说明书迫弹特性分析与结构改进设计说明

1、. . . . 毕业设计说明书迫弹特性分析与结构改进设计0901064122杨雄斐学生： 学号：弹药工程与爆炸技术机电工程学院学业学 院：王坚茹专 业：指导教师：2013 年 06 月33 / 39迫弹特性分析与结构改进设计摘要 迫击炮由于其具有弹道弯曲、射速高、机动性强、结构简单等特点，在战争中发挥了重要的作用。各国装备的迫击炮口径较多，主要分为大口径、中口径和小口径等。随着科技的进步，迫击炮武器系统有了新的发展。本设计是以55式120毫米迫击炮弹为基型弹，从尾管材料、尾翼材料与炸药材料的选择入手，通过对120 毫米迫击炮弹外弹道性能分析与对其进行材料的改进设计，达到设计要求。对迫弹结构特征

2、数、飞行稳定性、外弹道特性、发射强度、安定性进行计算、校核和估算，计算结果基本满足设计要求。关键词：120迫击炮弹，外弹道特性，飞行稳定性，结构特征数Mortar Analysis and design of structural improvement Abstract：Mortar because of its high firing rate, ballistic bending，mobility, simple structure and so on, in war play an important role. All the equipment, mainlydivided int

3、o mortar diameter of large diameter, small size and etc. With the progress ofscience and technology, mortars weapon system with new development.The design is based on 55-in 120 mm mortar shells basis shells，from the tail pipe material, tail materials and explosives materials selection to start，Throu

4、gh the 120 mm mortar shell exterior ballistic performance analysis and design of its material improvements ，So that the range increases to meet the design requirements。By number of structural features Mortar, flight stability, external ballistic characteristics, emission intensity, stability calcula

5、tions, checking and estimation，basically meet the design requirements。Keyword：120 mortar bombs，flight stability，external ballistic characteristics，structural features目录1 绪论11.1 迫击炮的地位与作用11.2 迫击炮的特点21.3 迫击炮的现状31.3.1 美军迫击炮装备情况51.3.2 英军迫击炮装备情况51.3.3 法军迫击炮装备情况61.3.4 俄军迫击炮装备情况61.3.5 我军迫击炮装备情况61.3.6 现役迫击炮

6、口径71.4 迫击炮武器系统的发展趋势71.5 开展120毫米迫击炮弹弹药研究的意义111.6 本文要做的工作122 迫击炮弹总体结构与分析132.1 技术指标132.2 总体方案的确定132.3 基本结构尺寸对迫弹性能的影响142.3.1 迫弹各部分长度对其性能的影响142.3.2 迫弹弹体结构与材料对其性能的影响152.3.3 炸药对其性能的影响162.3.4 稳定装置结构对其性能的影响162.3.5 技术要求172.4 120迫弹弹丸材料的选择172.4.1 材料选择30172.4.2 头螺、弹体材料的选择172.4.3 炸药的选择172.4.4 弹尾材料的选择182.4.5 引信的选择

7、182.5 结构诸元计算192.6 弹体强度计算202.6.1 弹体发射强度校核202.6.2 炸药安定性校核212.7 小结223 稳定装置设计233.1 稳定装置设计233.1.1 尾管设计233.1.2 尾管外径与尾管长度设计233.1.3 尾翼参数的选取233.1.4 弹形系数计算233.2 稳定装置强度校核243.2.1 尾管强度计算243.2.2 螺纹连接强度校核253.3 小结264 外弹道特性研究274.1 飞行稳定性计算274.2 弹道系数计算284.3 射程计算284.4 小结295 结束语30参考文献31致331绪论1.1迫击炮的地位与作用迫击炮弹作为地面压制武器之一，其

