76mm殺爆彈課程設(shè)計

課程設(shè)計成績評定表課程設(shè)計題目76mm艦炮殺爆彈空氣動力特性分析和彈道計算專業(yè)彈藥工程與爆炸技術(shù)班級學(xué)號姓名評語指導(dǎo)教師簽字：成績?nèi)掌谀暝略徽n程設(shè)計任務(wù)書學(xué)院能源與水利學(xué)院專業(yè)彈藥工程與爆炸技術(shù)學(xué)生姓名班級學(xué)號課程設(shè)計題目76mm艦炮殺爆彈空氣動力特性分析和彈道計算實踐教學(xué)要求與任務(wù):已知條件：1結(jié)構(gòu)尺寸（見附圖）2彈丸直徑D=76mm3彈丸初速v0=980m/s4彈丸射角°=45。05彈丸質(zhì)量m=5.9kg6彈丸轉(zhuǎn)動慣量比JJ=0.04031/0.00478=9.0y'x7火炮纏度牛30.71（d）8引信為榴-7引信，其外露長度為100mm,質(zhì)量為0.25kg,旋入彈體深度為47mm,小端直徑為20mm9彈丸質(zhì)心位置（距引信）h=115.1mm010彈體材料D60設(shè)計要求：1用AUTOCAD繪制彈體零件圖和半備彈丸圖，用三維軟件繪制三維圖2對彈丸結(jié)構(gòu)進行空氣動力特性分析3利用所學(xué)方法進行彈丸空氣動力參數(shù)計算4根據(jù)彈丸空氣動力參數(shù)進行彈道計算5進行彈道飛行穩(wěn)定性計算6總結(jié)分析計算結(jié)果7撰寫課程設(shè)計說明書

工作計劃與進度安排：第一天：下發(fā)任務(wù)書，分組，講解課程設(shè)計思路，布置任務(wù)。第二天-第三天：繪制彈丸二維及三維圖紙第四天-第五天：根據(jù)彈丸外形尺寸計算空氣動力特性參數(shù)第六天-第七天：根據(jù)所計算的空氣動力特性參數(shù)計算彈丸的外彈道諸元第八天-第九天：計算彈丸的飛行穩(wěn)定性，并撰寫課程設(shè)計說明書。第十天：答辯指導(dǎo)教師：201年月日專業(yè)負責人：201年月日學(xué)院教學(xué)副院長：201年月日我們本次學(xué)習(xí)研究的課程設(shè)計是以《彈道學(xué)》為基礎(chǔ)，對76mm加農(nóng)炮殺傷爆破彈的彈道計算和飛行穩(wěn)定性分析。我們通過對其彈道諸元的分析和飛行穩(wěn)定性的分析極大地加深了我們對彈道學(xué)的認識和理解。本文一共分為5個章節(jié)去研究以及學(xué)習(xí)彈丸的彈道計算和飛行穩(wěn)定性分析，第一章分析計算彈丸的空氣動力參數(shù)，第二章利用彈道表解法的表格法計算外彈道的彈道諸元，第三章分析了彈丸的飛行穩(wěn)定性，第四章對計算結(jié)果進行了分析，第五章為課程設(shè)計后的一些體會。本次課程設(shè)計的空氣動力參數(shù)的計算包括彈丸的結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算，例如旋成體最大直徑，彈體截面直徑，彈尾部長度等幾何參量以及各類長徑比等無量綱。這些數(shù)據(jù)都將影響彈丸在空氣中飛行時受到的阻力系數(shù)。同時，此次外彈道計算是用在1943年阻力定律和標準下所編的彈道表進行彈道的諸元和修正諸元的查算和反查算。該彈丸在空中飛行的穩(wěn)定屬于旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定，其條件是彈丸具備陀螺穩(wěn)定性。陀螺穩(wěn)定性是指高速旋轉(zhuǎn)的彈丸具有定軸性和抗擾性。理論上來說，只要膛線纏度小于某一最大值，即膛線纏度上限就可以保證彈丸具有陀螺穩(wěn)定性。判斷完它的陀螺穩(wěn)定性后則是計算其追隨穩(wěn)定性。