沈工焦老師122毫米殺爆彈課程設(shè)計

摘要炮彈設(shè)計理論課設(shè)所涉及的相主要內(nèi)容是，彈丸發(fā)射安全性及堂內(nèi)運動真確性分析、彈丸的飛行穩(wěn)定性能設(shè)計、威力的設(shè)計。對PL96式122毫米殺爆彈彈丸彈的各各戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標進行規(guī)范的設(shè)計。保證彈丸在膛內(nèi)運動的正確性，安全性；在飛行中穩(wěn)定性好；在目標區(qū)域作用可靠，威力滿足要求。炮彈設(shè)計理論課設(shè)的必須要有一定的基礎(chǔ)知識，在計算彈體應(yīng)力時，一定要有很好的數(shù)學(xué)知識，力學(xué)知識，計算飛行穩(wěn)定性時，還要有彈道學(xué)的相關(guān)知識。分析彈丸在外彈道飛行時所受空氣動力和力矩。根據(jù)有關(guān)強度理論對彈體進行校核，采用布林克法，計算每個斷面內(nèi)表面的三向主應(yīng)力，用第二強度理論校核彈體內(nèi)表面的強度。對彈丸頭螺進行分析和計算，用差值法對外彈道的五個參量進行計算并對彈丸飛行穩(wěn)定性進行分析，其中包括急螺穩(wěn)定性和追隨穩(wěn)定性。最后對彈丸的殺傷威力和殺傷面積進行了計算。關(guān)鍵詞：安全性、飛行穩(wěn)定性、彈道諸元、彈丸威力TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1彈丸結(jié)構(gòu)總體設(shè)計分析 1\o"CurrentDocument"2彈丸發(fā)射安全性分析 2\o"CurrentDocument"2.1分析彈丸在膛內(nèi)發(fā)射時的受力 22.1.1彈丸發(fā)射時在膛內(nèi)受到的載荷 22.1.2發(fā)射時彈體的受力狀態(tài)和變形 2\o"CurrentDocument"2.2彈體及其零件在最大膛壓時的強度計算 32.2.1發(fā)射時彈體強度計算 32.3.2彈底強度計算 5\o"CurrentDocument"2.4進行彈丸裝填物的發(fā)射安全性計算 8\o"CurrentDocument"3彈丸彈道計算與飛行穩(wěn)定性分析 9\o"CurrentDocument"3.1分析彈丸在外彈道飛行時所受空氣動力和力矩 9\o"CurrentDocument"3.2彈丸在外彈道上攻角為零時的空氣阻力系數(shù)的計算 9\o"CurrentDocument"3.3彈丸的外彈道參量的計算 11\o"CurrentDocument"3.4彈丸飛行穩(wěn)定性計算和分析 133.4.1急螺穩(wěn)定性 13\o"CurrentDocument"3.4.2追隨穩(wěn)定性 15\o"CurrentDocument"4殺傷威力的計算與分析 17\o"CurrentDocument"4.1彈丸殺傷威力計算過程 174.1.1球形靶殺傷面積 174.1.2殺傷面積計算 17\o"CurrentDocument"4.2程序運行 224.2.1目標立姿狀態(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 23\o"CurrentDocument"5總結(jié) 25\o"CurrentDocument"參考文獻 26\o"CurrentDocument"附錄 271彈丸結(jié)構(gòu)總體設(shè)計分析彈丸設(shè)計的第一步即總體方案設(shè)計。所謂彈丸的總體設(shè)計，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122mm，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)計時，為保證彈丸飛行穩(wěn)定性，需要從急螺穩(wěn)定性、追隨穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性三方面考慮，通過計算膛線纏度上下限來校核。