第二章 火炮工作原理

1、2.1 火炮发射原理及其特点火炮发射原理及其特点 发射原理发射原理 击针击发击针击发引燃底火药引燃底火药点火药燃烧并传火点火药燃烧并传火发射药燃烧发射药燃烧膛内燃气压力逐渐升高膛内燃气压力逐渐升高弹丸的弹带嵌入膛弹丸的弹带嵌入膛燃气压力作功燃气压力作功弹弹丸边旋转边加速向前运动，炮管及其固连部分向后运动丸边旋转边加速向前运动，炮管及其固连部分向后运动弹丸运弹丸运动至炮口处获得一定的速度，具有较大的动能进入大气，按照一动至炮口处获得一定的速度，具有较大的动能进入大气，按照一定的弹道飞向目标；炮管则在复进机的作用下又回复到发射前的定的弹道飞向目标；炮管则在复进机的作用下又回复到发射前的位置；打开炮

2、闩，抽出药筒，位置；打开炮闩，抽出药筒，1闩体 2 炮尾 3 击针 4 底火 5 点火药包 6 药筒7 发射药 8 弹丸9 膛线 10 炮管图2-1 炮弹装填入膛示意图 三高一短”加环境恶劣：（1）温度高：炮管内火药气体温度30004000k。（2）压力高：膛内火药气体压力达50550MPa。（3）高加速：弹丸的加速度一般达几千几万个g。（4）时间短：膛内过程一般几个毫秒到十几毫秒。（5）环境恶劣：要求火炮射击能够在各种气象条件和环境下进行工作。（1）火药自身含氧化剂（2）火药燃烧速率大，在极短的时间内(千分之几秒)能放出巨大热能，生成大量高压燃气，燃气膨胀即可作功。（3）火药燃烧具有规律性，

3、燃烧速度与燃气压力有直接关系，可以人为进行控制。2.2 弹丸在膛内运动规律弹丸在膛内运动规律2.2.1 内弹道内弹道内弹道内弹道 主要研究弹丸在身管内运动规律、火药在膛内的燃烧主要研究弹丸在身管内运动规律、火药在膛内的燃烧规律和燃气压力变化规律。规律和燃气压力变化规律。膛压膛压 膛内火药燃气在弹丸后部空间的平均压力。膛内火药燃气在弹丸后部空间的平均压力。膛压曲线膛压曲线 膛压随弹丸行程膛压随弹丸行程( (或时间或时间) )的变化曲线。的变化曲线。速度曲线速度曲线 弹丸速度随弹丸行程弹丸速度随弹丸行程( (或时间或时间) )的变化曲线。的变化曲线。弹丸在身管内运动过程分为下面几个时期：弹丸在身管

4、内运动过程分为下面几个时期：一一、前期前期: :是指击发底火后发射药被引燃，至弹带嵌入膛线，是指击发底火后发射药被引燃，至弹带嵌入膛线，弹丸即将启动的瞬间。弹丸即将启动的瞬间。 图2-2 膛压、速度行程曲线 图2-3 膛压、速度时间曲线 图2-4 各时期膛压、速度时间曲线1- 膛内时期(实线)；2 -后效时期(虚线) 现靶场内常用的一种微分修正公式如下：现靶场内常用的一种微分修正公式如下： (1) 装药量变化的影响(2) 药室容积W0变化的影响(3) 装药内挥发物含量变化的影响(4) 弹丸质量m变化的影响%04. 00011. 031315243%15. 00036. 034344321100

5、1100HteeWWmmvvHteeWWmmppmmmm2.3.1 外弹道学基本术语外弹道学基本术语l外弹道外弹道: : 研究弹丸在空中运动过程。研究弹丸在空中运动过程。l弹道弹道: : 弹丸质心在空中运动轨迹。弹丸质心在空中运动轨迹。l射出点射出点o o：外弹道的起点。取在炮口端面的中心。外弹道的起点。取在炮口端面的中心。l初速初速v v0 0：弹丸质心在射出点的速度。弹丸质心在射出点的速度。l炮口水平面炮口水平面xoz：通过射出点的水平面。：通过射出点的水平面。图2-5 弹道示意图 l仰线仰线oB：火炮瞄准标后，炮膛轴线的延长线。火炮瞄准标后，炮膛轴线的延长线。l仰角：仰角：仰线与炮口水平

6、面的夹角。仰线与炮口水平面的夹角。l射线射线oF：初速矢量线初速矢量线l跳角：跳角：仰线与射线间的夹角。仰线与射线间的夹角。l射面射面xoy：通过初速矢量线的铅垂面。它与炮口水平面的交线通过初速矢量线的铅垂面。它与炮口水平面的交线ox称为炮称为炮口水平线。口水平线。l射角：射角：初速矢量与炮口水平面的夹角。初速矢量与炮口水平面的夹角。 l弹道顶点弹道顶点S：全弹道的最高点。全弹道的最高点。l最大弹道高最大弹道高Y：弹道顶点到炮口水平面的距离。弹道顶点到炮口水平面的距离。l升弧和降弧：升弧和降弧：弹道顶点前、后的两段弹道。弹道顶点前、后的两段弹道。l落点落点C：降弧与炮口水平面的交点。降弧与炮口