彈丸追隨穩(wěn)定性的物理本質(zhì)是：彈軸追隨彈丸速度矢量的下降而下降?；鹋谔啪€纏度耳大于膛線纏度下限耳下,彈丸的飛行就滿足追隨穩(wěn)定性要求。判斷完彈丸的陀螺穩(wěn)定性和追隨穩(wěn)定性后，計算方面的工作告一段落。最后是此次課程設(shè)計的結(jié)論和分析，以及一些能夠優(yōu)化彈丸各項性能的改進。關(guān)鍵詞:殺爆彈；彈道計算;陀螺穩(wěn)定性目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1繪制彈體零件圖和半備彈丸圖 1\o"CurrentDocument"2彈丸空氣動力參數(shù)計算 2\o"CurrentDocument"1 彈丸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算 2\o"CurrentDocument"2彈頭部波阻系數(shù)的計算 3\o"CurrentDocument"3彈尾部波阻系數(shù)的計算 4\o"CurrentDocument"2. 4彈體摩擦阻力系數(shù)的計算 4\o"CurrentDocument"2. 5彈體底部阻力系數(shù)的計算 5\o"CurrentDocument"6 本章小結(jié) 6\o"CurrentDocument"3外彈道計算 7\o"CurrentDocument"1外彈道計算 7\o"CurrentDocument"2 本章小結(jié) 8\o"CurrentDocument"4彈丸飛行穩(wěn)定性計算 9\o"CurrentDocument"4.1彈丸陀螺穩(wěn)定性計算 9\o"CurrentDocument"4.2彈丸追隨穩(wěn)定性計算 9\o"CurrentDocument"3本章小結(jié) 10\o"CurrentDocument"5結(jié)果分析 11\o"CurrentDocument"6 總結(jié) 13\o"CurrentDocument"參考文獻 121繪制彈體零件圖和半備彈丸圖由任務(wù)書所提供彈體結(jié)構(gòu)簡圖和尺寸，運用AutoCAD繪制152mm殺爆彈彈體圖和半備彈丸圖（見附圖1,附圖2），工作內(nèi)容：1） 由彈體結(jié)構(gòu)簡圖，進行頁面的布局設(shè)置；2） 利用圖層管理器創(chuàng)建圖層，設(shè)定線型、線寬和顏色，如粗實線、細實線、中心線、剖面線、尺寸線等，并設(shè)定好不同的顏色以及不同的線型和線寬；3） 利用標注樣式管理器，創(chuàng)建尺寸標注樣式。在繪制過程中應(yīng)注意幾點：1） 應(yīng)設(shè)置幾處不同的圖層，各圖層設(shè)置的顏色和線型應(yīng)不同，繪圖時在同一類型的圖形放在同一圖層中，便于修改；2） 由于是用A3圖紙打印，小于彈體實際尺寸，因此應(yīng)加大字體和線寬；3） 在標注過程中應(yīng)該注意其字高的一致。2彈丸空氣動力參數(shù)計算2.1彈丸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算彈丸彈體形狀可看成是由一條母線繞對稱軸旋轉(zhuǎn)而成的，這樣的物體稱為旋成體。它一般由三部分組成：削尖的彈頭部，延伸的圓柱部，收縮的彈尾部。對于尾翼穩(wěn)定的彈丸還要加上穩(wěn)定裝置（如尾翼），彈丸的各部分的外形結(jié)構(gòu)、重量與質(zhì)量的分布設(shè)計是否合理，對彈丸的彈道性能、氣動力好壞和威力的大小有很大的影響。頭部的頭頂角記為0。，一般不大于20°；在高速飛行時，頭部越長，波阻越小，頭部母線和圓柱部相割（而不是相切）有利。