沈工焦老師122毫米殺爆彈課程設(shè)計(jì).

1、炮彈設(shè)計(jì)理論課設(shè)所涉及的相主要內(nèi)容是，彈丸發(fā)射安全性及堂內(nèi)運(yùn)動(dòng)真確性分析、彈丸的飛行穩(wěn)定性能設(shè)計(jì)、威力的設(shè)計(jì)。對(duì)PL96式122毫米殺爆彈彈丸彈的各各戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范的設(shè)計(jì)。保證彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)的正確性，安全性；在飛行中穩(wěn)定 性好；在目標(biāo)區(qū)域作用可靠，威力滿足要求。炮彈設(shè)計(jì)理論課設(shè)的必須要有一定的基礎(chǔ)知識(shí)，在計(jì)算彈體應(yīng)力時(shí)，一定要有很好 的數(shù)學(xué)知識(shí)，力學(xué)知識(shí)，計(jì)算飛行穩(wěn)定性時(shí)，還要有彈道學(xué)的相關(guān)知識(shí)。分析彈丸在外 彈道飛行時(shí)所受空氣動(dòng)力和力矩。根據(jù)有關(guān)強(qiáng)度理論對(duì)彈體進(jìn)行校核，采用布林克法， 計(jì)算每個(gè)斷面內(nèi)表面的三向主應(yīng)力，用第二強(qiáng)度理論校核彈體內(nèi)表面的強(qiáng)度。對(duì)彈丸頭 螺進(jìn)行分析和計(jì)算，用差值

2、法對(duì)外彈道的五個(gè)參量進(jìn)行計(jì)算并對(duì)彈丸飛行穩(wěn)定性進(jìn)行分 析，其中包括急螺穩(wěn)定性和追隨穩(wěn)定性。最后對(duì)彈丸的殺傷威力和殺傷面積進(jìn)行了計(jì)算。 關(guān)鍵詞：安全性、飛行穩(wěn)定性、彈道諸元 、彈丸威力I1彈丸結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)分析 1.2彈丸發(fā)射安全性分析2.2.1分析彈丸在膛內(nèi)發(fā)射時(shí)的受力 22.1.1彈丸發(fā)射時(shí)在膛內(nèi)受到的載荷 22.1.2發(fā)射時(shí)彈體的受力狀態(tài)和變形 22.2彈體及其零件在最大膛壓時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算 32.2.1發(fā)射時(shí)彈體強(qiáng)度計(jì)算 3.2.3.2彈底強(qiáng)度計(jì)算 5.2.4進(jìn)行彈丸裝填物的發(fā)射安全性計(jì)算 83彈丸彈道計(jì)算與飛行穩(wěn)定性分析 93.1分析彈丸在外彈道飛行時(shí)所受空氣動(dòng)力和力矩 93.2彈丸在外彈道

3、上攻角為零時(shí)的空氣阻力系數(shù)的計(jì)算 93.3彈丸的外彈道參量的計(jì)算 .1.13.4彈丸飛行穩(wěn)定性計(jì)算和分析 133.4.1 急螺穩(wěn)定性 133.4.2追隨穩(wěn)定性1.54殺傷威力的計(jì)算與分析 1.74.1彈丸殺傷威力計(jì)算過程 174.1.1球形靶殺傷面積 1.74.1.2殺傷面積計(jì)算 1.74.2程序運(yùn)行224.2.1目標(biāo)立姿狀態(tài) 234.2.2殺傷面積結(jié)果分析234.2.3殺傷面積結(jié)果分析235總結(jié)25參考文獻(xiàn)26.附錄27.3沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書1彈丸結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)分析彈丸設(shè)計(jì)的第一步即總體方案設(shè)計(jì)。所謂彈丸的總體設(shè)計(jì)，是根據(jù)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求來擬定彈丸最合適的口徑、彈種、結(jié)構(gòu)類型及彈丸質(zhì)量。本次

4、課設(shè)為PL96式122毫米殺爆彈彈丸（如圖1.1）。本次課設(shè)彈丸口徑為 122m m,彈種為殺爆彈，采用旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，彈丸質(zhì)量為 21.76kg。122mm殺爆彈結(jié)構(gòu)為圓弧形彈頭部，船尾裝有底凹裝置，彈體內(nèi)腔為長圓柱 形，彈體壁較厚，采用旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定方式，在外彈道設(shè)計(jì)時(shí)，為保證彈丸飛行穩(wěn)定性，需要 從急螺穩(wěn)定性、追隨穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性三方面考慮，通過計(jì)算膛線纏度上下限來校核。 殺爆彈主要依靠破片的動(dòng)能和爆炸沖擊波的能量來殺傷有生力量，所以在彈丸設(shè)計(jì)中， 主要是通過計(jì)算彈丸破片參數(shù)，殺傷面積來衡量彈丸的威力性能。從上述確定彈丸總體 設(shè)計(jì)方案為彈丸口徑的選擇：122mm彈種的選擇：殺爆彈彈丸結(jié)構(gòu)類型的

5、選擇：旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定彈彈丸質(zhì)量：21.76kg圖1.1彈體半剖視圖2彈丸發(fā)射安全性分析彈丸的發(fā)射安全性是指各零件在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)中都能保證足夠的強(qiáng)度，不發(fā)生超過允許的變形，炸藥、火工品等零件不會(huì)引起自燃，爆轟等現(xiàn)象，使彈丸在發(fā)射時(shí)處于安全狀 態(tài)。2.1分析彈丸在膛內(nèi)發(fā)射時(shí)的受力2.1.1彈丸發(fā)射時(shí)在膛內(nèi)受到的載荷彈丸及其零件發(fā)射時(shí)在膛內(nèi)所受到的載荷主要有：火藥氣體壓力，慣性力，裝填物 壓力，彈帶壓力，均衡力，轉(zhuǎn)側(cè)力，摩擦力。這些載荷，有的對(duì)發(fā)射強(qiáng)度起直接影響， 有的則主要影響膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)的正確性，其中以火藥氣體壓力為基本載荷。在火藥氣體壓力 作用下，彈丸在膛內(nèi)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，獲得一定的加速度，并由此引起其他載荷。所