殺爆彈主要依靠破片的動能和爆炸沖擊波的能量來殺傷有生力量，所以在彈丸設(shè)計中，主要是通過計算彈丸破片參數(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)運動中都能保證足夠的強度，不發(fā)生超過允許的變形，炸藥、火工品等零件不會引起自燃，爆轟等現(xiàn)象，使彈丸在發(fā)射時處于安全狀態(tài)。2.1分析彈丸在膛內(nèi)發(fā)射時的受力2.1.1彈丸發(fā)射時在膛內(nèi)受到的載荷彈丸及其零件發(fā)射時在膛內(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，有的對發(fā)射強度起直接影響，有的則主要影響膛內(nèi)運動的正確性，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)生運動，獲得一定的加速度，并由此引起其他載荷。所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)值對彈丸發(fā)射安全性分析，滿足其要求。2.1.2發(fā)射時彈體的受力狀態(tài)和變形發(fā)射時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，彈丸受力變形有三個危險的臨界狀態(tài)，如圖2.1所示的3個時刻。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，彈帶壓力最大值時的情況。這一時期的特點是：火藥氣體壓力及彈體上相應(yīng)的其他載荷都很少，整個彈體其他區(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)彈丸受力和變形相當(dāng)于最大膛壓時期。這一時期的特點是：火藥氣體壓力達到最大，彈丸加速度也達到最大，同時由于加速度而引起的慣性力均達到最大，這時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)于彈丸出炮口時刻。這一時期的特點時：彈丸的旋轉(zhuǎn)角速度達到最大，與角速度有關(guān)的載荷達到最大值，但與強度有關(guān)的火藥氣體壓力等載荷均迅速減小，彈體上變形也相應(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，這種振動會引起拉伸應(yīng)力與壓縮應(yīng)力的相互交替作用，因此對某些抗拉強度大大低于抗壓強度的脆性材料，必須考慮由于載荷突然卸載而產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力對彈體的影響。2.2彈體及其零件在最大膛壓時的強度計算發(fā)射時彈體強度計算，實質(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)強度理論對彈體進行校核。彈丸在膛內(nèi)應(yīng)當(dāng)校核第二臨界狀態(tài)（膛壓最大）時的強度。已知彈丸質(zhì)量 m=21.76kg計算壓力 p=304MPa金屬密度 P廣7.8g/cm3金屬泊松比^=0.3炸藥密度 P尸1.59g/cm3膛線纏度門=20炮口初速 ％=715m/s2.2.1發(fā)射時彈體強度計算在膛壓最大時，彈體受到的膛內(nèi)火藥氣體壓力作用達到最大，加速度也達到最大，因而慣性力、裝填物壓力等均達到最大值。相比之下，彈帶壓力下降很多，故可將彈帶壓力略去。另外此時期彈丸的旋轉(zhuǎn)角尚很小，在應(yīng)力計算過程中可以略去由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生應(yīng)力。此時期必須對整個彈體所有部位都進行強度校核，實際上是在整個彈體上找出最危險斷面（應(yīng)力最大斷面），并對最危險斷面進行強度校核。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，計算每個斷面內(nèi)表面的三向主應(yīng)力，用第二強度理論校核彈體內(nèi)表面的強度。對于旋轉(zhuǎn)彈丸，如不計旋轉(zhuǎn)的影響，其三向應(yīng)力分別為TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"r2m