圓柱部長度約為1?2d，圓柱部較長可以保證彈丸在膛內(nèi)穩(wěn)定和一定的裝藥空間而保證彈丸威力。彈帶離彈尾部距離要大于d/4，以避免附面層因彈帶存在而和彈體分離，致使渦阻增大。但是圓柱部增長，摩阻要增大。為了減小尾部的波阻，采用截頭錐形尾部，尾部收縮角記為0/在6?9為好，一般小于10°。彈體的長細比不一樣，一般的旋成體長細比在4.5?6。組成旋成體的幾何參量如下：彈底截面直徑 D=72mm；d旋成體最大直徑 D=76mm；m彈頭部長度 L=159mm；n圓柱部長度 L=144.3mm；c彈尾部長度 L=13.2mm；t旋成體總長度 L=316.5mm；b彈頭部頂角 0=12°；0彈尾部收縮角 0=9°；除上述幾何參量外，還有幾個無量綱量：旋成體長徑比：九=4.1645；bL彈頭部長徑比： 九n二衣=2.0921；mL圓柱部長徑比： 九二一=1.8987；cDm彈尾部長徑比： 九二土=0.1737；tDm13.旋成體收縮比： 臣=補MD2=0.8975。13.旋成體收縮比： 臣=補MD2=0.8975。dSD2m m當迎角為零時，由于對稱關(guān)系，彈體只受到軸向力，法向力和俯仰力矩均等于零,阻力的一般表達式可寫為：其中C為迎角為零時的阻力系數(shù)，在超音速下可寫為:x0C=C+C+C+Cx0 xf xd xn xt(2.1)式中，C——頭部波阻系數(shù)；xnC――尾部波阻系數(shù)；xt2.2彈頭部波阻系數(shù)的計算彈頭的形狀對彈頭波有影響:C——彈底部阻力系數(shù);xdC——彈體摩阻系數(shù)。xf彈體越鈍，擾動越強，激波越強。消耗的彈的動能越多。減小波阻的方法可以使彈頭部銳長。馬赫數(shù)m廣A340二2.882>1，為超音速。尖拱形彈頭部的阻力系數(shù)由xn=[(0-0016+H"xn=[(0-0016+H"][1-8196九2—16一 n I14(M+18)九28 n(2.2)=[(0.0016+0.0022.8822)X121.7]x[1—196x2.09212-16 ]14x(2.882+18)x2.09212]二0.043所以彈頭波阻系數(shù)為：C'二0.043。xn引信前端面為平頭，其前端面橫截面積所帶來的阻力需估算進去。引信前端提供的附加阻力系數(shù)為：S 314AC=(C)— (2.3)=1.6x 二0.1108xaxnaS 4534.16m其中，(C)由《空氣動力學(xué)》［2］查得(C)=1.6；xna xna

TOC\o"1-5"\h\z k D2 202S――前端面橫截面積，S二Da-“=絲X3.14=314mm2；a a4 4, D2 76-S 彈丸最大橫截面積，S=—兀= x3.14=4534.16mm2；m m4 4所以彈頭部波阻系數(shù)為C=C'+AC=0.043+0.1108=0.1538。xn xn xa2.3彈尾部波阻系數(shù)的計算彈尾部有收縮形和擴張形，采用收縮是為了減小底阻，通過減小底部面積從而減小底阻力，但是收縮又出現(xiàn)了波阻，此外，收縮形彈尾對全彈的縱向穩(wěn)定不利。對截錐形收縮尾部，波阻系數(shù)為C=[(0.0016+ )H](1—S)0.5 (2.4)xt M2 t dg=[(0.0016=[(0.0016+氓曲加1^二0'0247所以彈尾波阻系數(shù)：C=0.0247。xt2.4彈體摩擦阻力系數(shù)的計算摩阻是由于空氣相對摩擦產(chǎn)生的阻力，彈丸在空氣飛行中，帶動彈丸表面薄空氣從而消耗了彈丸的動能，減小了速度，摩阻和彈丸的表面光潔有關(guān)，制造粗糙的彈丸可以使彈丸的摩阻增加2?3倍，在表面涂漆可以改善表面光潔，可以使射程提高0.5?2.5%,在亞音速時，彈丸的摩阻占總阻的35?40%，超音速只占10%左右。目前求摩擦阻力系數(shù)時，基本上是利用平面物體的研究結(jié)果。這樣就把彈體展成一