8、产生源于军队的作战实践。冷兵器时代攻城采用的抛石机，热兵器时期有了火药以后，发展成为火炮。迫击炮就是在此基础上逐渐发展起来的。具有现代意义上迫击炮，则产生于1904年日俄战争中，日军围攻俄军占领的旅顺，用士兵随伴武器的迫击炮又重新受到作战部队的欢迎。因为在不依赖野战炮兵支援的情况下，迫击炮为步兵提供了向掩蔽之敌进行打击的有力手段。一直到二次世界大战前的一段时期中小口径迫击炮有了大发展。二次大战爆发后，战场上出现了坚固的野战工事，为此，各交战国竟相研制大口径迫击炮和自行迫击炮1。20世纪60年代后，由于科学技术的发展和生产工艺的改进，迫击炮普遍采用了新结构、新材料、新技术与配用火箭增程弹，使迫击

9、炮性能不断提高，射程、威力、射速不断增大，自行火炮、多管迫击炮、智能迫击炮、多功能迫击炮等新型迫击炮也有所发展，给传统意义上的迫击炮注入了新的生机和活力。 自20世纪70年代高新技术在军事科学领域的普与应用之时竞遭到种种非议，不仅它的固有缺点被进一步突出甚至夸大，即便是它的那些过去被普遍认同的优点也受到质疑甚至否定，为此，围绕迫击炮在当今信息化战场上的地位与作用的争论，在80年代末、90年代初达到了高峰。持否定观点的人以为，现代战场上以装甲目标居多，徒步步兵已不多见，而现行迫击炮战术技术性能已近极限，对付这些目标已很难奏效，且迫击炮原有的作用完全可以用性能更优异的榴弹炮、反坦克炮甚至反坦克导弹

10、取而代之，因此与其研制新型迫击炮莫如发展轻型榴弹炮。持肯定观点的人以为，迫击炮的小巧灵活性在现代战场上仍大有用武之地，某些作战条件下甚至是唯一有效且廉价的火力压制武器，利用现有高新技术研制新型迫击炮实属必要。还有一种折衷意见认为，现代战场仍然需要迫击炮，然而为使它发挥效用，必须对传统迫击炮的设计、战术使用从理论到实践进行全面革新。时至今日，这场争论并没有完全结束，也没有达成共识，但有一点可以肯定:全盘否定迫击炮的呼声已经逐渐转入低调。 迫击炮是介于轻、重武器之间的武器，既可以作为步兵分队的主要压制火力手段，又可以用于补充重型身管火炮的支援火力。迫击炮是步兵最重要的武器之一。它是一种便携式曲射武

11、器。弹道弯曲可以发射榴弹，发烟弹和照明弹2。迫击炮是一种常用的伴随步兵的火炮,用来完成消灭敌有生力量和摧毁敌方工事的任务,在过去的战争中发挥了很大的作用,在未来的战争中仍然是一种十分重要的武器3。迫击炮作为间瞄武器，以它独有的曲射弹道适于打击反斜面目标，在作为近距离(2 -10公里)压制火力手段的同时，还可以发射发烟弹、照明弹和燃烧弹等特种炮弹;配用反坦克炮弹和制导炮弹还可以加强反装甲火力，尤其是4一8公里距离上的反装甲能力；51, 60, 81毫米等中小口径迫击炮重量轻、体积小，适于单兵或兵组携带，因此适于在山地、丛林、海岛、岸边地区等其他重型武器不能或难以到达的地区作战。迫击炮的这种独具的

12、优点，使它成为现代轻型部队、快速反应部队、特种作战部队的理想装备。在阿富汗战、两伊战争、英阿马岛海战和美军入侵巴拿马以与俄军车臣地区军事行动中，迫击炮都发挥了不可替代的作用4。据统计，第二次世界大战期间，地面部队战场伤亡的50%以上是由迫击炮造成的。在高新尖端武器广泛用于战场的今天，迫击炮作为传统的常规武器，不仅没有被时代所淘汰，而且还得到了广泛的运用和发展。迫击炮在现代战争中的作用, 已经为大量的战争实践所证实。近1015年来,迫击炮的主要发展方向之一是研制能提高战斗效能的精确制导弹药5。俄罗斯的车臣剿匪，美国的阿富汗反恐，巴以武装冲突以与伊拉克战争，处处都可以看到迫击炮的身影6。迫击炮弹有