6、有的這些 載荷在作用過程中，其值都是變化的，且有些同步有些不同步，則應(yīng)找到最大臨界狀態(tài) 值對(duì)彈丸發(fā)射安全性分析，滿足其要求。2.1.2發(fā)射時(shí)彈體的受力狀態(tài)和變形發(fā)射時(shí)彈丸在上述各種載荷作用下，材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力和變形，根據(jù)載荷變化的特 點(diǎn)，彈丸受力變形有三個(gè)危險(xiǎn)的臨界狀態(tài)，如圖2.1所示的3個(gè)時(shí)刻。1、彈丸受力和變形第一臨界狀態(tài)這一臨界狀態(tài)相當(dāng)于彈帶嵌入完畢，彈帶壓力最大值時(shí)的情況。這一時(shí)期的特點(diǎn)是 火藥氣體壓力及彈體上相應(yīng)的其他載荷都很少，整個(gè)彈體其他區(qū)域應(yīng)力和變形也很少， 唯有彈帶區(qū)受較大的徑向壓力，使其達(dá)到彈性和彈塑性徑向壓縮變形。2、彈丸受力和變形的第二臨界狀態(tài)這一臨界狀態(tài)彈丸受力和變形

7、相當(dāng)于最大膛壓時(shí)期。這一時(shí)期的特點(diǎn)是：火藥氣體 壓力達(dá)到最大，彈丸加速度也達(dá)到最大，同時(shí)由于加速度而引起的慣性力均達(dá)到最大， 這時(shí)彈體各部分的變形也為極大。變形情況是：彈頭部和圓柱部在軸向慣性力作用下產(chǎn) 生徑向膨脹變形，軸向敦粗變形，彈帶區(qū)與彈尾部，由于有彈帶壓力與火藥氣體壓力作 用，會(huì)發(fā)生徑向壓縮變形；彈底火藥氣體作用下可能產(chǎn)生向里彎凹，這些變形中，尤其 是彈尾部與彈底區(qū)變形比較大，有可能達(dá)到彈塑性變形。3、彈丸受力和變形的第三臨界狀態(tài)這一臨界狀態(tài)相當(dāng)于彈丸出炮口時(shí)刻。這一時(shí)期的特點(diǎn)時(shí)：彈丸的旋轉(zhuǎn)角速度達(dá)到 最大，與角速度有關(guān)的載荷達(dá)到最大值，但與強(qiáng)度有關(guān)的火藥氣體壓力等載荷均迅速減 小，彈

8、體上變形也相應(yīng)減小。彈丸飛出炮口瞬間，大部分載荷突然卸載，將使彈體材料 因彈性恢復(fù)而發(fā)生振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)引起拉伸應(yīng)力與壓縮應(yīng)力的相互交替作用，因此對(duì) 某些抗拉強(qiáng)度大大低于抗壓強(qiáng)度的脆性材料，必須考慮由于載荷突然卸載而產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力對(duì)彈體的影響。2.2彈體及其零件在最大膛壓時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算發(fā)射時(shí)彈體強(qiáng)度計(jì)算，實(shí)質(zhì)上就是在求得彈體內(nèi)各處應(yīng)力的條件下，根據(jù)有關(guān)強(qiáng)度 理論對(duì)彈體進(jìn)行校核。彈丸在膛內(nèi)應(yīng)當(dāng)校核第二臨界狀態(tài)（膛壓最大）時(shí)的強(qiáng)度。已知彈丸質(zhì)量m=21.76kg計(jì)算壓力p=304MPa金屬密度m=7.8g/cm3金屬泊松比二=0.3炸藥密度=1.59g/cm3膛線纏度二20炮口初速vo=715m/s

9、2.2.1發(fā)射時(shí)彈體強(qiáng)度計(jì)算在膛壓最大時(shí)，彈體受到的膛內(nèi)火藥氣體壓力作用達(dá)到最大，加速度也達(dá)到最大， 因而慣性力、裝填物壓力等均達(dá)到最大值。相比之下，彈帶壓力下降很多，故可將彈帶 壓力略去。另外此時(shí)期彈丸的旋轉(zhuǎn)角尚很小，在應(yīng)力計(jì)算過程中可以略去由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生應(yīng) 力。此時(shí)期必須對(duì)整個(gè)彈體所有部位都進(jìn)行強(qiáng)度校核，實(shí)際上是在整個(gè)彈體上找出最危 險(xiǎn)斷面（應(yīng)力最大斷面），并對(duì)最危險(xiǎn)斷面進(jìn)行強(qiáng)度校核。常采用布林克法，將彈體簡化成為無限長壁厚圓筒，并將彈體分成若干斷面，計(jì)算 每個(gè)斷面內(nèi)表面的三向主應(yīng)力，用第二強(qiáng)度理論校核彈體內(nèi)表面的強(qiáng)度。對(duì)于旋轉(zhuǎn)彈丸，如不計(jì)旋轉(zhuǎn)的影響，其三向應(yīng)力分別為2r mn匕一Pp 2-r