b=-p nz r2-r2mbnan\o"CurrentDocument"r2m ,、伊=-p ^n (2.1)r r2manb=pZ^Tn

tcr—r式中符號，正號表示拉伸，負號表示壓縮。最大危險斷面可能發(fā)生在彈尾區(qū)，也可能發(fā)生在彈帶槽處，(因為這些斷面處面積較小)。1、在彈體上取三個最危險斷面，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2.1122mm彈體危險截面圖2、由圖紙查出三個斷面的內(nèi)外半徑，并用特征數(shù)計算方法分別計算出這三個斷面以上彈體聯(lián)系質(zhì)量m和炸藥的質(zhì)量m，數(shù)據(jù)如表2.1所示n wn表2.1122mm彈體斷面有關(guān)數(shù)據(jù)斷面號r/cmr/cmm/kgm/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、計算各斷面內(nèi)表面處的應(yīng)力用公式TOC\o"1-5"\h\z_ r2m\o"CurrentDocument"b=-p nz r2-r2mbnan\o"CurrentDocument"r2m Ec、〈b=—p wn (2.2)r r2manb=prn+rantcr2一r24、 通過內(nèi)彈道計算得出最大膛壓時刻，彈丸的速度為940m/s5、 計算結(jié)果如表2.2所示。表2.2122mm彈體壓力時期斷面號軸向應(yīng)力b/Mpaz徑向應(yīng)力b/Mpar切向應(yīng)力氣/Mpa最大1-1斷面-299.011-61.0196.556膛壓2-2斷面-491.223-104.82202.28時刻3-3斷面-580.732-96.53191.282.3.2彈底強度計算發(fā)射時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。彈底強度計算主要從彎曲強度來考慮，實際上彈底計算中，并不需要將彈底內(nèi)所有位置都計算出來，只需要考慮其中某些危險位置即可。圖2.2斷面圖（（2.3）（2.4）（2.5）已知彈丸質(zhì)量 m=21.76kg裝填物有效藥柱質(zhì)量 m=2.8kgw彈丸半徑 r=0.061m彈底半徑 ？=0.03m彈底厚度 萬=0.02m彈底壁厚 ^=0.024m計算壓力 P=304MPa彈底金屬屈服極限 氣2=343MPa裝填物壓力p=pMK=304x00612x-^^=161.73MPacrr2m 0.03221.76d1、計算聯(lián)系系數(shù)七=rd+2氣=0.0445m45.43（1-四2）45.41 12r2b0br13br13pr2(3.3-2Kt2d（2.6）（2.7）（2.8）（2.9）（2.10）（2.11）（2.12）（2.13）K= 1+(d

tb2、 計算軸向有效載荷萬z=3.14x0.032x0.024x=3.14x0.032x0.024x7810=0.53kgp=p(1—r2mw+md)=304x(1-0.0612Z8+0.64)=105.303MPar2m 0.032 21.76d3、 計算各危險點的應(yīng)力和相當(dāng)應(yīng)力第1點:、3X105.303x0.0323.3-2x0.51、)= ( )=141.079MPa8 0.0242 8七=b1=141.079MPab=-p=-161.73MPaz1 cb=-^、'(b~-b?+G_-b?+G-b?=291MPa1v'2YZ1 r1 r1t1 t1z1同理可計算出其他三點的應(yīng)力，其值分別為第2點： b=-141.079MPar2b2=-141.079MPab2=-p=2-60.3MPab2=29.4MPa第3點： b=-129.3MPar3b3=-50.4MPab3=-p=-95.6MPab3=159MPa第4點： b=128.6MPar4b4=40.53MPab4=-p=2-67.03MPab=275.3MPa4根據(jù)第四理論強度，四各危險點的相應(yīng)應(yīng)力均符合強度條件b"0.2

2.4進行彈丸裝填物的發(fā)射安全性計算彈丸的主要裝填物是炸藥，因此發(fā)射時必須保證發(fā)射時的安全性。發(fā)射時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)生顆粒間的相對移動和摩擦，從而導(dǎo)至熱現(xiàn)象。同時在發(fā)射時必須限制炸藥內(nèi)的最大應(yīng)力。在彈底斷面上，炸藥受壓應(yīng)力達到最大值，即（2.14）r（2.14）Wmaxr2m

d式中rd——彈底內(nèi)腔半徑mw——炸藥柱質(zhì)量。0.06123.27

。 =304x x =74.351MPaWmax 0.03221.76TNT（柱裝）炸藥的允許應(yīng)力查課本表3.10，C]=107.8MPa炸藥發(fā)射時的安全性條件為b"'」 （危）3彈丸彈道計算與飛行穩(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力外形；確實可靠的飛行穩(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)計要涉及的基本內(nèi)容。3.1分析彈丸在外彈道飛行時所受空氣動力和力矩通過彈丸質(zhì)心建立右手直角坐標系以無。ox與彈軸的夾角稱為章動角（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R表示。在一般情況下，彈丸都有正面阻力；如有攻角，z升力。對于旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)彈丸，當(dāng)存在攻角時，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的空氣阻力系數(shù)的計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：彈頭部相對長度 人h=2.6505彈丸全長 乙=664.81mm尾錐角 a尸7°彈底面積與最大橫斷面積之比 SD=0.8354SS彈丸側(cè)面積與最大橫斷面積之比受=14.84S先求出以下參數(shù)：(3.1)（3.2）Ma=V0=715=2.1