13、尾翼稳定的，也有旋转稳定的。除某些大口径迫击炮弹是由后膛装填外，多数迫击炮弹是由炮口装填，依靠自身重力下滑，以一定的速度撞击炮膛底部击针而使弹上的底火发火，迫击二字即源于此。与线膛火炮相比，迫击炮弹具有如下优点： （1）、弹道弯曲，落角大，死角与死界小，并且容易选择射击阵地； （2）、质量小、结构简单、易拆卸、机动性好，可以抵近射击； （3）、发射速度高。一次装填，省去了退壳、关闩和击发动作； （4）、炮弹经济性好。弹体材料与装药价格较低廉7。 迫击炮的上述优点，给了它存在和发展的生命力。但是，由于迫击炮的初速低、射程近、散布大，且难以平射，因而也限制着迫击炮弹的使用和发展。 1.2迫击炮的特

14、点迫击炮与火炮的最主要区别在于它没有复杂的反后座装置，而是直接通过土壤来吸收后座能量的；膛压低，初速小是保证全炮质量小的重要条件8。迫击炮由于弹道弯曲, 落角大，弹丸可以打到一般火炮达不到的死区, 因而, 特别适用于包围战9。迫击炮由炮身，炮架，高低机，方向机，瞄准镜，底饭，炮弹构成，结构简单、易于操作、射速大、便于隐蔽和防护、后勤支援简单、射击精度不亚于榴弹炮，弹道弯曲，死角、死界均很小，容易选择发射阵地，射速大，重量小，轻便灵活10，尤其是研制、生产、使用、维修费用低廉，能歼灭或压制遮蔽物后与反斜面上的敌有生力量与火器11，这些优点使它成为效费比较高的压制武器。另一方面，迫击炮口径小、射程

15、近、射弹威力有限、射弹飞行时间长不易打击运动目标、射击时人员与火炮暴露在外易遭攻击、远距离射击精度较低，这些缺点使它在现代中等以上强度的作战中又难以发挥作用。因此，面对高技术信息战场的需求，迫击炮大有进一步改进和完善的必要。常规迫击炮一般为滑膛炮管、炮口装填、发射亚音速尾翼稳定弹, 用改变射角和附加药包的方法来调节射程。迫击炮基本划分为三类, 即轻型迫击炮：口径最大到60毫米，总重大约18公斤，弹重0.4至1.4公斤，最大射程500米至2000米；中型迫击炮：口径80毫米至100毫米，总重34至68公斤，弹重3.2至6.8公斤，最大射程200米至6000米；重型迫击炮：口径大于100毫米，全重

16、大于91公斤，弹重超过6.8公斤，最大射程达到9公里12。 目前，虽然大多数国家仍受技术、资金等困扰，还不能大力研制、发展全新的迫击炮，他们只能在现有的人力(技术力量)、物力、财力等基本条件下立足于改进老式迫击炮，使旧炮换新颜。但是，在世界上一些军事强国大力开发、储备、利用高新技术的今天，一旦将研制成功的新技术、新型材料运用到迫击炮上，就会给迫击炮注入新鲜的血液，使之焕发出新的生命活力8。1.3迫击炮的现状迫击炮是军队装备的一种常规兵器，它与其它火炮相比具有体积小、重量轻、使用和携带方便、机动性强、弹道弯曲、没有射击死角等优点。中小口径迫击炮在作战时不受地形限制，可以随军队行动，提供与时的火力