10、bn ran m2rmwnran(2.1)5沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書22rbnran=Pc2rbn - ran式中符號(hào)，正號(hào)表示拉伸，負(fù)號(hào)表示壓縮。最大危險(xiǎn)斷面可能發(fā)生在彈尾區(qū)，也可能發(fā)生在彈帶槽處，（因?yàn)檫@些斷面處面積較?。?。1、在彈體上取三個(gè)最危險(xiǎn)斷面，1-1斷面在上定心部下沿、2-2斷面下定心部下沿、 3-3斷面在下彈帶槽下沿，如下圖所示。圖2.1 122mm彈體危險(xiǎn)截面圖2、由圖紙查出三個(gè)斷面的內(nèi)外半徑，并用特征數(shù)計(jì)算方法分別計(jì)算出這三個(gè)斷面 以上彈體聯(lián)系質(zhì)量mn和炸藥的質(zhì)量mwn，數(shù)據(jù)如表2.1所示表2.1 122mm彈體斷面有關(guān)數(shù)據(jù)斷面號(hào)rbn/cmran / cmmn/kgmwn

11、/kg1-1斷面6.04.513.6161.4332-2斷面6.054.521.8052.4623-3斷面6.14.627.7922.8873、計(jì)算各斷面內(nèi)表面處的應(yīng)力用公式2r=-P22bn -an2r mwn忻r = _P 22rbn2r2 an2mnm(2.2)ranm4、 通過內(nèi)彈道計(jì)算得出最大膛壓時(shí)刻，彈丸的速度為940m/s5、計(jì)算結(jié)果如表2.2所示。表2.2 122mm彈體壓力時(shí)期斷面號(hào)軸向應(yīng)力cz/Mpa徑向應(yīng)力匚r/Mpa切向應(yīng)力-/Mpa最大1-1斷面-299.011-61.0196.556膛壓2-2斷面-491.223-104.82202.28時(shí)刻3-3斷面-580.73

12、2-96.53191.282.3.2彈底強(qiáng)度計(jì)算發(fā)射時(shí)彈體直接承受火藥氣體壓力和慣性力的作用；使彈底部發(fā)生彎曲變形。但變 形過大可能導(dǎo)致其上部裝填物產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，甚至使彈底破壞，導(dǎo)致事故發(fā)生。彈底強(qiáng)度計(jì)算主要從彎曲強(qiáng)度來考慮，實(shí)際上彈底計(jì)算中，并不需要將彈底內(nèi)所有 位置都計(jì)算出來，只需要考慮其中某些危險(xiǎn)位置即可。圖2.2斷面圖已知彈丸質(zhì)量m=21.76kg裝填物有效藥柱質(zhì)量mw=2.8kg彈丸半徑r=0.061m彈底半徑rd=0.03m彈底厚度td=0.02m彈底壁厚tb=0.024m計(jì)算壓力p =304MPa彈底金屬屈服極限%.2 =343MPa裝填物壓力2 rPc 二 PTrdmw0

13、.06122.8w =3042161.73MPam0.03221.76（2.3）1、計(jì)算聯(lián)系系數(shù)1r0 = rdtd = 0.0445m（2.4）R3(1-2)-=42 245.4So（2.5）= 0.51)2、計(jì)算軸向有效載荷pz2 2md 二二 rd tdm = 3.14 0.030.024 7810 = 0.53kgPzp(1 一打 E 嗆)=304 (1rdm20.061 2.8 0.64)= 105.303MPa3、計(jì)算各危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力和相當(dāng)應(yīng)力第1點(diǎn):r13pztj(3.3-2K)83 105.303 0.0320.0242(3.3-2 0.51)=141.079MPa8；二1 -；

14、r1 =141.079MPa”-'z1 = - Pc = -1 6 1. 7 3 M P a2 2匚t1 亠r t1 ：z1 291MPa(2.6)(2.7)(2.8)(2.9)(2.10)(2.11)(2.12)同理可計(jì)算出其他三點(diǎn)的應(yīng)力，其值分別為第 2 點(diǎn)：-r-1 4 1. 079 M Pa% =1 41. 079M Pa；二2 二P =26 0. 3M Pa 6=2 9. 4 M P a第 3 點(diǎn)：-r-12 9. 3M Pa“3 - -5 0. 4M Pa二z3- Pc-9 5. 6 M Pa 汀3 =1 59 M Pa第 4 點(diǎn)：G =128. 6M Pa二 40.53M

15、 P a；z4 - -p 二 26 7. 0 3 M P a 27 5. 3M Pa(2.13)根據(jù)第四理論強(qiáng)度，四各危險(xiǎn)點(diǎn)的相應(yīng)應(yīng)力均符合強(qiáng)度條件0.22.4進(jìn)行彈丸裝填物的發(fā)射安全性計(jì)算彈丸的主要裝填物是炸藥，因此發(fā)射時(shí)必須保證發(fā)射時(shí)的安全性。發(fā)射時(shí)炸藥中作用有慣性力和相應(yīng)的壓力并使炸藥內(nèi)部產(chǎn)生一定的變形，或者發(fā)生顆粒間的相對(duì)移動(dòng)和 摩擦，從而導(dǎo)至熱現(xiàn)象。同時(shí)在發(fā)射時(shí)必須限制炸藥內(nèi)的最大應(yīng)力2 r2在彈底斷面上，炸藥受壓應(yīng)力達(dá)到最大值，即(2.14)式中rd 彈底內(nèi)腔半徑mw炸藥柱質(zhì)量。= 3040.06120.0323.2721.76= 74.351MPa9沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書#沈陽