a340(3.1)（3.2）Re=土940*0.615=3.137x107V 1.49x10-50.5。=2tan-1（0.5/人）=20.76。1、頭部波阻%—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)0.002-0.0016+ L Ma2」叩1—(196^2—16) H :—14(Ma+18認2H」=0.1136式中Ma 彈丸飛行馬赫數(shù)；七一一圓弧形頭部的相對長度；P0——圓弧形頭部的半頂角。此公式適用范圍是1.5<M<3.5，100<p<450。0xwb（3.3）（3.4）（3.5）2、尾錐波阻系數(shù)ccxwb0.0016+0002a1.7J1—%=0.0319Ma2」MS（3.6）式中ak——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)cm—由于氣流粘性引起的摩擦阻力系數(shù)。當(dāng)雷諾數(shù)為2x106<Re<1010時，cxmz1 0.032cxmz1 0.032S ^<1+0.12Ma2Re0.2S=0.0219（3.7）式中Re——雷諾數(shù);v=R/p——空氣的運動粘性系數(shù);sa——彈丸側(cè)面積。4、底部阻力系數(shù)c域，由底部負壓引起的底部阻力系數(shù)。=11.43_0.772汕—|Ma2Ma21—0.11Ma2一」S3.5-D=0.10165、彈丸總阻力系數(shù)cx0，將以上阻力相加即可求得彈丸總阻力系數(shù)。c=c+c+c+cx0xtbxwbxmzxdz=0.1136+0.0219+0.0319+0.1016=0.269（3.8）（3.9）6、彈形系數(shù)加i=￡=0-269=0985（3.10）X0 .43 c* 0.273X437、計算彈道系數(shù)id2c= X103m(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)用某個阻力定律和標準條件下所編的彈道表進行諸元或修正諸元的查算和反查算。本次計算使用43年阻力定律。已知c=0.674、v0=715m/s、00=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)、、.....％（僦）700 715 750c0.6516375 X1 175250.674X20.715700 X3 16764表3.2飛行時間T(s)0.674 T20.7 63.88 T3 66.48表3.3落速、(m/s)V0(m/s)700 715 750c0.65318 vci 3210.674vc20.7314 vc3 317表3.4落角e'??.?%(m/s)700 715 750c0.6563°25' ec1 63°48'0.674ec20.763°57' ec3 64°47'表3.5彈道高Y(m)"^-...vQ(m/s)700 715 750c0.655470 Y1 59630.674Y20.75279 Y3 5741已知c、v0、e0，可應(yīng)用表格法一一進行單變直線插值計算其計算程序如下式：X'=X+V0-V01(X-X)11%2—%1 '2 11 (3.12)X〃=X+V0-V01(X-X)>21v-v 22 21X=X，+^^(X〃-X，)c-c經(jīng)過插值計算得到以下數(shù)值：X=16837.503mt=66.107svc=317.96m/s0c=65°15‘y=5684.72m在彈道頂點速度 V=X=254.7m/s;ST時間 亍(0.4?0.5)T=33.05s;水平射程 尤=(0.5?0.7)X=11786.25m3.4彈丸飛行穩(wěn)定性計算和分析飛行穩(wěn)定性，是彈丸飛行時，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。為了實現(xiàn)飛行穩(wěn)定，彈丸應(yīng)繞自身軸線進行高速旋轉(zhuǎn)，以此來克服翻轉(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)定系綻值為大于零的實數(shù)，而彈丸的急螺穩(wěn)定性可以寫為：1*土虬k(M)泌 (3.12)\兀2^CgdJmz 0式中J 彈丸極轉(zhuǎn)動慣量(kg-m2)；XJy 彈丸赤道轉(zhuǎn)動慣量(kg-m2)；H——彈丸的慣性系數(shù)；Cm 彈丸相對質(zhì)量，Cm=m/d3h——彈丸質(zhì)心到空氣阻力中心的距離；KJM)——翻轉(zhuǎn)力矩的速度函數(shù)。其中 -=匕+0.57，-0.16 (3.13)ddd式中 h0——彈丸質(zhì)心到彈頭部界面的距離10——彈頭部長度IK(M) —kf(M)，查表得K(M)=89x10-4N/m3mz \4.5dmz m令 j-b2=K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)計彈丸的急螺穩(wěn)定性條件為：n<nJ￡g