“相等平板”來處理，它的單面積等于彈體實際受摩擦表面積s,長度等于彈體長L。f b雷諾數(shù)R=PVl」206X980X°?3165=2.050x108e耳 1.825X10-6式中耳=1.825x10-5kg/ms,p-1.206kg/m3均由查表2得。一般情況下取臨界雷諾數(shù)R*沁6.5x106。eR>R*，對于高速彈丸(尤其是旋轉(zhuǎn)彈丸)的摩阻計算，常把附面層全部視為紊eL e流狀態(tài)，則其彈體摩擦阻力系數(shù)C為對

0.032C= (1+0.2M0.032C= (1+0.2M2)-0.467耳xfR0.145 s 入eL-f-(2.5)0.032(3.72x107》145(1+0.2x2.8822)-0.467x(2.5)0.032(3.72x107》145(1+0.2x2.8822)-0.467x1.23x64056.86234534.16式中，n入S=0.0281形狀修正系數(shù)，由《空氣動力學(xué)》查得九=1.23；入彈體側(cè)面積，S=S+S+S+Sf引信彈頭圓柱彈尾_兀d(D+d) 2兀(D+D)仃2cosp 3 m<0兀(D+D)l+ m d_t2cospt兀d(D+d) 2兀(D+D) + m d—2cosp 30兀(D+D)l+ m 上一t2cospt=64056.8623mm2。2.5彈體底部阻力系數(shù)的計算由于附面層的分離，形成旋渦而使彈丸前后出現(xiàn)壓力差，造成底部阻力。對于超音速彈丸，底阻占30%左右，而亞音速彈丸，底阻占60?60%左右，所以對于減小底阻是有很大意義的，現(xiàn)在有采用底凹或者底排，提高底亞，減小底阻。超音速時，底阻的形成原因不僅與外部氣流的引射作用有關(guān)，而且與尾激波有關(guān)。影響底部阻力的主要因素有：R數(shù)、附面層特性、尾部外形、底部熱狀態(tài)、有無噴流、e馬赫數(shù)、迎角、飛行高度等。可利用近似公式估算底阻。M2.853[33—1.33;2.15有效長徑比九—e忖Td匸嚴—2.15；k-____ 0.8975 1九k?l,底阻系數(shù)可由C—085SxdM2d(2.6)0.852.8822x0.8975=0.0918所以底部阻力系數(shù)：C=0.0918；xd所以阻力系數(shù)為：C—C+C+C+Cx0 xf xd xn xt—0.0281+0.0918+0.1538+0.0247

二0.2984C(Ma)按V=980m/s查43年阻力定律得C(Ma)=0.28；TOC\o"1-5"\h\zx0 0 x0由43年阻力定律得彈形系數(shù)i二C0("a)=02984=1.066；C(Ma) 0.28x0=1.001ixd2x103 1.066x0.0762x103=1.001\o"CurrentDocument"C= =m 6.152.6本章小結(jié)本章內(nèi)容為計算彈丸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，彈丸頭部波阻系數(shù)，彈丸尾部波阻系數(shù)，彈體摩擦阻力系數(shù)，彈丸底部阻力系數(shù)以及彈丸總體的阻力系數(shù)。計算結(jié)果如下：彈頭部波阻系數(shù)為：C=C'+AC=0.043+0.1108=0.1538，彈尾波阻系數(shù)：CTOC\o"1-5"\h\zxn xn xa xt=0.0247，彈體摩擦阻力系數(shù)為C=0.0281，底部阻力系數(shù)：C=0.0918，阻力系xf xd數(shù)為：C=C+C+C+C=0.2984。