16、工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書TNT（柱裝）炸藥的允許應(yīng)力查課本表3.10,卜w丄107.8MPa炸藥發(fā)射時(shí)的安全性條件為(2.15) - r' ,m a x_ L“ w 丨3彈丸彈道計(jì)算與飛行穩(wěn)定性分析為了保證彈丸良好的飛行性能，彈丸必需具有最佳的空氣動(dòng)力外形；確實(shí)可靠的飛 行穩(wěn)定性；彈丸還應(yīng)具有盡可能小的散布。這些都是彈丸飛行穩(wěn)定性能設(shè)計(jì)要涉及的基 本內(nèi)容。3.1分析彈丸在外彈道飛行時(shí)所受空氣動(dòng)力和力矩通過彈丸質(zhì)心建立右手直角坐標(biāo)系 oxyz。ox與彈軸的夾角稱為章動(dòng)角（或攻角）， 相應(yīng)的平面稱為阻力面。oy在阻力面內(nèi)，與ox軸垂直；oz軸則與阻力面垂直。在ox上的分量稱為正面阻力，以 Rx

17、表示；在oy上的分量稱為升力，以Ry表示; 在oz上的分量稱為側(cè)向力，以Rz表示。在一般情況下，彈丸都有正面阻力；如有攻角， 升力。對(duì)于旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)彈丸，當(dāng)存在攻角時(shí)，還將出現(xiàn)側(cè)向力，即馬格努斯力。3.2彈丸在外彈道上攻角為零時(shí)的空氣阻力系數(shù)的計(jì)算彈丸全部正面阻力可分解為頭部波阻、尾部波阻、摩擦阻力及底部阻力四部分 已知條件：彈頭部相對(duì)長度h =2.6505彈丸全長尾錐角L=664.81mm:k=7°彈底面積與最大橫斷面積之比SD =0.8354S彈丸側(cè)面積與最大橫斷面積之比S =14.84S先求出以下參數(shù):11沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書ReVolMa= %a71

18、2.1340(3.1)940 0.6151.49 10= 3.137 107(3.2)#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書tad20.5'H(3.3)(3.4)(3.5)0016器 Ma-0.0319(3.6)' =2tan J(0.5/ H )= 20.76°1頭部波阻Cxtb 由彈頭部激波阻力一起的阻力系數(shù) 圓弧形頭部阻力系數(shù)% =0.0016+器1阿7 k 尤竹二叮心任 Ma_14(Ma+18)hH式中 Ma 彈丸飛行馬赫數(shù)；h 圓弧形頭部的相對(duì)長度；1。一一圓弧形頭部的半頂角。此公式適用范圍是1.5豈M乞3.5, 1O0045° o2、尾錐波阻系數(shù)Cxwb12

19、沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書式中 -k尾錐角；Sd 彈底部橫截面積；S彈丸最大橫截面積。3、摩擦阻力系數(shù)Lmz由于氣流粘性引起的摩擦阻力系數(shù)。當(dāng)雷諾數(shù)為2 106 : Re ：1010時(shí)，1 0.12Ma2 Re0.2 S°.032 = 0.0219(3.7)#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書式中 Re雷諾數(shù)；7P空氣的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)；S二一一彈丸側(cè)面積。4、底部阻力系數(shù)Cxdz，由底部負(fù)壓引起的底部阻力系數(shù)#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書Ma2一器氐呻弋®0165、彈丸總阻力系數(shù)Cx0，將以上阻力相加即可求得彈丸總

20、阻力系數(shù)Cx0：:，CxwbCxmz= 0.1136 0.0219 0.03190.1016=0.269(3.8)(3.9)13沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書6、彈形系數(shù)i43>43cx00.269空0.985Cx430.273（3.10）7、計(jì)算彈道系數(shù)id23c10m(3.11)式中i=0.985m=21.76kgd=0.122m得c=0.6743.3彈丸的外彈道參量的計(jì)算外彈道解法主要分為三大類：數(shù)值積分法、近似分析法和彈道表解法。其中彈道表解法最為常用。所謂彈道表解法，是指應(yīng)用某個(gè)阻力定律和標(biāo)準(zhǔn)條件下所編的彈道表進(jìn)行諸元或修正諸元的查算和反查算。本次計(jì)算使用43年阻力定律。已知c =0

21、.674、v°=715m/s、。0= 45°應(yīng)用地面火炮外彈道表，查得彈道諸元數(shù)據(jù) 如下表所示。表3.1 射程X(m)-V0(m/s)c7007157500.6516375X1175250.674X20.715700X31676414沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書表3.2飛行時(shí)間T(s)vo(m/s)c7007157500.6565.11Ti67.890.674T20.763.88T366.48表 3.3 落速 Vc(m/s).V0(m/s)c7007157500.65318Vc13210.674Vc20.7314Vc3317表3.4 落角e cc7007157500.6563&

22、#176; 25'V c163° 48'0.674Vc20.763° 57'V c364° 47'表3.5 彈道高Y(m)'''-V0(m/s)750c7007150.655470Y159630.674Y20.75279Y35741已知 c、V0、710 ,可應(yīng)用表格法一-一進(jìn)行單變直線插值計(jì)算其計(jì)算程序如下式:V。一 V°i = X1_ (X1X11 )(3.12)V02 V01V。一VoiX =X21-巴 x22 x21V02 V01C CiX =X”一 (X"_X JQ G”經(jīng)過插值

23、計(jì)算得到以下數(shù)值：X = 16837.503mT = 66.107sVc=317.96m/s入=65°5'Y =5684.72m在彈道頂點(diǎn)速度時(shí)間水平射程XVs=254.7m/s;s Tts=(0.40.5)T=33.05s;x=(0.50.7)X=11786.25m3.4彈丸飛行穩(wěn)定性計(jì)算和分析飛行穩(wěn)定性，是彈丸飛行時(shí)，其彈軸不過于偏離彈道切線的性能。飛行穩(wěn)定性好， 有利于提高射程，而且設(shè)計(jì)精度較高。旋轉(zhuǎn)彈丸的穩(wěn)定性包括急螺穩(wěn)定性、追隨穩(wěn)定性 及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性三部分。3.4.1急螺穩(wěn)定性由于翻轉(zhuǎn)力矩的存在，彈丸產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)的趨勢。為了實(shí)現(xiàn)飛行穩(wěn)定，彈丸應(yīng)繞自身軸線進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，以此