17、支援，且价格便宜，至今国外仍大量订购13。它便于选择阵地，可以消灭遮蔽物后的敌人，摧毁敌障碍物与轻型土木工事，为步兵开辟道路。素有“战场轻骑兵”之誉，可作为步兵随伴武器或用于游击、特种作战，是现代步兵不可缺少的火力支援武器。纵观当今世界，已经有150多个国家和地区研制和装备着大约120多种各类迫击炮与形形色色的迫击炮弹药，同时根据战术需要还普遍配备了诸如发烟弹、照明弹、纵火弹等特种弹。然而, 随着现代战争信息化作战要求的不断提高, 传统意义上的迫击炮弹已不能满足现代以与未来战争的需要。如何看得远、听得清、打得准, 如何混淆敌方视听等等, 已成为各国提高现有以与未来迫击炮系统作战效能的发展趋势1

18、4。迫击炮弹道弯曲、射速快威力大、重量轻造价低结构简单、使用方便无需特殊准备即可投人战斗。迫击炮能在复杂地形（山区或城市巷道）和恶劣气候条件下灵活可靠地作战, 同时也是施放烟幕和实施战场照明的理想武器。未来迫击炮还将有效地承担起反装甲目标的任务15。作为主用弹种杀伤爆破迫弹也正面临着一场变革，当高性能炸药与改进的高破片率弹体材料相结合时，迫击炮弹的终点效应更得以提升，再配用近炸引信后迫击炮弹能够在目标区域上空空爆，进一步增加了其破片杀伤半径。南非最新研制的60mm远程迫击炮弹的破片杀伤半径与81mm或82mm迫击炮弹相当。俄罗斯为2C23式120mm自行迫榴炮配备的120杀爆迫弹，在弹重与装药

19、量一样的情况下，仅将弹体材料由铸铁变为硅锰钢，炸药由TA80变为钝黑铝，对半硬目标和软目标的杀伤面积由1228提高到2508。我军近年来定型的迫击炮武器系统有82mm迫击炮、81mm迫击炮、82mm自行迫击炮、81mm车载速射迫击炮、120mm迫击炮，120 mm轮式自行迫榴炮武器系统。近30年来，世界围的迫击炮技术己取得了长足的进步与发展，证实了迫击炮的巨大发展潜力。如果说70年代以前出现的线膛迫击炮、车载式迫击炮、迫击炮核弹、火箭增程迫击炮弹、迫击炮射击计算器曾使迫击炮战术技术性能翻然改观，那么70年代以后出现的多联装迫击炮、全封闭炮塔式自行迫击炮、制导迫击炮弹、二元化学迫击炮弹、迫击炮弹

20、道计算机、夜瞄装置、半自动装填装置等，进一步巩固了迫击炮在信息化战场上的地位与作用。尤其是俄罗斯率先研制并列装的自行式迫榴炮系统，为传统迫击炮的长远发展开拓了方向，为使迫击炮在未来高技术、信息化战争中发挥更大作用奠定了基础16。外军现装备迫击炮的口径序列为小口径(5160毫米)、中口径(81 82毫米)、大口径(120毫米)和超大口径(120毫米以上)4种，相应形成轻型、中型、重型和超重型4个系列。多数国家将迫击炮列入步兵武器装备序列，不编入野战炮兵部队，小口径迫击炮装备步兵连、排两级，中口径迫击炮装备步兵营、连两级，大口径迫击炮装备步兵营、团两级，只有超大口径迫击炮作为野战炮兵武器装备师、旅

21、以上合成部队17。现行迫击炮配用弹药品种正趋增多，除传统的杀伤爆破榴弹、混凝土爆破弹、破甲弹、火箭增程弹、发烟弹、照明弹、燃烧弹外，70年代以后又相继出现了杀伤子母弹、布雷弹、制导炮弹、弹道修正弹，一些国家还研制了中子弹、化学弹(但未正式列装)18。1.3.1美军迫击炮装备情况迫击炮是美国陆军、海军陆战队步兵营、连分队现时的制式装备，也是步兵分队的主要压制火力手段。美军现装备60、81、120毫米3种口径4种型号的迫击炮，即M224式60毫米迫击炮、M252式81毫米迫击炮、M120式120毫米迫击炮和M121式120毫米自行迫击炮。M224式60毫米迫击炮是美国本国设计的产品，自1981年列

