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，用差值法對(duì)外彈

2、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TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1彈丸結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)分析1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2彈丸發(fā)射安全性分析2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 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)

3、和變形2 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2.2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32.3.2彈底強(qiáng)度計(jì)算5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.4進(jìn)行彈丸裝填物的發(fā)射安全性計(jì)算8 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3彈丸彈道計(jì)算與飛行穩(wěn)定性分析9 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 3.1分析彈丸在外彈道飛行時(shí)所受空氣動(dòng)力和力矩9 HYPERLINK l book

4、mark44 o Current Document 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9 HYPERLINK l bookmark150 o Current Document 3.3彈丸的外彈道參量的計(jì)算11 HYPERLINK l bookmark168 o Current Document 3.4彈丸飛行穩(wěn)定性計(jì)算和分析133.4.1急螺穩(wěn)定性13 HYPERLINK l bookmark192 o Current Document 3.4.2追隨穩(wěn)定性15 HYPERLINK l bookmark212 o Current Document 4殺傷威力的計(jì)算與分析17 H

5、YPERLINK l bookmark214 o Current Document 4.1彈丸殺傷威力計(jì)算過程174.1.1球形靶殺傷面積174.1.2殺傷面積計(jì)算17 HYPERLINK l bookmark297 o Current Document 4.2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沈陽(yáng)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。本次課設(shè)為PL96式122毫米殺爆彈彈丸（

6、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(zhǎng)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)類型的選擇：旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定彈彈丸質(zhì)量：21.76kg圖1.1彈體半

7、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

8、，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

9、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)

10、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)量計(jì)算壓力p=304MPap=7.8g/cm3金屬泊松比=0.3炸藥密度=1.59g/cm3金屬密度膛線纏度耳二20炮口初速v0=715m/s2.2.1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

11、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(jiǎn)化成為無限長(zhǎng)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zCrotr2m=pnr2r2mbnanr2mwnr2man=pbncr2anbnan(2.1)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

12、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2.1122mm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m和炸藥的質(zhì)量m，數(shù)據(jù)如表2.1所示nwn表2.1122mm彈體斷面有關(guān)數(shù)據(jù)斷面號(hào)r/cmbnr/cmanm/kgnm/kgwn1-1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

13、公式TOC o 1-5 h zr2m HYPERLINK l bookmark30 o Current Document C=pnzr2r2mbnan HYPERLINK l bookmark8 o Current Document r2m/、5C=pwn(2.2)rr2manr2+r2C=pbnantcr2r2bnan4、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2.2122mm彈體壓力時(shí)期斷面號(hào)軸向應(yīng)力C/Mpaz徑向應(yīng)力C/Mpar切向應(yīng)力ct/Mpa最大1-1斷面-299.011-61.0196.556膛壓2-2斷面-491.223-104.

14、82202.28時(shí)刻3-3斷面-580.732-96.53191.282.3.2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r,=0.03md彈底厚度t=0.02m彈底壁厚t=0.024mb計(jì)算壓力p-304MPa彈底金屬屈服極限b二343MPa已知裝填物壓

15、力1、計(jì)算聯(lián)系系數(shù)r2mp=pwcr2md二304x0.0612x0.03221.7628二161.73MPa+t-0.0445m2d3（1卩2）12r2b0=45.4（2.3）（2.4）（2.5）K=1+2、計(jì)算軸向有效載荷Pzm二兀r2tpddd,二3.14x0.032x0.024x7810二0.53kg小r2m+m、m0.06122.8+0.64、p=p(1-wd-)=304x(1-)=105.303MPazr2m0.03221.76d3、計(jì)算各危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力和相當(dāng)應(yīng)力第1點(diǎn):3p廠2沁竺)二3x105303xO.32(3一x。51)二141.079MPa8b二-zd(r112d0.024

16、2b=141.079MPat1r1b=-p=-161.73MPaz1c匕+G_匕+G匕=291MPaz1r1r1t1t1z1(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)：b=-141.079MPar2b=-141.079MPa12b=-p=2-60.3MPaz2b=29.4MPa2第3點(diǎn)：b=-129.3MPar3b=-50.4MPa13b=p=-95.6MPaz3cb=159MPa3第4點(diǎn)：b=128.6MPar4b=40.53MPa14b=-p=2-67.03MPaz4b=275.3MPa4(2.13)根據(jù)第四理論