24、來克服翻轉(zhuǎn)力矩的不利作用。旋轉(zhuǎn)彈丸的這種性質(zhì)，一般稱為急 螺穩(wěn)定性。若使彈丸具備急螺穩(wěn)定性，必須使穩(wěn)定系數(shù)匚值為大于零的實(shí)數(shù)，而彈丸的急螺穩(wěn)定性可以寫為一CmgdJ：kmz(M)上0(3.12)式中Jx彈丸極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg m2)；Jy彈丸赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg m2)；J彈丸的慣性系數(shù)；3Cm彈丸相對(duì)質(zhì)量，Cm = m/dh彈丸質(zhì)心到空氣阻力中心的距離;Kmz(M )翻轉(zhuǎn)力矩的速度函數(shù)。其中-=ho 0.57如-0.16d dd(3.13)18沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書式中ho彈丸質(zhì)心到彈頭部界面的距離lto彈頭部長度查表得Kmz(M)=89 10*N/m#沈陽工學(xué)院課程

25、設(shè)計(jì)說明書#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書系數(shù)K具有表征火炮彈丸系統(tǒng)完善程度的意義。通常，所設(shè)計(jì)彈丸的急螺穩(wěn)定性條 件為：(3.14).：.n JxJCmg冷 Jy 1000號(hào) kmz(M)其上式的意義為實(shí)際使用的火炮膛線纏度應(yīng)小于等于彈丸結(jié)構(gòu)所要求的纏度，此時(shí)彈丸具有急螺穩(wěn)定性。相關(guān)數(shù)據(jù)為：彈丸的相對(duì)質(zhì)量Cm =11 103 kg/m3 ；彈丸的相對(duì)長度l/d = 66 4.8 1心2 2 5；. 4彈頭部相對(duì)長度h°/d = 368. 5 / 122 3.0006 mm彈丸質(zhì)心到彈頭部界面的相對(duì)距離 h。/ d二0.42 ；慣性系數(shù)J =0.5 ；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比Jy/Jx = 1 0. 2

26、9彈丸初速v°=7 15m/s火炮纏度=20 ；彈丸質(zhì)心到空氣阻力中心的距離h =0.171mm。綜上所述得：JxCmg =22.8jy10OOdkmz(M)由上式公式和相關(guān)數(shù)據(jù)可得，i I - 22-8 因=20，: : 10故設(shè)計(jì)的彈丸具有急螺穩(wěn)定性。3.4.2追隨穩(wěn)定性彈丸的動(dòng)力平衡軸能夠隨著彈道切線的變化， 這種跟隨彈道切線以同樣角速度向下轉(zhuǎn)動(dòng)的特性稱為追隨穩(wěn)定性。動(dòng)力平衡角偏離彈道切線的夾角,稱為動(dòng)力平衡角，以：p表示。一般采用動(dòng)力平衡角:.p作為彈丸追隨穩(wěn)定性的特征數(shù)。:.p值越小，彈丸的飛行方向性越好。2ng2odh31000 H(y). kmz(M )dcos：(3.

27、1520沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書式中二 彈道切線與水平軸的夾角;H y 空氣密度函數(shù)。從上式可見，、：p在彈道上是變化的。在彈道頂點(diǎn)附近，因 H y , v，Kmz(M)值達(dá) 到最小值，而cost值最大，故相應(yīng)的：p也最大。該處的追隨穩(wěn)定性最差，所以應(yīng)把 控制在符合要求的范圍以內(nèi)。頂點(diǎn)的動(dòng)力平衡角為6 _ ng?心咖(3.16)' p 一h 32 1000 H(Y)skmz(M) d式中Vs彈道頂點(diǎn)的速度；丫一一彈道頂點(diǎn)的高度；：ps 彈道頂點(diǎn)的動(dòng)力平衡角。為了保證所設(shè)計(jì)彈丸的追隨穩(wěn)定性，需滿足-ps乞L p1查彈道表得到相關(guān)數(shù)據(jù)為：1、彈道頂點(diǎn)的高度丫 =

28、5684.72m ;2、空氣密度函數(shù)H y = 0.3278 ；3、西亞切方法求出彈道頂點(diǎn)的速度。vs nUsCOsm（3.17）Us 二 c sin0I v（3.18）c = c （3.19）已知Vo = 715m/s,c =0.674，由彈道表查出匕=0.704* £ =0.441 0.701 =0.310c'sin2) - 0.31根據(jù)V。=715m/s，求出I (v0) =0.0893I (Us)二 c'sin2® l(v0) = 0.31 0.0893 = 0.3993由此可反查出U s = 385.604則頂點(diǎn)速度vs =Uscosv0 =272

29、.52m/s由 v。=715m/s查表 4.11 得出 kmz (M )=0.00882并計(jì)算出kmz(M)-* 丄 MM)-0.0 0 92 7V 4.5d(3.20)因?yàn)?=1.6 d則瓷ng2#cm¥0d(6 =h " 0=0.016(rad) =2.82 1000H-H(Y)v：kmz(M)(3.21)d"2.8根據(jù)要求得Np =12 15，因?yàn)轱w 5 p，所以彈丸具有追隨穩(wěn)定性4殺傷威力的計(jì)算與分析4.1彈丸殺傷威力計(jì)算過程榴彈爆炸后，彈殼碎成大量的高速破片，向四周飛散，形成一個(gè)破片作用場，使處 于場中的目標(biāo)受到毀傷。地面殺傷榴彈主要用于對(duì)付集群人員目標(biāo)