x0 xf xd xn xt3外彈道計算3.1外彈道計算外彈道解法有數(shù)值積分法、近似分析法和彈道表解法，主要手段是計算機，有時候是手算和計算器，現(xiàn)在是主要使用后者，彈道解法是在某個阻力定律和標準下所編的彈道表（含基本彈道諸元和修正諸元）進行彈道的諸元和修正諸元查算和反查算。應(yīng)用比較簡單。現(xiàn)在就是利用彈道表解法的表格法。從上面的計算和已知條件知：C=1.0、v=980m/s、0=45°，00查《地面火炮外彈道表》，得彈道諸元數(shù)據(jù)，表3.1《彈道諸元數(shù)據(jù)表》列出了所需的彈道諸元數(shù)據(jù)：表3.1彈道諸元數(shù)據(jù)表彈道諸兀v0C9501000射程X1.01631817041飛行時間T1.067。80'69。61'落速vc1.0304307落角0c1.064。37'65。11'彈道咼Y1.061216470表3.2表格法彈道諸兀v0C9509701000X1.016318X17041Y1.06121Y6470T1.067.80T69.610c1.064。37'0c65。11'vc1.0304V307利用表格法插值求出v=980m/s時彈道諸元，表3.2為表格法所需表格。0射程X=16318+17041—163181000-950(980-950)二射程X=16318+17041—163181000-950(980-950)二16751.8m；射高Y=6121+6470-61211000-950(980-950)二6330.4m；時間T二67.80+69.61-67.801000-950(980-950)二68.886s；射角6=64。37'+c65。11'-64。37'1000-950(980-950)二64。57'射速v=304+c307-3041000-950(980-950)=305.8m/s經(jīng)過插值計算得到以下：X=16751.8m 6=64。57'cT=68.886s Y=6330.4mv=305.8m/sc丫167518在彈道頂點，速度定點速度v由v= = =243.18m/s,所以v=243.18m/s。ssT68.886 s3.2本章小結(jié)本章的內(nèi)容為彈丸的外彈道的彈道諸元的計算。計算結(jié)果如下：射程X=16751.8m,飛行時間T=68.886s，射速v=305.8m/s,射角6=64。57'0',射高Y=6330.4m,頂點速vc c s=243.18m/s

4彈丸飛行穩(wěn)定性計算所謂彈丸飛行的穩(wěn)定性是指彈丸在短時間或長時間擾動下，實際彈道與理想彈道的偏差不超過一定范圍。其擾動因素可以瞬時地起作用，也可持續(xù)地起作用。彈丸具有陀螺穩(wěn)定性和追隨穩(wěn)定性是其飛行穩(wěn)定的必要條件。4.1彈丸陀螺穩(wěn)定性計算彈丸的陀螺穩(wěn)定性是指高速旋轉(zhuǎn)的彈丸具有定軸性和抗擾性。只要膛線纏度n（n=30.71）小于某一最大值一一膛線纏度上限為n就可以保證彈丸具有陀螺穩(wěn)定性。上=n=45.76(4.1)(4.2)yC=n=45.76(4.1)(4.2)TOC\o"1-5"\h\z~7h m\|——H(y)KJd o mz叮 yC _3.14i 0.6X13.442'Ih —2i'89.07iH(y)K 2 x9x0.9x10-3\o"CurrentDocument"Jd°mz 76式中；質(zhì)量分布系數(shù)y=0.55?0.65，取y=0.60；質(zhì)量系數(shù)C=13.44kg/dm3；m轉(zhuǎn)動慣量比I/J=9.0；x空氣密度函數(shù)H（y）=1（標準情況下）；oTOC\o"1-5"\h\z翻轉(zhuǎn)力矩特征數(shù)K由《外彈道學(xué)》表2.5（37頁）得：K（v）=0.9x10-3；