2f七1000人(M) (3-14)其上式的意義為實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，此時彈丸具有急螺穩(wěn)定性。相關(guān)數(shù)據(jù)為：彈丸的相對質(zhì)量 Cm=11x103kg/m3；彈丸的相對長度 l/d=664.81/日22?4彈頭部相對長度 I。/』=368.5/=223.0206mm彈丸質(zhì)心到彈頭部界面的相對距離七/d=0.42；慣性系數(shù) 日=0.5；轉(zhuǎn)動慣量比 JJJ=10.29彈丸初速 v0=715m/s火炮纏度 n=20；彈丸質(zhì)心到空氣阻力中心的距離h=0.171mm。綜上所述得：

J——^^——=22.8Jy1000hk(M)dmz由上式公式和相關(guān)數(shù)據(jù)可得，&]=22.8因門=20，n<ln]o故設(shè)計的彈丸具有急螺穩(wěn)定性。3.4.2追隨穩(wěn)定性稱為動力平衡角，以5稱為動力平衡角，以5表示。一般采用動力平衡5值越小，彈丸的飛行”方向性越好。嚴m(xù)V0d cos0h1000q-H(y)v3k(M)動力平衡角偏離彈道切線的夾角5-ng2p(3.15)5-ng2p(3.15)K(M)值達所以應(yīng)把5p(3.16)式中 0——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，5在彈道上是變化的。在彈道頂點附近，因H(y)p到最小值，而cos0值最大，故相應(yīng)的5也最大。該處的追隨穩(wěn)定性最差控制在符合要求的范圍以內(nèi)。頂點的動力平衡角為5ng2 pCvdp2 hmz21000nH(Y)v3k(M)

dmz式中 七一一彈道頂點的速度；Y——彈道頂點的高度；5——彈道頂點的動力平衡角。ps為了保證所設(shè)計彈丸的追隨穩(wěn)定性，需滿足5ps查彈道表得到相關(guān)數(shù)據(jù)為：1、彈道頂點的高度Y=5684.72m；2、空氣密度函數(shù)H(y)=0.3278；2、3、西亞切方法求出彈道頂點的速度。

（3.17）（（3.17）（3.18）（3.19）I(U)=c'sin9+1(v)

c'=cp已知v0=715m/s,c=0.674，由彈道表查出P=0.704c'=郵=0.441x0.701=0.310

c'sin29=0.31根據(jù)v0=715m/s，求出I(v)=0.0893

0I(Us)=c'sin290+1(V0)=0.31+0.0893=0.3993由此可反查出U=385.604則頂點速度v=Ucos9=272.52m/s由V0=715m/s查表4.11得出k'(M)=0.00882并計算出k (Mk (M)=、：mzj^ldk-(M)=0.00927（3.20）因為-=1.6d=0.016(rad)=2.8。（3.21=0.016(rad)=2.8。（3.21）2 h21000q—H(Y)v3k(M)d smz、’6=2.8。ps根據(jù)要求得[6p]=12?15。，因為6ps<[5p]，所以彈丸具有追隨穩(wěn)定性。4殺傷威力的計算與分析4.1彈丸殺傷威力計算過程榴彈爆炸后，彈殼碎成大量的高速破片，向四周飛散，形成一個破片作用場，使處于場中的目標受到毀傷。地面殺傷榴彈主要用于對付集群人員目標，本章主要論述地面殺傷榴彈的威力指標及計算。4.1.1球形靶殺傷面積設(shè)彈丸在布有目標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并使其傷亡。在地面任一處危，y)取微面dx、心。設(shè)目標在此微面內(nèi)被破片集中并殺傷的概率為P(x，y)，則d=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=卜卜p(x,y)dxdy (4.1)-8-8殺傷面積是一個等效面積，具體含義：如令目標在地面以一定方式布設(shè)，且目標密度(為常數(shù)，以(個/m2)表示。微面d.y內(nèi)的目標個數(shù)將為dn=cdxdy，而其中被殺傷的目標個數(shù)預(yù)期值將為：dn^=P(x,y)dn=cP(X,Y)dxdy由此，地面上全部目標中被殺傷的預(yù)期數(shù)將為：n=f8f85p(x,y)dxdy=& (4.2)k-8-8即被殺傷目標數(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，將它乘以目標密度，即可求出目標被殺傷數(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殺傷面積計算設(shè)彈丸在高度龍?zhí)幈?，相?yīng)的速度為七，落角為七。建立坐標系o-xyz.。令帝y與射面重合，并將彈丸的爆炸中心人取在七軸上，xoy為地面，在其上按一定等分劃分成

