿、3-3断面在下弹带槽下沿，如下图所示。图2.1 122mm弹体危险截面图2、由图纸查出三个断面的内外半径，并用特征数计算方法分别计算出这三个断面以上弹体联系质量和炸药的质量，数据如表2.1所示表2.1 122mm弹体断面有关数据断面号 1-1断面 6.0 4.5 13.616 1.4332-2断面 6.05 4.5 21.805 2.4623-3断面 6.1 4.6 27.792

7、2.8873、计算各断面内表面处的应力 用公式 （2.2）4、通过内弹道计算得出最大膛压时刻，弹丸的速度为940m/s5、计算结果如表2.2所示。表2.2 122mm弹体压力时期断面号轴向应力/Mpa 径向应力/Mpa 切向应力/Mpa最大膛压时刻1-1断面-299.011 -61.0196.5562-2断面-491.223-104.82202.283-3断面-580.732-96.53191.282.3.2 弹底强度计算发射时弹体直接承受火药气体压力和惯性力的作用；使弹底部发生弯曲变形。但变形过大可能导致其上部装填物产生较大的局部应力，甚至使弹底破坏，导致事故发生。弹底强度计算主要从弯曲强度

8、来考虑，实际上弹底计算中，并不需要将弹底内所有位置都计算出来，只需要考虑其中某些危险位置即可。图2.2 断面图已知 装填物有效药柱质量 =2.8kg 弹丸半径 r=0.061m 弹底半径 rd=0.03m 弹底厚度 td=0.02m 弹底壁厚 tb=0.024m 计算压力 弹底金属屈服极限 装填物压力 （2.3）1、计算联系系数 （2.4） （2.5） （2.6） 2、计算轴向有效载荷 （2.7） （2.8）3、计算各危险点的应力和相当应力第1点： （2.9） （2.10） （2.11） （2.12） 同理可计算出其他三点的应力，其值分别为 第2点： 第3点： 第4点： 根据第四理论强度，四各

9、危险点的相应应力均符合强度条件 （2.13）2.4 进行弹丸装填物的发射安全性计算弹丸的主要装填物是炸药，因此发射时必须保证发射时的安全性。发射时炸药中作用有惯性力和相应的压力并使炸药内部产生一定的变形，或者发生颗粒间的相对移动和摩擦，从而导至热现象。同时在发射时必须限制炸药内的最大应力。 在弹底断面上，炸药受压应力达到最大值，即 （2.14） 式中 弹底内腔半径 炸药柱质量。TNT（柱装）炸药的允许应力查课本表3.10， 炸药发射时的安全性条件为 （2.15）3 弹丸弹道计算与飞行稳定性分析为了保证弹丸良好的飞行性能，弹丸必需具有最佳的空气动力外形；确实可靠的飞行稳定性；弹丸还应具有尽可能小

10、的散布。这些都是弹丸飞行稳定性能设计要涉及的基本内容。3.1 分析弹丸在外弹道飞行时所受空气动力和力矩通过弹丸质心建立右手直角坐标系oxyz。ox与弹轴的夹角称为章动角（或攻角），相应的平面称为阻力面。oy在阻力面内，与ox轴垂直；oz轴则与阻力面垂直。在ox上的分量称为正面阻力，以Rx表示；在oy上的分量称为升力，以Ry表示；在oz上的分量称为侧向力，以Rz表示。在一般情况下，弹丸都有正面阻力；如有攻角，升力。对于旋转旋转弹丸，当存在攻角时，还将出现侧向力，即马格努斯力。3.2 弹丸在外弹道上攻角为零时的空气阻力系数的计算弹丸全部正面阻力可分解为头部波阻、尾部波阻、摩擦阻力及底部阻力四部分。

11、已知条件：弹头部相对长度 =2.6505弹丸全长 L=664.81mm尾锥角 =7弹底面积与最大横断面积之比 弹丸侧面积与最大横断面积之比 =14.84 先求出以下参数： （3.1） （3.2） （3.3） （3.4）1、头部波阻由弹头部激波阻力一起的阻力系数 圆弧形头部阻力系数 （3.5）式中 弹丸飞行马赫数； 圆弧形头部的相对长度； 圆弧形头部的半顶角。此公式适用范围是，。2、尾锥波阻系数 （3.6）式中 尾锥角； 弹底部横截面积； 弹丸最大横截面积。3、摩擦阻力系数由于气流粘性引起的摩擦阻力系数。当雷诺数为时， （3.7）式中 雷诺数； 空气的运动粘性系数； 弹丸侧面积。4、底部阻力系数

12、，由底部负压引起的底部阻力系数。 （3.8）5、弹丸总阻力系数，将以上阻力相加即可求得弹丸总阻力系数。 （3.9）6、弹形系数 （3.10）7、计算弹道系数 （3.11）式中 i=0.985 m=21.76kg d=0.122m得 c=0.6743.3 弹丸的外弹道参量的计算外弹道解法主要分为三大类：数值积分法、近似分析法和弹道表解法。其中弹道表解法最为常用。所谓弹道表解法，是指应用某个阻力定律和标准条件下所编的弹道表进行诸元或修正诸元的查算和反查算。本次计算使用43年阻力定律。已知=0.674、=715m/s、= 45，应用地面火炮外弹道表，查得弹道诸元数据如下表所示。表3.1 射程X（m） v0（m/s）c7007157500.6516375175250.6740.71570016764表3.2 飞行时间T（s） v0（m/s