榴弹炮炮身设计设计.doc

1 绪论 榴弹炮作为最早登场的陆军武器之一，历经了几百年沧桑随着科学技术的不断发展，不断采用新原理、新能源、新技术和新材料加以改善，已经形成了独特的优势现代化的牵引式榴弹炮已经不是技术落后兵器大多数现代牵引式火炮可在几分钟内进入和撤出战斗，采用了计算机化火控系统后可以保证首发命中，减少了毁伤目的所需的时间和弹药榴弹炮是战斗性能优良的野战炮，用于杀伤敌人有生力量，破坏敌方的工事、地堡、指挥所等军事设施，实行多种战斗任务，战斗用途广泛她们凭借着重量轻、容易进行长途运送、成本低、合用于山地战等优势，在当今陆军武器中，仍然具有不可替代的作用榴弹炮安吉东方市可分为牵引式和自行式两种1.1概述 榴弹炮是发射榴弹的火炮，是一种身管较短，弹道比较弯曲，适合于打击隐蔽目的和面目的的中程火炮 最早的榴弹炮是来源于15世纪意大利、德国的一种炮管较短、射角较大、弹道弯曲、发射石散弹的滑膛炮在16世纪中期，榴弹炮开始采用木制信管的球形爆破弹，可用来杀伤陆战场的敌方步兵，也可用于攻城 16世纪下半叶浮现了爆炸弹17世纪，在欧洲正式浮现了榴弹炮的名称，它是指发射爆炸弹、射角较大的火炮，最先装备榴弹炮的事由荷兰裔士兵构成的英国部队。

到了19世纪下半期，浮现了后装线膛榴弹炮，能发射长圆柱弹丸，威力更为强大榴弹炮广泛用于野战，成为一张野战炮 一战时榴弹炮炮身长为15--22倍口径，最大射程达14.2公里 二战时榴弹炮炮身长为20--30倍口径，最大射程达18公里，初速为635米/秒，最大射角65度 目前，榴弹炮炮身长为45倍口径，英国的As90式155毫米自行炮正在研制52倍口径，最大射程为24公里，采用火箭增程弹可达30公里，初速为827米/秒，最大射角75度这种长身管的榴弹炮同步又被称为加榴炮1.2 炮身的作用及构成炮身作为火炮的重要构成部件，它的重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，从而精确的把一定质量的弹丸抛射到一定距离的目的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，同步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重要涉及身管、炮尾、炮闩、卡板和炮身托环等零件1.3 身管的构造特点在身管设计中，一般有两种分类法，根据炮膛构造，可分为滑膛，线膛，半滑膛和锥膛。

根据身管构造可分为一般单筒身管，增强身管和可分解身管国内现装配的制式火炮基本上都采用一般单筒身管；增强身管涉及筒紧身管，丝紧身管和自紧身管；可分解身管涉及活动衬管，活动身管和带被筒的单筒身管，各类身管有各自的优缺陷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，坡膛和线膛部构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，而构造形式重要决定于火炮的特性，弹药的构造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，重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构造，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]，可采用两段圆锥构成的坡膛，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一般将膛线分为三类：等齐膛线，渐速膛线和混合膛线综合考虑各类膛线的优缺陷[9,10]，本火炮拟采用减速膛线1.4 身管设计的环节（1）根据设计规定，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下温压力曲线，做出身管的理论强度曲线；（3）根据强度规定拟定身管的身管理论外形；（4）根据总体规定和身管与摇架、炮尾、炮口制退器的连接对理论外形进行调节；（5）根据调节后的外形尺寸，校核身管的实际强度；（6）根据调节后的外形尺寸，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；编程拟定身管各构成构件的理论外型尺寸并进行调节；绘制二维工程图，建立三维实体模型通过设计研究，深刻理解该炮各构成部分的构造和工作原理，明确身管设计的基本思路和措施同步，在设计过程中，对其中存在的问题和局限性进行优化设计，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本，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，将炮膛构造诸元和装药条件与射击成果联系起来内弹道设计也称内弹道背面计算，在已知口径d、弹重m、炮口速度vc、火药物种及最大压力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构成的装药 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，以及我们目前结识的局限性，对膛内的多种现象结识也不完善，甚至有些现象还没有结识到。

因此，在建立内弹道方程组时，我们只能根据既有的结识水平来分析膛内的多种矛盾，并抓住其中的重要矛盾来建立方程组，对于某些次要的矛盾则忽视不计因此，为了进行内弹道计算，必须提出如下假设：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长比热比的措施间接修正4) 用系数来考虑其她的次要功5) 弹带挤进膛线是瞬时完毕，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，在后来膨胀做功过程中，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）混合装药中多种火药存在性能、形状或尺寸的不同；2）混合装药中多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，以及完全相似的几何形状和尺寸。

2) 所有药粒表面都同步着火3) 所有药粒具有相似的燃烧环境，因此燃烧面各个方向上燃烧速度相似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k1.06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θ0.24装填密度Δ/（kg/dm3）0.55弹丸相对行程长7.58火药种类9/7装药量ω（kg）1.76火药力f（J/kg）100000燃速系数μ1[m/(s×Pan)]0.75e-8燃速指数n0.804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火药种类4/1装药量ω（kg）0.31火药力f（J/kg）100000燃速系数μ1[m/(s×Pan)]0.75e-8燃速指数n0.804火药密度ρ（kg/m3）1.60火药厚度e1（mm）0.2375 药粒长度c（mm）3.25余容α（m3/kg）0.0012.5 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分别表达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 火药的形状特性量： 第二种装药（4/1）： 火药的形状特性量： 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多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本上建立起来的，构成了内弹道方程组，把以上方程通过数学变换可以得到如下方程组： 。