單元小格。小格的面積A5=Axoy；小格的中心點M的坐標G,y)，它距彈丸中心的距離AM為火，相應(yīng)的破片飛散角方位角ZNAM為平。1、按下列公式計算夫：R=02+(X2+y2) (4.3)圖4.1殺傷面積計算圖4.1殺傷面積計算其中幾何關(guān)系：r2=x2+y2，x=rsinw，y=rcosw。2、根據(jù)AAMN及AOMN間的下列幾何關(guān)系求得平(參見圖4.1)解出mN2=R2+R2-2RRcos中=r2+r2-2rr2cos^

R2-r2)+R2-r2)+2rrcos*cos甲 c一c 2RR cc考慮到得到R2考慮到得到R2-r2=R2-r2=h26cos*=Xh/R=sin9r/R=cos9co甲=RKh (si+ix 9c)osr1^=cos-i[^= (hsin9+xcos9)(4.4)相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)外彈道表查得，落角9°=63.4。3、地面與飛散方向的夾角 C(4.5)sin9=hR(4.5)4、計算出破片平均質(zhì)量R及總破片數(shù)N0

(4.6)(4.7)(4.6)(4.7)N=mjlu式中m——彈殼質(zhì)量(kg)；破片平均質(zhì)量(kg)。H0.5=Kt5/6d1/3(1-1/d)式中t——彈殼壁厚(m)；0d— 彈殼內(nèi)直徑(m)；K——取決于炸藥的系數(shù)(kg1/2/m7/6)。由《炮彈設(shè)計理論》P252表5.10得，l0l0=0.0061m；d=0.0508；iK=3.8kg1/2/m7/6。彈殼內(nèi)直徑取決于炸藥的系數(shù)uu=1.3X10-4kg,N0=4135。5、 將破片按質(zhì)量等級分為n個組，并標出各等級內(nèi)的破片平均質(zhì)量瓦,?，并考慮到對人員的實際情況，小于0.1g的破片可以不計入。算出每個等級內(nèi)的破片數(shù)目N；質(zhì)量大于0.1g的破片的累計數(shù)目N(0.1g)N(0.1g)=4135exp[-(0.10.80)0.5]=25796、 確定破片的靜態(tài)、動態(tài)空間分布規(guī)律不考慮彈丸速度對破片場的影響。由于彈丸的軸對稱性，通常用函數(shù):中)來表示破片的空間分布。(4.8)(4.9)fS)=芻(4.8)(4.9)N0d式中N——由方位角中旋成的圓錐范圍內(nèi)破片數(shù)目；dN——圓錐范圍變化d中的破片數(shù)的變化。實踐證明，對于彈丸可近似用正態(tài)分布函數(shù)表征：…、 1 ，-Vf(甲)=e-(k即》/2o2<2kq式中N——(P的期望;。 (p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計算面積確定S1,S’為S的5%，確定a,b。令 Aaox=甲，/box=甲1 2貝。 Q=G+9)/2b=G］一甲2)/3.3 (4.10)圖中△表示質(zhì)心所在軸線到膨脹殼體重心所在軸線的距離差，因為彈體材料為D60屬于低碳鋼，故取K=0.8。A=Kd/2=(0.8x122)/2=48.8mm彈丸速度對破片場的影響在動態(tài)條件下的破片飛散密度為：1 ，、 ,一一、f(甲)=, e-(K-s》/2S2 (4.11)2兀b式中％、^2可由以后下公式求的9=tan-1(— ) (4.12)cos9+YUpb'=(甲'+9')/3.3 (4.13)1 2求出：p(p)=fG》2兀sin9 (4.14)