17、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bbi0.22.4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。在彈底斷面上，炸藥受壓應(yīng)力達(dá)到最大值，即pr2m(2.14)wWmaxr2md式中rd-一彈底內(nèi)腔半徑mw-炸藥柱質(zhì)里。=304x0.06123.27_.cLTEx74.351MPaWmax0.03221.76TNT(柱裝)炸藥的允許應(yīng)力查課本表3.10，LL107.8MPaw炸藥發(fā)射時(shí)的安全性條件為(

18、2.15)Wmaxw3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oxyzoox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R表示；在oy上的分量稱為升力，以R表示；xy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(duì)于旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)彈丸，當(dāng)存在攻角時(shí)，還

19、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(zhǎng)度彈丸全長(zhǎng)尾錐角九=2.6505hL=664.81mma=7k彈底面積與最大橫斷面積之比SD二0.8354S彈丸側(cè)面積與最大橫斷面積之比Sa=14.84S先求出以下參數(shù):(3.1)Ma=V0二715二2.1a340Re二Vol940 x0.6151.49x10-5二3.137x107(3.2)0.5廠HP=2tan-1（0.5/九）=20.76。H1、頭部波阻c由彈頭部激波阻力一起的阻力系數(shù)xtb圓弧形頭部阻力系數(shù)0.0016

20、+塑Ma2(3.3)(3.4)(3.5).(196K2-16)1-H14(Ma+18)九2c=xtbHP1.70二0.1136式中Ma彈丸飛行馬赫數(shù);九圓弧形頭部的相對(duì)長(zhǎng)度；HP圓弧形頭部的半頂角。0此公式適用范圍是1.5M3.5，100P450。02、尾錐波阻系數(shù)cxwbcxwb0.0016+0.002Ma2幾1-善二0.0319(3.6)式中幺尾錐角；kS彈底部橫截面積；DS彈丸最大橫截面積。3、摩擦阻力系數(shù)c由于氣流粘性引起的摩擦阻力系數(shù)。xmz當(dāng)雷諾數(shù)為2x106Re1010時(shí)，式中Recxmz0032L=0.021921vV22210201X=X，+c（X-X，）c一c21丿經(jīng)過插值

21、計(jì)算得到以下數(shù)值：X=16837.503mt=66.107sv=317.96m/sc0=65。15cXV=254.7m/s;sT=（0.40.5）T=33.05s;x=（0.50.7）X=11786.25mY=5684.72m在彈道頂點(diǎn)速度時(shí)間水平射程3.4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(shì)。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)，以此來克服翻轉(zhuǎn)力矩的不利作用。旋轉(zhuǎn)彈丸的這

22、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)7值為大于零的實(shí)數(shù)，而彈丸的急螺穩(wěn)定性可以寫為式中-4000n2hJ,小八、1-yk（M）Qmz0 x兀2pCgdJ1m.彈丸極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg-m2)；弓單丸赤道轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg-m2)；（3.12）卩一一彈丸的慣性系數(shù)；C彈丸相對(duì)質(zhì)量，C=m/d3TOC o 1-5 h zmmh彈丸質(zhì)心到空氣阻力中心的距離;K(M)翻轉(zhuǎn)力矩的速度函數(shù)。mhh/(3.13)其中-二佇+0.57/to-0.16 HYPERLINK l bookmark174 o Current Document ddd式中h0彈丸質(zhì)心到彈頭部界面的距離l0彈頭部長(zhǎng)

23、度k(M)，查表得K(M)=89xl0-4N/m3mzmz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：兀：JpCg(3.14)112Jy1000-k(M)dmz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)量彈丸的相對(duì)長(zhǎng)度彈頭部相對(duì)長(zhǎng)度C=11x103kg/m3；ml/d=664.81/=L225.4l/d=368.5/=223.0206mm10彈丸質(zhì)心到彈頭部界面的相對(duì)距離h0/d=0心慣性系數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比彈丸初速火炮纏度p=0.5；J/J=10.29yxv=715m/s0n=20；彈丸質(zhì)心

24、到空氣阻力中心的距離h=0.171mm。綜上所述得：JxCmg二22.8thJy1000k(M)dmz由上式公式和相關(guān)數(shù)據(jù)可得，k=22.8因n二20，nvt。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5表示。一般采用動(dòng)力平衡角5作為彈丸追隨穩(wěn)定性的特征數(shù)。5值越小，彈丸的飛行方向性越好。TOC o 1-5 h zpppCvd(3.15)m0h HYPERLINK l bookmark198 o Current Document 1000nH(