22、装，取代老式的M2式60毫米迫击炮(口径:60毫米；初速:158米/秒:最大射程:1840米；最小射程:91米;方向射界:14度:高低射界: 85度:最大射速:30发/分;炮长:730毫米:炮全重:19. 07公斤；弹重:1. 39公斤；配用弹药:常规弹药多种。)与M29式81毫米迫击炮。M224式60毫米迫击炮最大射程3500米，最小射程50米，方向射界360度，最大射速30发/分钟，持续射速15发/分钟，炮长1. 18米，炮重20. 8公斤，弹重1. 7公斤，发射弹种包括M720型杀伤榴弹、M721型照明弹、M722和M723型烟幕弹等。该炮配有AN/GVS5激光测距机，使其具有射程远，威

23、力大，精度高的特点，足以为全连正面提供相当的间接火力19。1.3.2 英军迫击炮装备情况 英国陆军和海军战队现装备的主要是L9AI式51毫米迫击炮和L16式81毫米迫击炮。 L16式81迫击炮是英国自行研制和生产的性能优异的中型迫击炮，出口30余个国家，并由包括美国、日本等许多国家仿制生产。该炮的主要特点是射程远(最大射程7100米)、重量轻(战斗个重36. 7公斤)，全炮可分解成三大件由炮班人员便携机动。自1963年开始装备，已经过多次改进，至今仍不失其优越性。 L9AI式51毫米迫击炮自1986年开始列装，取代旧式MK2式51毫米迫击炮。与旧炮相比，最大射程由480米增大至750米，射弹威

24、力与精度也有大幅度提高。全炮重仅6. 275公斤，利于单兵便携20。1.3.3法军迫击炮装备情况 法国是迫击炮发展历史悠久的国家之一，迫击炮技术与生产能力位居世界前茅，研制与生产的型号多、数量大、性能好，因此又是迫击炮装备与技术出口大国。法国陆军、海军陆战队现装备有51、60、81、120毫米4种口径的迫击炮，型号不下9种，但主要是81毫米和120毫米2种口径的迫击炮。 由于法国生产多种型号的迫击炮，而且一种基型迫击炮又有多种变型(从而形成系列)，因而不同兵种分队装备的具体型号有所不同。法军现装备的81毫米迫击炮是轻便型81毫米迫击炮系列，由81CL、81LL和81LLR 3种型号组成，三者的

25、身管长度分别为1. 15、1. 55米和1. 44米，最大射程分别为4. 14公里、5公里和6公里，全炮重分别为39. 2公斤、42. 5公斤和42. 6公斤。81LLR是专为法军伞兵团研制的20。1.3.4俄军迫击炮装备情况 俄罗斯是当今世界上迫击炮装备数量最大、型号与品种最多、技术较先进的国家，俄军迫击炮装备体系的特点是:不装备小口径(60毫米)迫击炮，迫榴炮正在取代传统迫击炮;2 B14式82毫米迫击炮是俄罗斯全新设计的轻型82毫米迫击炮，使用了新型材料和制造工艺，全炮重41. 88公斤，分解后可由4人便携机动，配用原有和新型迫击炮弹，最大射程分别为3200米和4270米，射速24一30

26、发/分 1。1.3.5我军迫击炮装备情况我军现役PP89式60毫米迫击炮最大射程2672米，最小射程119米，方向射界360度，最大射速30发/分钟，炮重14. 8公斤，弹重1. 33公斤，有效杀伤半径:10米;最大初速:206米/秒;高低射界:45度一80度;发射弹种配有杀伤榴弹、照明弹、烟幕弹等。为提高PP89式60。迫击炮武器系统的作战效能，更好地发挥其作战作用，有效地杀伤敌有生力量，通过对其杀伤榴弹进行改进设计，使其有效杀伤半径提高到19米。1.3.6 现役迫击炮口径由于历史积成的原因，外军现装备迫击炮口径集中于51(含50、52)、60、81(82)、107、120、160、240毫