7、計算破片的存速vF[ m1m『丫5(m/s) (4.15)p [1+0.5mIm)式中mIm 炸藥與彈殼的質(zhì)量比mIm=3.27/21.76=0.106?y2E 決定于炸藥的性能的Gurney常數(shù)。查表可得*2E=2316(m/s)、0.5、0.5(m/s)v=^2E

p'm/mv=^2E

pw^-[1+0.5mmj=2316(―0106—)0.5=718.6m.s1+0.5x0.106(4.16)8、不同質(zhì)量破片在距離R處的存速V(4.16)v=vexp( )pHmm

p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=247?222(m/kg1/3)的符合系數(shù)。9、計算各組破片的殺傷概率Pihk采用A-S殺傷準側(cè)(4.17)Pi=1-e-a(9.17x104mvi1-5-b(4.17)式中m.——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=8.8771x10-4，b=31400，n=0.45106.，進而求的殺傷概率。10、殺傷破片平均數(shù)(預(yù)期值)Ns(4.18)當(dāng)采用A-S殺傷準則時將Na破片按質(zhì)量分為(4.18)「N=￡叩L、"1pi式中弟1組破片數(shù)目N=N0e-(”企-e-。同/企pi11、在方向中處的殺傷破片球面密度：

N,、a(R,甲)=s(4.19)sPa(R,甲)=s(4.19)R212、根據(jù)目標的暴露面積鳥及布設(shè)方式，確定每個目標在破片飛散方向的投影面積筆。例如對地面上的臥姿與立姿目標分別為:(4.20)S=Ssin0(4.20)S=Scos013、 計算破片對目標的殺傷概率：P(x,y)=1-e-as(x,y)Sn (4.21)14、 計算單元格內(nèi)的殺傷面積：AS=P(x,y)AxAy (6.22)15、 基于每個微面計算的基礎(chǔ)上，將所有的小格的殺傷面積求和，得彈丸的全部傷面積：(4.23)s=EAS(4.23)4.2程序運行運行程序“榴彈殺傷威力計算及優(yōu)化”程序。程序會要求指定一個輸出文件存儲路徑并命名。根據(jù)提示輸入以上數(shù)據(jù)，完成后程序開始對龍進行優(yōu)化。最終結(jié)果被輸出到文件當(dāng)中。程序運行分為地面人員目標為立姿和臥姿兩種情況。相關(guān)程序見附錄。圖4.3運行工程圖圖4.3運行工程圖4.2.1目標立姿狀態(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)殺傷面積(m2)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)殺傷面積(m2)1562.1106347.1482544.0287295.6063508.9268250.1024459.3219210.9305403.07210177.7184.2.3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，其殺傷面積與爆炸高度有較大關(guān)系，在炸高4m左右時殺傷面積最大。8000050(50(32211呈諺Me<8000050(50(32211呈諺Me<5002 4 6 8 10 12爆炸高度/m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，其殺傷面積與其爆炸高度成反比。60050040030060050040030020010000 2 4 6 8 10 12爆炸高度/m圖4.4臥姿殺傷面積曲線3、 炸藥性能和質(zhì)量也是影響威力的因素，炸藥對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、 輸出結(jié)果中，列出了不同炸點高所對應(yīng)的殺傷面積。殺傷面積在一定炸點高會出現(xiàn)一個極值。此時對應(yīng)的炸點高即為最佳炸點高，對應(yīng)的殺傷面積最大。5總結(jié)彈丸發(fā)射強度計算是為了確保彈丸在膛內(nèi)運動的安全性。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度和裝填物的安定性，進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)定性計算，結(jié)果均符合設(shè)計要求。彈丸威力即對目標的毀傷能力是最主要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，彈丸對目標威力愈大，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)的時間。所以彈丸滿足彈丸威力要求是彈丸設(shè)計的目的，本次課設(shè)主要是應(yīng)用c程序設(shè)計編寫一個“榴彈殺傷威力計算及優(yōu)化”程序，估算殺傷榴彈在目標上空任一點爆炸時，對地面人員目標的殺傷面積。