7、水平面的交点。l落角：落角：落点的速度矢量与炮口水平面的夹角。落点的速度矢量与炮口水平面的夹角。l射程射程X：射出点至落点的距离。射出点至落点的距离。l全飞行时间全飞行时间T：弹丸从射出点飞到落点所需的时间。弹丸从射出点飞到落点所需的时间。l侧偏侧偏Zc：弹道落点偏离射面的距离。弹道落点偏离射面的距离。l弹道诸元：弹道诸元：表示某一时刻弹丸质的位置及运动状态的各种参量。例如表示某一时刻弹丸质的位置及运动状态的各种参量。例如弹丸质心的坐标弹丸质心的坐标x，y，z，对应的飞行时间，对应的飞行时间t，弹丸质心速度，弹丸质心速度v的大小及的大小及v与炮口水平面的夹角与炮口水平面的夹角(称为弹道倾角称为

8、弹道倾角)。 真空弹道：真空弹道：弹丸出炮口后在空弹丸出炮口后在空中飞行，如果不受任何外力中飞行，如果不受任何外力的作用，只受重力作用，相的作用，只受重力作用，相当于弹丸在真空中飞行，其当于弹丸在真空中飞行，其质心运动轨迹称为真空弹道。质心运动轨迹称为真空弹道。还受空气阻力的作用，此时，还受空气阻力的作用，此时，弹丸质心运动轨迹称为弹丸质心运动轨迹称为空气空气弹道弹道。 真空弹道具有下述主要特点：真空弹道具有下述主要特点： 1. 弹道与弹丸的结构参数无关，弹道与弹丸的结构参数无关，只取决于初速只取决于初速v0与射角。与射角。 2. 弹道具有对称性。弹道具有对称性。 3. 初速一定，射角为初速一

9、定，射角为45度时射度时射程最大，当初速相同时，用程最大，当初速相同时，用对称于对称于45度的两个射角度的两个射角(45+a及及45-a)射击，其所对应的射射击，其所对应的射程相等，这两条弹道互称为程相等，这两条弹道互称为相伴弹道。相伴弹道。图图2-6 2-6 三种弹道示意图三种弹道示意图 图图2-7 2-7 相伴弹道相伴弹道 一一、 空气阻力空气阻力1.1.摩擦阻力摩擦阻力 2.2.涡流阻力涡流阻力3.3.波动阻力波动阻力 (a) (b)(a) 弹丸运动 (b) 气流运动 图图2-10 2-10 弹丸的攻角弹丸的攻角 图图2-11 2-11 飞行弹丸受力飞行弹丸受力 图2-11 飞行弹丸受力

10、 空气阻力对飞行弹丸的作用可归纳为两个主要方面空气阻力对飞行弹丸的作用可归纳为两个主要方面 1. 消耗弹丸的能量，使弹丸速度很快衰减。降低了落点处消耗弹丸的能量，使弹丸速度很快衰减。降低了落点处的动能，减小了射程。的动能，减小了射程。 2. 改变弹丸的飞行姿态。翻转力矩使弹丸在飞行途中作不改变弹丸的飞行姿态。翻转力矩使弹丸在飞行途中作不规则的运动，进而更增大了空气阻力，落点不能确定，规则的运动，进而更增大了空气阻力，落点不能确定，同时也不能保证弹丸头部碰击目标，影响弹丸对目标的同时也不能保证弹丸头部碰击目标，影响弹丸对目标的毁伤作用。毁伤作用。图图2-12 2-12 弹丸不稳定飞行弹丸不稳定飞

11、行三三、 空气弹道的特点空气弹道的特点空气弹道与真空弹道相比，具有下述特点：空气弹道与真空弹道相比，具有下述特点：1. 弹丸在空中飞行，其质心运动轨迹不仅决定于初速和射角，弹丸在空中飞行，其质心运动轨迹不仅决定于初速和射角，还决定于弹丸的弹道系数还决定于弹丸的弹道系数C，并且与射击时的气象条件有，并且与射击时的气象条件有关关(如风速、风向、空气的温度、湿度和压力等如风速、风向、空气的温度、湿度和压力等)， 弹道系数弹道系数C是表示弹丸结构特征的一个综合参量。与弹形、是表示弹丸结构特征的一个综合参量。与弹形、弹丸质量和尺寸有关。弹丸质量和尺寸有关。C=i10d2/m，I为弹形系数，为弹形系数，m

