火炮设计理论(炮身设计).ppt

1、火炮设计理论,南京理工大学火炮教研室,主讲：张相炎 教授,联系电话：84315581,第二章 炮身设计,1 炮身 1.1 炮身 1.2 炮身的作用 1.3 炮身的组成,2.1 概述,完成炮弹的装填和发射，并赋予弹丸初速和方向的火炮主要部件。,承受火药气体压力，引导弹丸运动。,身管,炮尾,炮闩,炮口装置,2.1 概述,1.4 身管的分类 （1）按内膛结构分,线膛,滑膛,2.1 概述,（2）按身管结构分,单筒身管,活动身管,紧固身管（筒紧、丝紧、自紧、复合材料身管）,2.1 概述,1.5 对炮身的战术技术要求 足够的强度； 足够的刚度； 足够的寿命； 满足总体要求； 满足材料要求。,1.6 炮身设

2、计的主要内容 1）结构设计： (1)身管内膛结构设计 (2)身管外部结构设计 (3)炮尾炮闩结构设计 2）强度设计,2.1 概述,2 炮身的结构设计 2.1 内膛结构,2.1 概述,2 炮身的结构设计 2.1 内膛结构,2.1 概述,2.2.1 药室： 发射前容纳/承装发射药(及药筒)；击发后提供火药正常燃烧空间的炮膛部分。 药室容积由内弹道设计确定，药室结构形状取决于炮弹结构及装填方式等。 药室分为药筒定装式药室、药筒分装式药室、药包分装式药室。,2.1 概述,药筒定装式药室： 适用于定装式或半定装式炮弹的药室。 药室结构形状与药筒的外形结构形状基本一致。,药筒定装式药室组成： 药室主体（1

3、/401/120） 连接锥体（1/51/10） 园柱部（锥度很小） 药室与药筒之间存在一定间隙 间隙的大小取决于药筒的强度 一般药室底部径向间隙为0.35mm0.37mm 连接锥体径向间隙为0.2mm0.8mm 园柱部径向间隙为0.2mm0.5mm 对药室具有严格的尺寸和形状以及公差、表面加工质量要求，加工过程中要严格控制和检查。,2.1 概述,药筒分装式药室： 适用于药筒分装式炮弹的药室，先装弹丸，再装药筒及发射药。 药室结构形状由药筒的外形结构形状确定。,药筒分装式药筒有两种结构形式： 一种与定装式药筒相同，仅药筒口部较短； 另一种药筒仅有药筒主体。 对应第一种药筒，药室也与定装式药室相同

4、，仅园柱部较短； 对应第二种药筒，药室仅由药室主体（基本锥体）和园柱部组成。,2.1 概述,药包分装式药室： 药包分装式:先装弹丸，再装发射药包。 药包分装式药室:,紧塞园锥与专用紧塞具想配合，以密闭火药气体； 紧塞园锥的锥角一般为2830； 园柱本体取决于药包的结构、尺寸和装药量； 当药室扩大系数较小时，可以省去前园锥。,紧塞园锥,园柱本体,前园锥,2.1 概述,药室设计时应注意如下几点： 弹丸装填到位后，必须保证内弹道设计 所确定的药室容积； 弹丸装填到位后，尽可能保证内弹道设 计所确定的药室长； 保证便于装填和容易抽筒； 工艺性要好。,2.1 概述,2.1.2 坡膛 坡膛,坡膛的作用 坡

5、膛的锥度 两段园锥组成的坡膛,2.1 概述,2.1.3 导向部（膛线部） 导向部 膛线 右旋膛线 左旋膛线 膛线的作用,2.1 概述,膛线的结构：,阳线 阳线宽 阴线 阴线宽 根部园角 膛线深 深膛线 浅膛线 渐紧膛线 膛线条数 导转侧,2.1 概述,缠角 等齐膛线 渐速膛线 混合膛线 缠度,2.1 概述,2.2 身管的外部结构设计,首先满足强度要求 在此基础上满足其他要求： 身管与其他零部件可靠，拆装方便； 身管外形要满足炮身后坐复进导向要求； 满足总体对重量和质心的要求； 身管要有足够的刚度； 身管更换要方便； 外形工艺性要好。,2.3 炮尾炮闩的结构设计,2.1 概述,2.3.1 炮尾

6、炮尾 炮尾与身管的连接关系： 炮尾与身管制成一体； 炮尾与身管被筒制成一体； 炮尾与身管由螺纹连接； 炮尾与身管通过连接筒连接。,2.1 概述,炮尾结构外形 圆形结构；,炮尾与炮闩结合情况 楔式（横楔式、立楔式等）,方形结构。,螺式（连续螺纹、断隔螺纹、阶梯断隔螺纹）等。,2.1 概述,2.3.2 炮闩 炮闩 非自动炮闩； 半自动炮闩； 自动炮闩。,纵动式炮闩； 横动式炮闩； 起落式炮闩； 摆式炮闩等。,楔式（横楔式、立楔式）炮闩； 螺式炮闩（连续螺纹、断隔螺纹、阶梯断隔螺纹）等。,3 炮身的强度设计 3.1 发射时炮身受力 （1）径向作用力,2.1 概述,（2）轴向作用力,炮膛合力 膛内时期

7、,2.1 概述,后效期,后效期的炮膛合力,2.1 概述,2.1 概述,后坐阻力,惯性力 炮身后坐加速度,惯性力,2.1 概述,扭矩,切向分力,扭矩,2.1 概述,3.2 设计压力曲线,设计压力曲线：又称作用压力曲线，是指在发射条件下，身管各截面所承受的最大压力沿炮膛轴线方向所构成的曲线。它是身管强度设计的基本依据。,2.1 概述,平均压力曲线,平均压力曲线的特点,2.1 概述,高低温压力曲线： 1）考虑膛内压力分布；,2.1 概述,2）考虑环境温度影响： 标准温度（常温）：+15 高温：+50 低温：-40 温差：t=t-15 压力全冲量修正：Ik=Ik(1-mIkt) 火药的燃烧速度修正：u

8、1=u1/Ik 根据修正后的火药的燃烧速度，可以分别计算出常温压力曲线、高温压力曲线、低温压力曲线，取其包络线，即得出高低温压力曲线。,2.1 概述,高低温压力曲线：,高低温压力曲线的特点,2.1 概述,3.3 强度设计,应用弹塑性理论和强度理论； 在给定膛压作用力下，确定满足强度要求的最小尺寸的结构； 或在给定尺寸条件下，确定满足强度要求所能承受的最大膛压。,4 身管寿命 4.1 身管寿命 火炮在按规定射击条件射击，身管在丧失要求的功能、安全性或毁坏之前，所发射的当量全装药炮弹数。 4.2 身管主要失效现象 炸膛； 胀膛； 膛线剥落； 炮膛挂铜。,2.1 概述,2.1 概述,4.3 身管寿命分类,烧蚀寿命 烧蚀寿命终止标准：,初速下降百分数超过规定值（5%10%）。一般可以通过测量药室增长量来评定烧蚀寿命等级。,射击密集度超过规定范围（如散布面积超过8倍）。,膛线起始部磨损量超过规定值。,膛压下降致使一定数量（30%）的弹丸不能解脱引信保险或造成连续瞎火等。,弹带削光或出现横弹、近炸、早炸等。,疲劳寿命 一般身管的疲劳寿命大于烧蚀寿命。,2.1 概述,4.4 提高身管寿命的主要措施,（1）采用高能、低温、低烧蚀的发射