通過多次計算，優(yōu)化處彈丸的最有利的爆炸高度及其對應(yīng)的殺傷面積。計算結(jié)果優(yōu)化出了落速L=317.96m/s落角c=65°15’，破片為不規(guī)則形，殺傷準則采用AS—2準則時目標立姿臥姿狀態(tài)時的炸高。對其計算原理過程及程序的編寫運行有了理解認識。本次課程設(shè)計綜合應(yīng)用彈藥系統(tǒng)分析與設(shè)計，彈道學(xué)及3程序設(shè)計等知識對PL96式122毫米殺爆彈彈丸設(shè)計分析，以該彈丸基本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行發(fā)射強度飛行穩(wěn)定性、彈道參數(shù)和彈丸威力的計算。加深對彈丸系統(tǒng)設(shè)計的理解與應(yīng)用兩周的《炮彈設(shè)計理論》課程設(shè)計結(jié)束了，感謝在課程設(shè)計中老師及同學(xué)們的幫助，應(yīng)用了專業(yè)知識，加深了對專業(yè)的理解。通過本次課程設(shè)計，我對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、畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。同時對所學(xué)課程有了更深的理解和認識，對本專業(yè)所研究的產(chǎn)品有了進一步的認識，及大地提高了對未來本專業(yè)發(fā)展方向的濃厚興趣，同時也提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力，增強了自身實力，才能更好更快的融入社會，為今后的社會學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)。參考文獻焦志剛.炮彈設(shè)計理論[M].出版社沈陽理工大學(xué)，2017：105-152.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.韓子鵬.彈道學(xué).北京;北京理工大學(xué)出版社，2005：46-82.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.空氣動力學(xué)[M].沈陽；沈陽理工大學(xué)，2005:45-109.附錄PrivateSubCommand1_Click()DimxAsSingleDimyAsSingleDimR1AsSingleDimSTA1AsSingleDimN1AsSingleDimN4AsSingleDimN8AsSingleDimN20AsSingleDimN30AsSingleDimN50AsSingleDimphk50AsSingleDimphk30_50AsSingleDimphk20_30AsSingleDimphk8_20AsSingleDimphk4_8AsSingleDimphk1_4AsSingleDimv50AsSingleDimv30_50AsSingleDimv20_30AsSingleDimv8_20AsSingleDimv4_8AsSingleDimv1_4AsSinglea=8.8771/10000b=31400n=0.45106H1=240g2e=2316g_=3.14159267/2Q=(3.5*3.14159267)/18el=2.718281828459k=3.81t0=0.0195di=0.062s1=0mw=Val(Text1.Text)ms=Val(Text2.Text)h=Val(Text3.Text)i=Val(Text4.Text)j=Val(Text4.Text)Forx=0ToiStep0.1s=0Fory=0TojStep0.1r=Sqr(h*h+x*x+y*y)R1=(h*Sin(3.14159267/4)+x*Cos(3.14159267/4))/rIf0<R1<1ThenIfSqr(-R1*R1+1)+2*Atn(1)=0Theng=3.14159267/2Elseg=(Atn(-R1/Sqr(-R1*R1+1)+2*Atn(1)))EndIfSTA1=h/rIfh<rThensta=Atn(STA1/Sqr(-STA1*STA1+1))Elsepxy=0EndIfu=(k*((t0)A(5/6))*((di)A(1/3))*(1-t0/di))A2N0=ms/(2*u)n501=-1*(0.05/u)A0.5N301=-1*(0.03/u)a0.5N201=-1*(0.02/u)a0.5N81=-1*(0.008/u)a0.5N41=-1*(0.004/u)a0.5N11=-1*(0.001/u)a0.5N502=e1an501N302=e1aN301N202=e1aN201N82=e1aN81N42=e1