12、为弹丸质量为弹丸质量(Kg)，d为口径为口径(dm)。C值小，则空气阻力加值小，则空气阻力加速度就小，弹丸飞行速度衰减较慢，要提高射程，就应速度就小，弹丸飞行速度衰减较慢，要提高射程，就应改善弹形，降低改善弹形，降低I值；或增加弹丸的断面密度值；或增加弹丸的断面密度m /d2 ，长杆，长杆式次口径钨心穿甲弹就是增大式次口径钨心穿甲弹就是增大m /d2值的一个实例。值的一个实例。2. 不对称性。空气弹道的升弧和降弧并不对称，升弧平缓且不对称性。空气弹道的升弧和降弧并不对称，升弧平缓且长，降弧陡峭而短；落角大于射角；落速小于初速，最长，降弧陡峭而短；落角大于射角；落速小于初速，最小速度值不在弹道最

13、高点，而在降弧上某一点。小速度值不在弹道最高点，而在降弧上某一点。3. 最大射程角不一定是最大射程角不一定是45。，而是随不同的弹丸、不同的初，而是随不同的弹丸、不同的初速而异。速而异。图2-13 不旋转的陀螺要倾倒 图2-14 旋转的陀螺运动 图2-14 旋转的陀螺与弹丸 保证在全弹道上阻心始终处于尾翼与弹丸质心之间，保证在全弹道上阻心始终处于尾翼与弹丸质心之间，是使尾翼弹稳定飞行的必要条件，但尾翼过大的弹丸会是使尾翼弹稳定飞行的必要条件，但尾翼过大的弹丸会使阻力增加，使散布增大。使阻力增加，使散布增大。图2-15 尾翼弹丸受力 图2-16 尾翼弹丸飞行原理 旋转稳定弹丸旋转稳定弹丸 1.

14、弹丸结构简单，射击精度较高，生产成本较低。由于弹丸系大量生产，尤应重视经济效益，一般火炮多采用旋转稳定方式。 2. 弹丸的长径比不能太大(6)，初速提高受到一定的限制；当射角增大到65度左右时，飞行稳定性将变坏，射击精度下降。 3. 在火箭弹与成型装药破甲弹上不宜采用旋转稳定方式，前者会 因旋转而使火箭推力损失增加，后者会因旋转直接影响破甲的终点效应。 4. 身管内膛必须加工膛线，增加了工艺的复杂性。 尾翼稳定弹丸尾翼稳定弹丸 1. 弹丸的长径比不受飞行稳定性限制(已达24)，弹体的飞行阻力小，弹丸的终点效应好。 2. 在大射角射击时，弹丸的飞行稳定性容易保证。 3. 能使成型装药的破甲弹的威

15、力正常发挥。 4. 火炮内膛结构简单，加工工艺性好。 5. 尾翼弹结构复杂，成本高。 1. 散布有一定范围。在水平面上弹着点的散布区域为椭圆形，其长轴沿射程方向，短轴在左右方位上；高射炮用榴弹对空中目标射击时，其炸点的散布为一椭球，长轴朝射击方向。 2. 散布具有对称性。以椭圆(球)的中心为对称点，其上下、左右、前后的落(炸)点数目及位置大致相同。 3. 散布是不均匀的。离对称中心越近，落(炸)点越多，离对称中心越远，落(炸)点越少。 图图2-17 图图2-18 空空炸炸 l射弹散布的大小是火力密集度的标志。火力密集度是指弹着点对于射弹散布的大小是火力密集度的标志。火力密集度是指弹着点对于平均

16、弹着点平均弹着点( (散布中心散布中心) )的集中程度，一般用中间偏差的集中程度，一般用中间偏差E E表示。中间偏表示。中间偏差小表示射弹散布小，火力密集度高，火炮系统性能好。差小表示射弹散布小，火力密集度高，火炮系统性能好。 图2-19 弹着点正态分布 l从散布中心从散布中心a开始，向前开始，向前(后后)或向左或向左(右右)各取包括全部射弹落点数各取包括全部射弹落点数25%的的区段，则此区段被定义为火炮的距离或方向中间偏差，以区段，则此区段被定义为火炮的距离或方向中间偏差，以Ex或或Ez表示，表示，其单位为其单位为m。在区间。在区间(a-E，a+E)内包括了全部弹着点的一半，此区间称内包括了全部弹着点的一半，此区间称为为“半数必中界半数必中界”。整个散布区间称为。整个散布区间称为“全数必中界全数必中界”。其范围为一椭。其范围为一椭圆圆l每门炮的中间偏差值随该炮射程的增大每门炮的中间偏差值随该炮射程的增大而增加，在最大射程处中间偏差值最大。而增加，在最大射程处中间偏差值最大。例如，例如，85mm加农炮采用杀伤榴弹，加农炮采用杀伤榴弹，vo=793m/s时，在时，在1000m处其处其Ex=38m，Ez=3.5m；在；在Xmax=15650m处，其处，其Ex=58m，Ez=8m。也就是说该炮在。也就是说该炮在Xmax处，围绕平均