30、，本章主要論述地面 殺傷榴彈的威力指標(biāo)及計(jì)算。4.1.1球形靶殺傷面積設(shè)彈丸在布有目標(biāo)的地面上一定高度處爆炸，破片向四周飛散，其中部分破片打擊 地面上的目標(biāo)并使其傷亡。在地面任一處(x，y)取微面dx、dy。設(shè)目標(biāo)在此微面內(nèi)被 破片集中并殺傷的概率為P(x, y)，則ds二P(x, y)dxdy可視為微面dxdy的殺傷面積。定 義全彈丸的殺傷面積為S= P(x，y)dxdy(4.1)殺傷面積是一個(gè)等效面積，具體含義：如令目標(biāo)在地面以一定方式布設(shè)，且目標(biāo)密 度C為常數(shù)，以(個(gè)/m2)表示。微面dxdy內(nèi)的目標(biāo)個(gè)數(shù)將為dn =：;dxdy，而其中被殺傷的 目標(biāo)個(gè)數(shù)預(yù)期值將為：dnk = P(x,

31、y)dn =二 P(X ,Y)dxdy由此，地面上全部目標(biāo)中被殺傷的預(yù)期數(shù)將為：od cO nkp(x, y)dxdy s(4.2)-cO即被殺傷目標(biāo)數(shù)目期望nk直接與彈丸的殺傷面積S呈比例。當(dāng)殺傷面積已知，將它 乘以目標(biāo)密度，即可求出目標(biāo)被殺傷數(shù)目的預(yù)期值。為了求出殺傷面積，就要知道彈丸的破片初速、破片的質(zhì)量分布和飛散密度分布， 以及破片速度的衰減規(guī)律。然后球形靶法模型，利用破碎性試驗(yàn)測定破片的質(zhì)量分布， 在此基礎(chǔ)上處理出殺傷面積。4.1.2殺傷面積計(jì)算設(shè)彈丸在高度h處爆炸，相應(yīng)的速度為Vc，落角為札。建立坐標(biāo)系o-xyz。令z)y與 射面重合，并將彈丸的爆炸中心A取在Oz軸上，xoy為地面

32、，在其上按一定等分劃分成單元小格。小格的面積. xoy ;小格的中心點(diǎn)M的坐標(biāo)x, y ,它距彈丸中心的距離AM為R,相應(yīng)的破片飛散角方位角 NAM為。1、按下列公式計(jì)算R：R = . h2 （x2 y2）（4.3）圖4.1殺傷面積計(jì)算24沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書其中幾何關(guān)系:r2 = x2y2 , x = r sin'- , y = r cos'-。2、根據(jù) AMN及OMN間的下列幾何關(guān)系求得（參見圖4.1） 解出mN2 二 R： R2 -2RRccos 二 rc2 r2 -2rrc2cos'-R： -rc2 r i：R2 - r22rrc

33、cos'2RRc考慮到2 2 2 2.2Rc -匚二 R - r 二 hcos = xh/ Rc =sin 入 rc/ & =cosrc得到cos = R/h sci nxccos=cosJh xy2(hsin % xcos%)(4.4)#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)外彈道表查得，落角入=63.43、地面與飛散方向的夾角(4.5)sin v - h R4、 計(jì)算出破片平均質(zhì)量"及總破片數(shù)N0根據(jù)破片數(shù)目隨質(zhì)量的分布規(guī)律，破片總數(shù)N0 :No =ms 2u式中 ms彈殼質(zhì)量（kg）;2破片平均質(zhì)量（kg）。I 0.55/61/ 3Kt

34、o di （1-to/dJ式中 to彈殼壁厚（m）；di彈殼內(nèi)直徑（m）； 1/2 /7/6K 取決于炸藥的系數(shù)（kg /m ）。(4.6)(4.7)由炮彈設(shè)計(jì)理論P(yáng)252表 5.10得,彈殼壁厚to=O.OO61m；彈殼內(nèi)直徑di =0.0508;取決于炸藥的系數(shù)K=3.8kg1/2/m7/6解得：u =1.3 10 kg，N0 =4135。5、將破片按質(zhì)量等級(jí)分為n個(gè)組，并標(biāo)出各等級(jí)內(nèi)的破片平均質(zhì)量mpi，并考慮到對(duì)人員的實(shí)際情況，小于0.1g的破片可以不計(jì)入。算出每個(gè)等級(jí)內(nèi)的破片數(shù)目N ；質(zhì)量大于0.1g的破片的累計(jì)數(shù)目N（0.1g）N（0.1g） =4135exp-（0.1. O.8O

35、）0.5 =2579&確定破片的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)空間分布規(guī)律不考慮彈丸速度對(duì)破片場的影響。由于彈丸的軸對(duì)稱性，通常用函數(shù)f（：:）來表示破片的空間分布f(：) =dN .：N°d :(4.8)式中 N .由方位角旋成的圓錐范圍內(nèi)破片數(shù)目; dN .:圓錐范圍變化d :：的破片數(shù)的變化。實(shí)踐證明，對(duì)于彈丸可近似用正態(tài)分布函數(shù)表征：(4.9)式中 r、的期望;二的方差。圖4.2彈丸的有效膨脹殼體圖假設(shè)側(cè)面直接與裝藥接觸的彈體部分為有效殼體。用CAD計(jì)算面積確定Si,S為S的5%，確定 a,b。令./aox = i,Wbox= 2貝U1 2 /2:12/3.3(4.10)圖中二表示質(zhì)心所

36、在軸線到膨脹殼體重心所在軸線的距離差，因?yàn)閺楏w材料為D60屬于低碳鋼，故取K =0.8。:二 Kd/2 二 0.8 122 / 2 = 48.8mm彈丸速度對(duì)破片場的影響 在動(dòng)態(tài)條件下的破片飛散密度為：f()1 e ：( 4.11)J 2HCT式中；：1、 2可由以后下公式求的-ta n-1(4)(4.12)COS -Up二=(；)/3.3(4.13)求出：f ;： 2 sin(4.14)27沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書m“,/mv(m/s)0.5(4.15)7、計(jì)算破片的存速28沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書1 0.5 0.106v = Vp exp(-Hml/3(4.16)