25、y)v3k(M)dm式中9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(diǎn)附近，因H(y)，v，k(M)值達(dá)pmz到最小值，而cos9值最大，故相應(yīng)的5也最大。該處的追隨穩(wěn)定性最差，所以應(yīng)把5控制在符合要求的范圍以內(nèi)。頂點(diǎn)的動(dòng)力平衡角為ng2pCvd(3.16)m_0221000nH(Y)v3k(M)dsmz式中v彈道頂點(diǎn)的速度；sY彈道頂點(diǎn)的高度；5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55psp查彈道表得到相關(guān)數(shù)據(jù)為：1、彈道頂點(diǎn)的高度Y二5684.72m；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

26、。(3.17)(3.18)(3.19)v=Ucos0ss0I(u)=dsin0s00C=C0已知v二715m/s,c二0.674，由彈道表查出00二0.704c二c0=0.441x0.701二0.310csin20=0.31根據(jù)v0二715m/s，求出I(v)=0.08930I(Us)=csin20+1(v)=0.31+0.0893=0.399300由此可反查出U二385.604s則頂點(diǎn)速度v=Ucos0=272.52m/sss0mz由v=715m/s查表4.11得出k(M)=0.00882并計(jì)算出k(M)=、:mz玉z(M)=0.00927(3.20)因?yàn)閜Cvdm0n22h21000n_H

27、(Y)v3k(M)dsmz二0.016(rad)二2.8。(3.21)5=2.8。ps根據(jù)要求得5=1215。，因?yàn)?5,所以彈丸具有追隨穩(wěn)定性。ppsp4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(chǎng)，使處于場(chǎng)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)，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d二P（

28、x,y）dxdy可視為微面dxdy的殺傷面積。定s義全彈丸的殺傷面積為(4.1)S=Wp(x,y)dxdy-g-g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（為常數(shù)，以（個(gè)/m2）表示。微面dd內(nèi)的目標(biāo)個(gè)數(shù)將為dndxdy，而其中被殺傷的xy目標(biāo)個(gè)數(shù)預(yù)期值將為：dn=P（x,y）dn=bP（X,Y）dxdyk由此，地面上全部目標(biāo)中被殺傷的預(yù)期數(shù)將為：(4.2)小6p(x,y)dxdy=6s-g-g即被殺傷目標(biāo)數(shù)目期望n直接與彈丸的殺傷面積S呈比例。當(dāng)殺傷面積已知，將它k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

29、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(cè)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v，落角為0o建立坐標(biāo)系o-xyz。令z?y與cc射面重合，并將彈丸的爆炸中心A取在O軸上，xoy為地面，在其上按一定等分劃分成z單元小格。小格的面積AS二Axoy；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ZNAM為p。1、按下列公式計(jì)算R：R=h2+(x2+y2)(4.3)圖41殺傷面積計(jì)算其中幾何關(guān)系：r2二x2+y2，x=rsin屮，y=rcos屮。2、根據(jù)AAMN及

30、AOMN間的下列幾何關(guān)系求得p(參見圖4.1)解出考慮到MN2=R2+R2一2RRcosp=r2+r2-2rr2cos屮()c()c屮R2-r2丿-R2-r2丿-2rrcos屮cosp=ccJ2RRcR2-r2=R2-r2=h2ccgcos屮=x得到=sin0r/Rccc=R(h0i-nxc=cos0c0doscp=cos-1ph2+x2+y2(hsin0+xcos0)oo(4.4)相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)外彈道表查得，落角0=63.4。c(4.5)3、地面與飛散方向的夾角sin0=hR4、計(jì)算出破片平均質(zhì)量卩及總破片數(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)N:TOC o 1-5 h zN=m.2u

31、(4.6)0s式中m彈殼質(zhì)量(kg)；s2卩破片平均質(zhì)量(kg)。 HYPERLINK l bookmark224 o Current Document 卩0.5=Kt5/6d1/3(1-1/d)(4.7)0i0i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)o由炮彈設(shè)計(jì)理論P(yáng)252表5.10得,彈殼壁厚彈殼內(nèi)直徑取決于炸藥的系數(shù)解得：t=0.0061m；d=0.0508；iK=3.8kg1/2/m7/6ou=1.3x10-4kg，N=4135。05、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m，并考慮到pi對(duì)人員的實(shí)際情況，小于0.1g的