27、米，面对现代高技术战场需求和特点，迫击炮的口径序列正在出现简化的发展趋势:160、240毫米迫击炮射程近、重量大，己逐渐退役;107毫米追击炮费效比低，其射程与威力不如105毫米榴弹炮，也将逐步淘汰;51毫米迫击炮的炮弹杀伤威力太小，有被60毫米迫击炮取代的趋势。从当前各国装备和研制的迫击炮来看，以60、81、120毫米为最多。当前世界较为一致的看法是60毫米是唯一比较实用的便携式迫击炮的口径，其出色的程重比(即最大射程与战斗全重之比)有可能使它成为今后唯一的轻型迫击炮，作为步兵连、排的主要压制兵器21。1.4 迫击炮武器系统的发展趋势迫击炮弹有尾翼稳定的，也有旋转稳定的。除某些大口径迫击炮弹

28、是由后膛装填外，多数迫击炮弹是由炮口装填的，依靠自身重力下滑，以一定的速度撞击炮膛底部击针而使弹上底火发火22。与普通榴弹相比，迫击炮弹的特点有：装填密度小，点火方式特殊；装填条件与弹尾部结构有关；弹径小于炮管口径，火药气体可通过缝隙向外泄露；发射装药结构和尾翼稳定方式特殊23。迫击炮弹的发展正是针对迫击炮弹的缺点而进行的，查阅迫击炮弹研究的相关文献，综述以下缺点与其改进措施8：1）、射程近 过去由于按迫击炮弹使用铸铁材料，所能承受的膛压低，因此初速较低，加之火药气体的泄露使初速更低。提高射程的根本措施是提高初速，其方法是：增大膛压、加长炮管、减少火药气体泄露，使用新型火药改善膛压曲线使之平缓

29、等。为了承受更大膛压，应提高铸造质量减少铸造弊病或使用钢制弹体。提高射程的其他措施是增大断面比重，改善弹形等。2）、隐蔽性差 过去认为迫击炮为曲线武器可以躲在遮蔽物后发射，因此隐蔽性好，但是在技术进步的现在不同了。迫击炮弹飞行速度慢，飞行时间长，很容易被敌方现代化的观测器材发现进行跟踪，并用计算机算出阵地位置，因此迫击炮弹的隐蔽性差。提高初速，改善飞行时间稍能得到改善，但目前还未能找到根本的解决方法。3）、精度差 迫击炮弹的精度比普通火炮弹丸精度差，其原因如下24： （1）火药气体泄露 ，每发弹的泄露不一致，造成初速散布。现代趋向于使用塑料闭气环来代替环向闭气槽，以起到更好的紧塞气体的作用。（

30、2） 由于要求迫击炮弹价廉，所以其制造精度较低，甚至弹体膛不加工，如果允许提高成本可以提高制造精度来改善射击精度，迫击炮弹零件较多，装配同心差。尾翼片采用焊接法连接在尾管上难于保证安装精度，为此现代迫击炮弹尾翼与尾管多为一体。（3） 附加药包在尾管上位置的串动易带来点火不均匀和各发之间的差异，为此应采取良好的固定附加发射装药的办法。（4） 迫击炮弹比相应口径的普通火炮弹丸威力小，这不仅是由于迫击炮弹的尾管很少有杀伤作用，而且在于弹体材料性能与炸药性能匹配不好，弹体机械性能差，往往是破片过碎，有效破片甚少。所以应提高弹体材料性能，装填高能炸药。根据迫击炮特点，其发展趋势：1）、提高火力水平25高