37、式中mw/ms 炸藥與彈殼的質(zhì)量比mw/ms =3.27/21.76 = 0.106.2E決定于炸藥的性能的 Gurney常數(shù)。查表可得 2E =2316(m/s)可得0.5(m/s)0.106、0.5=2316()718.6m；. s8、不同質(zhì)量破片在距離R處的存速v#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書入=1-e-a(9.17 104mpM l5-b)(4.17)通過查課本(表5-12)得出球形H =580(m/kg1/3),方形H =346(m/kg1/3),不規(guī)則形 H =247222(m/kg1/3)的符合系數(shù)。9、計(jì)算各組破片的殺傷概率Phhk采用A-S殺傷準(zhǔn)側(cè)#沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書Ns

38、八 Niphki =1(4.18)式中mpi破片質(zhì)量(kg );v 破片擊靶速度(m/s)；a,b, n決定不同情況的常數(shù)值。假定情況為防御人員在30秒內(nèi)喪失戰(zhàn)斗力，則查表可得：a=8.8771 X10-4, b=31400, n=0.45106,進(jìn)而求的殺傷概率。10、殺傷破片平均數(shù)(預(yù)期值)Ns當(dāng)采用A-S殺傷準(zhǔn)則時(shí)將Na破片按質(zhì)量分為7組，則式中第i組破片數(shù)目Ni二恥冷*5" mpi1/J0711、在方向處的殺傷破片球面密度:29沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書30沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書NSas(R, )=NP()R(4.19)12、根據(jù)目標(biāo)的暴露面積St及布設(shè)方式，確定每個(gè)目標(biāo)在破

39、片飛散方向的投影面積S。例如對(duì)地面上的臥姿與立姿目標(biāo)分別為：Si = St sin 二Si = St cost(4.20)13、計(jì)算破片對(duì)目標(biāo)的殺傷概率:P(x, y) =1-e"as(x,y)Sn(4.21)14、計(jì)算單元格內(nèi)的殺傷面積:=S 二 P(x, y) = x=y15、基于每個(gè)微面計(jì)算的基礎(chǔ)上，將所有的小格的殺傷面積求和，得彈丸的全部傷面積：(6.22)(4.23)4.2程序運(yùn)行運(yùn)行程序“榴彈殺傷威力計(jì)算及優(yōu)化”程序。程序會(huì)要求指定一個(gè)輸出文件存儲(chǔ)路徑并命名。根據(jù)提示輸入以上數(shù)據(jù)，完成后程序開始對(duì) h進(jìn)行優(yōu)化。最終結(jié)果被輸出到 文件當(dāng)中。程序運(yùn)行分為地面人員目標(biāo)為立姿和臥

40、姿兩種情況。相關(guān)程序見附錄。圖4.3運(yùn)行工程圖31沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書4.2.1目標(biāo)立姿狀態(tài)將已知數(shù)據(jù)輸入并輸出結(jié)果如表4.1表4.1立姿殺傷面積爆炸高度(m)殺傷面積(m2)爆炸高度(m)2殺傷面積(m )1162.5746248.1372223.4797231.6443253.5988213.2224263.6379194.4835260.09510176.3674.2.2殺傷面積結(jié)果分析表4.2臥姿殺傷面積爆炸高度(m)殺傷面積(m2)爆炸高度(m)2殺傷面積(m )1562.1106347.1482544.0287295.6063508.9268250.1024459.321921

41、0.9305403.07210177.718423殺傷面積結(jié)果分析1、立姿殺傷面積數(shù)據(jù)分析分析圖4.3后可知，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理并以工程軟件運(yùn)行后可得出結(jié)論： 該彈丸在已知數(shù) 據(jù)且地面人員在立姿著靶狀態(tài)下時(shí)，其殺傷面積與爆炸高度有較大關(guān)系， 在炸高4m左右 時(shí)殺傷面積最大。圖4.3立姿殺傷面積曲線2、臥姿殺傷面積數(shù)據(jù)分析分析圖4.4后可知，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得出以下結(jié)論：該彈丸在已知數(shù)據(jù)且地面人員臥姿 著靶狀態(tài)下時(shí)，其殺傷面積與其爆炸高度成反比。圖4.4臥姿殺傷面積曲線定亠蘭_=遲怕3、炸藥性能和質(zhì)量也是影響威力的因素，炸藥對(duì)彈體的沖量可以使得破片破碎， 數(shù)量愈多，初速愈大，炸藥質(zhì)量大產(chǎn)生的沖量自然大。4

42、、輸出結(jié)果中，列出了不同炸點(diǎn)高所對(duì)應(yīng)的殺傷面積。殺傷面積在一定炸點(diǎn)高會(huì) 出現(xiàn)一個(gè)極值。此時(shí)對(duì)應(yīng)的炸點(diǎn)高即為最佳炸點(diǎn)高，對(duì)應(yīng)的殺傷面積最大。5總結(jié)彈丸發(fā)射強(qiáng)度計(jì)算是為了確保彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)的安全性。彈丸飛行穩(wěn)定關(guān)系到彈丸的射擊精度，而射擊精度對(duì)彈丸的戰(zhàn)斗性能具有重要的影響，因此要保證彈丸良好的安 全性和飛行性能。所以本次課設(shè)校核了彈體及零件強(qiáng)度和裝填物的安定性，進(jìn)行了彈丸 在飛行中的受力分析，空氣阻力系數(shù)，彈道參量及飛行穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要 求。彈丸威力即對(duì)目標(biāo)的毀傷能力是最主要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，彈丸對(duì)目標(biāo)威力愈大，在相 同條件下可以減少彈藥的消耗量，火炮的門數(shù)及完成戰(zhàn)斗任務(wù)的時(shí)間。所以彈丸