32、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(0.10.80)0.5=25796、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(chǎng)的影響。由于彈丸的軸對(duì)稱性，通常用函數(shù)(甲)來表示破片的空間分布。(4.8)(4.9)dN/)=匸Nd0屮式中N由方位角甲旋成的圓錐范圍內(nèi)破片數(shù)目;dN圓錐范圍變化d申的破片數(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：f(P)=e-(k-9)2/2a2式中BQ的期望;bQ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S,S

33、為S的125%，確定a,b。Zaox=p,Zbox=p(4.10)12p=G+p)/2o=G-p)/3.312圖中A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?yàn)閺楏w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(duì)破片場(chǎng)的影響在動(dòng)態(tài)條件下的破片飛散密度為：(4.11)1f(P)=e-(K-P心/2L22兀o式中p、P可由以后下公式求的12p=tan-1(Si)(4.12)ucosp+一uo=(p+p)/3.3(4.13)12求出：pG)=fG2兀sinp(4.14)7、計(jì)算破片的存速、0.5(m/s)m加ws、1+0.5m/mw式中m加

34、炸藥與彈殼的質(zhì)量比m/m=3.27/21.76=0.106wsws丫2E決定于炸藥的性能的Gurney常數(shù)。查表可得壬2E=2316(m/s)可得v=42Ep(4.15)、0.5(m/s)m/mwsJ+0.5m/m丿ws=2316(0106)0.5=718.6ms1+0.5x0.106v=42Ep8、不同質(zhì)量破片在距離R處的存速Vv二vexp(-)pHm1/3p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Pihk采用A-S殺傷準(zhǔn)側(cè)(4.16)Pi=1-e-a(9.

35、17x104mvi1-5-b)nhk“式中m破片質(zhì)量(kg)；piv破片擊靶速度(m/s)；ia,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(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N破片按質(zhì)量分為7組，則a(4.17)N=Npisihk*ii=1式中弟i組破片數(shù)曰N=Ne-Cpi5-e+沁5i011、在方向申處的殺傷破片球面密度：(4.18)pi(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)在破片飛散方向的投影面積S。例如對(duì)地面上的臥姿與立

36、姿目標(biāo)分別為：nS=Ssin0/、nt(4.20)S=Scos0nt13、計(jì)算破片對(duì)目標(biāo)的殺傷概率：P(x,y)=1-e-as(X,y)S”(4.21)14、計(jì)算單元格內(nèi)的殺傷面積：AS=P(x,y)AxAy(6.22)15、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：s=EAS(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)為立姿和臥姿兩種情況。相關(guān)程序見附錄。圖4.3運(yùn)行工程圖4.2.1目標(biāo)立姿狀態(tài)將已

37、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.

38、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。沈陽(yáng)工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書沈陽(yáng)工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 50024681012爆炸高度/m250250001-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。6005004003002001000024681012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(duì)彈體的沖量可以使得破片破碎，數(shù)量

39、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(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?gòu)椝幍南牧浚鹋?/p>

40、的門數(shù)及完成戰(zhàn)斗任務(wù)的時(shí)間。所以彈丸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v=317.96m/s落角=65。15，破片為不規(guī)則形，殺傷準(zhǔn)則采用AS2cc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B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、彈道參數(shù)和

41、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)。參考文獻(xiàn)焦志剛炮彈設(shè)計(jì)理論M.出版社沈陽(yáng)理工大學(xué)，2017：105-152.王志軍，尹志平彈藥學(xué)M.北

42、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(guó)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(yáng)；沈陽(yáng)理工大學(xué)，2005:45-109.PrivateSubCommandl_Click()DimxAsSingleDimyAsSingleDimR1AsSingleDimSTA1AsSingleDimN1AsSingleDimN4AsSingleDimN8AsSingleDimN20AsSingleDimN30AsSingleDimN50AsSingleDimphk50AsSi

43、ngleDimphk30_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=3.81tO=0.0195

44、di=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)/rIf0R11ThenIfSqr(-R1*R1+1)+2*Atn(1)=0Theng=3.14159267/2Elseg=(Atn(-R1/Sqr(-R1*R1+1)+2*Atn)EndIfSTA1=h/rIfhrThensta=Atn(STA1/Sqr(-STA1*STA1+1)Elsepxy=0EndIfu=(k*(t0)人(5/6)*(di)人(1/3)*(