mz mz0阻質(zhì)心距由高巴爾公式h二h+0.37h—0.16d,0 r式中；h——頭部底至質(zhì)心的距離，h=42.4mm；00h 頭部長，h=159mm；r rd 彈丸最大直徑，d=76mm。則，h二h+0.37h—0.16d=42.4+0.37X159-76X0.16=89.07mm，0 r數(shù)據(jù)代入式（3.2）算得n=45.76，上因為上纏度n=45.76>n=30.71,故彈丸具有陀螺穩(wěn)定性。上4.2彈丸追隨穩(wěn)定性計算彈丸追隨穩(wěn)定性的物理本質(zhì)是：彈軸追隨彈丸速度矢量的下降而下降。滿足A| <ls］條件的彈丸，稱為具有追隨穩(wěn)定性。此殺爆彈最大射角通常取9=45。Pmax Pm已知C=1.0、v=970m/s的條件下，應(yīng)用《地面火炮外彈道表》，查表得部分彈道諸兀0數(shù)據(jù),利用插值法得Y=6260.6m。火炮膛線纏度耳大于膛線纏度下限耳寸彈丸的飛行就滿足追隨穩(wěn)定性要求?即：下(4.3)兀gpCvd e-rt(4.3)7m02h]H(y)v3K(M)

smzs

dp式中；質(zhì)量分布系數(shù)p=0.52?0.60，取p=0.60;質(zhì)量系數(shù)Cm/(D3X103)=13.44kg/dms；m= m最大直徑D=76mm;m彈丸初速v=980m/s;0取e-rt=1；頂點速度v=242.36m/s；sh是對旋轉(zhuǎn)彈丸用高巴爾公式來計算的阻質(zhì)心距,頭部長h=159mm，頭部底至質(zhì)0心的距離h=42.4mm；彈丸最大直徑D=76mm代入得h=89.07mm；TOC\o"1-5"\h\zr m動力平衡角允許值［5］=12。~15。，?。?］=12。;P P空氣密度函數(shù)H(y)=(20000-Y)/(20000+Y)，將Y=6260.6mm代入得H(y)=0.52；翻轉(zhuǎn)力矩特征數(shù)查《外彈道學(xué)》表2-5，利用公式得K(M)=0.93x10-3，貝廿：mzs\o"CurrentDocument"3.14x9.80.6x13.44x970x0.76 1r= x x =8.72下2 0.8907x12 0.52x242.363x0.93xlO-30.76x將所知數(shù)據(jù)代入式(3.3)得耳=8.72。即r>r滿足追隨穩(wěn)定性要求。下 下4.3本章小結(jié)本章內(nèi)容為彈丸飛行穩(wěn)定性的定量分析，分析結(jié)果如下：由于該彈丸的上纏度r=45.76>r=30.71,故彈丸具有陀螺穩(wěn)定。由計算得膛線纏度下限r(nóng)=8.72小于火炮膛上 下線纏度r=30.71，所以彈丸具備追隨穩(wěn)定性。5結(jié)果分析通過計算得到馬赫數(shù)為2.882，彈丸超音速飛行。經(jīng)過計算我們得到彈道系數(shù)C=1.0，是在要求范圍內(nèi)，彈形系數(shù)為i=1.066，按43年阻力定律大部分彈形i=0.9~1.1，也是在允許的范圍內(nèi)。我們在進行的彈形系數(shù)計算參照的標準是沈陽理工大學(xué)主編的彈丸空氣動學(xué)，C=C+C+C+C=0.0281+0.0918+0.153+0.0247=0.2984,就是頭部波阻、尾部波x0 xf xd xn xt阻、底部阻力和摩擦阻力之和。我們所研究的為超音速所以主要的阻力為波阻和渦阻，各部分對總的阻力系數(shù)有一定影響，確切的說，我們的波阻在總的阻力中占的比例是(0.1538+0.0248)/0.2984=59.85%，摩擦阻力所占比例：0.0281/0.2984