43、滿足彈 丸威力要求是彈丸設(shè)計(jì)的目的，本次課設(shè)主要是應(yīng)用C程序設(shè)計(jì)編寫一個(gè)“榴彈殺傷威 力計(jì)算及優(yōu)化”程序，估算殺傷榴彈在目標(biāo)上空任一點(diǎn)爆炸時(shí)，對(duì)地面人員目標(biāo)的殺傷 面積。通過多次計(jì)算，優(yōu)化處彈丸的最有利的爆炸高度及其對(duì)應(yīng)的殺傷面積。計(jì)算結(jié)果 優(yōu)化出了落速W=317.96m/s落角包二65°5'，破片為不規(guī)則形，殺傷準(zhǔn)則采用 AS 2 準(zhǔn)則時(shí)目標(biāo)立姿臥姿狀態(tài)時(shí)的炸高。對(duì)其計(jì)算原理過程及程序的編寫運(yùn)行有了理解認(rèn) 識(shí)。本次課程設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用彈藥系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，彈道學(xué)及 VB程序設(shè)計(jì)等知識(shí)對(duì)PL96式 122毫米殺爆彈彈丸設(shè)計(jì)分析，以該彈丸基本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行發(fā)射強(qiáng)度、飛行穩(wěn)定性、彈道

44、參數(shù)和彈丸威力的計(jì)算。加深對(duì)彈丸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理解與應(yīng)用兩周的炮彈設(shè)計(jì)理論課程 設(shè)計(jì)結(jié)束了，感謝在課程設(shè)計(jì)中老師及同學(xué)們的幫助，應(yīng)用了專業(yè)知識(shí)，加深了對(duì)專業(yè) 的理解。通過本次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)論文寫作及格式要求更加熟悉。為下一步的課程學(xué)習(xí)、課 程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。同時(shí)對(duì)所學(xué)課程有了更深的理解和認(rèn)識(shí)，對(duì)本專業(yè) 所研究的產(chǎn)品有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，及大地提高了對(duì)未來本專業(yè)發(fā)展方向的濃厚興趣，同 時(shí)也提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，增強(qiáng)了自身實(shí)力，才能更好更快的融 入社會(huì)，為今后的社會(huì)學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。34沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書參考文獻(xiàn)1 焦志剛炮彈設(shè)計(jì)理論M.出版社沈陽理工大學(xué)，2

45、017: 105-152.2 王志軍，尹志平.彈藥學(xué)M.北京；北京理工大學(xué)出版社，2005:175-203.3 韓子鵬.彈道學(xué).北京;北京理工大學(xué)出版社，2005： 46-82.4 浦發(fā).地面火炮外彈道表M.國防工業(yè)出版社，1977： 201-237.喬相信，張建，吳玉斌.空氣動(dòng)力學(xué)M.沈陽；沈陽理工大學(xué)，2005:45-109.35沈陽工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書Private Sub Comma nd1_Click()Dim x As Si ngleDim y As Si ngleDim R1 As Si ngleDim STA1 As Si ngleDim N1 As Si ngleDim N4

46、 As Si ngleDim N8 As Si ngleDim N20 As Si ngleDim N30 As Si ngleDim N50 As Si ngleDim phk50 As Sin gleDim phk30_50 As Si ngleDim phk20_30 As Sin gleDim phk8_20 As Si ngleDim phk4_8 As Si ngleDim phk1_4 As Sin gleDim v50 As Sin gleDim v30_50 As Si ngleDim v20_30 As Si ngleDim v8_20 As Si ngleDim v4_8

47、 As Si ngleDim v1_4 As Sin glea = 8.8771 / 10000b = 31400n = 0.45106H1 = 240g2e = 2316g_ = 3.14159267 / 2Q = (3.5 * 3.14159267) / 18el = 2.718281828459k = 3.81tO = 0.0195di = 0.062s1 = 0mw = Val(Text1.Text)ms = Val(Text2.Text)h = Val(Text3.Text)i = Val(Text4.Text)j = Val(Text4.Text)For x = 0 To i St

48、ep 0.1s = 0For y = 0 To j Step 0.1r = Sqr(h * h + x * x + y * y)R1 = (h * Sin(3.14159267 / 4) + x * Cos(3.14159267 / 4) / rIf 0 < R1 < 1 The nIf Sqr(-R1 * R1 + 1) + 2 * Atn (1) = 0 The ng = 3.14159267 / 2Elseg = (Atn (-R1 / Sqr(-R1 * R1 + 1) + 2 * Atn (1)End IfSTA1 = h / rIf h < r The nsta

49、= Atn( STA1 / Sqr(-STA1 * STA1 + 1)Elsepxy = 0End Ifu = (k * (t0) A (5 / 6) * (di) A (1 / 3) * (1 - t0 / di) A 2N0 =ms / (2 * u)n501=-1 * (0.05 / u) a 0.5N301=-1 * (0.03 / u) a 0.5N201=-1 * (0.02 / u) a 0.5N81 =-1 * (0.008 / u) a 0.5N41 =-1 * (0.004 / u) a 0.5N11 =-1 * (0.001 / u) a 0.5N502=e1 a n501N302=e1 a N301N202=e1 a N201N82 =e1 a N81N42 =e1 a N41N12 =e1 a N11N50 =N0 * N502N30 =N0 * N302N20 =N0 * N202N8 =N0 * N82N4 =N0 * N42N1 =N0 * N12N30_