31、科技条件下的作战将具有攻坚性、全纵深性、准确性等特点，这就要求迫击炮在不失其轻便、灵活特性的同时，要谋求更远的射程、更强的杀伤力和更高的精度，使其火力支援具有强大的攻坚性、高度准确性。（1）小口径向大口径发展 最近几年，一些国家开始用口径较大的迫击炮(如120毫米迫击炮)取代口径较小的迫击炮(如西方的8l毫米迫击炮和的82毫米迫击炮)。在美国，射程和杀伤力已显不足的M30式107毫米线膛迫击炮系统正逐步被新型120毫米迫击炮系统所取代，以提高武器的射程和杀伤力。（2）单一身管向多管发展 迫击炮在加大炮管直径时，必然要增加武器重量，这使得机动能力受到影响。为了进一步提高突击力和机动性，一些先进国

32、家正在积极研制、装备多管迫击炮。最近，奥地利在研究一种新式迫击炮。这种武器把4门120毫米迫击炮的炮管排在一起，上部用框架固定，下部装在一个特别大的长方形座钣上。炮管长约3米，座钣尺寸为2米×1米。行军时，4门火炮一起向上翻转，架在一辆军用卡车的后车厢上，炮手和炮弹也一起在车上，可以在战场上快速行驶。进入发射阵地后，通过液压控制装置，将火炮随同尾部座钣一起缓缓向后落下，4根炮管稳固地耸立在地面。这时由两名炮手从炮口装填炮弹，一名炮手操作武器。它可以在1秒钟同时发射出4发炮弹，攻击11公里远的目标，完成射击任务后，90秒钟就可以撤出阵地，转移到另一阵地继续战斗。用3门这样的迫击炮组成一

33、个炮兵排进行快速射击，一次可发射12发炮弹，覆盖150米×100米的面积，相当于一个105毫米迫弹炮营的火力。（3）人工操作式向机械自动式发展 自动迫击炮主要是装备适合迫击炮使用的计算机，设置车辆导向装置、自动瞄准装置、水平调整装置和自动装填装置，从而提高发射速度和反应能力。俄军的2B9、2C9式82毫米自动迫击炮是其中的佼佼者。该炮的口径82毫米,炮身长约1米，战斗全重约800公斤，高低射界080度，方向射界20度，间接瞄准的最大射程5公里，最小射程100米，直接瞄准的距离1公里，最大射速120发/分，实际射速60发/分。该炮主要采取了3项新技术：第一，它改变了传统的炮管加座钣的结

34、构，采用迫弹炮的结构，加装反后坐装置和开架式炮架；其次，它采用了自动装弹机构，在火炮一侧装有自动装弹箱，一次可装4发炮弹，这样不但减轻了炮手的劳动强度，而且大大提高了射击速度；第三，它采用了特殊的构造，不但可以用弯曲弹道攻击障碍物背后的目标，而且可以用平直低伸的弹道，向近距离的装甲目标进行直接瞄准射击。2）、提高自身生存能力25生存能力提高的意义不仅仅在于人员、武器装备的安全，更是炮兵支援步兵对敌战斗与至影响战斗全局胜利的关键。（1）钢质火炮向复合材料发展在很长一段时间里，各国一直在努力减轻迫击炮系统的重量，这对便携式迫击炮系统来说是很关键的。目前，美国洛克希德与宇航公司已用复合材料制造了一种

35、120毫米迫击炮的样炮。这种采用复合材料制造的迫击炮比传统钢制的更轻而且坚固。该炮全重只有54.4公斤，比钢制炮(143.7公斤)减轻了60%，可一人携带，特别适合于快速反应、空降、突击队或特种部队使用。除重量轻外，它还提高了性能，减少了后勤供应和维修工作量，并降低了全寿命费用。（2）暴露性射击向隐蔽性射击发展迫击炮通常伴随步兵，许多迫击炮在射击的时候常常发出强烈的声响、火光和烟尘，在作战时距敌前沿较近，这就容易暴露发射阵地，遭到敌人的火力压制。因此很多国家正在着手改善迫击炮的隐蔽性，研制射击时尽可能地减小声响、火光等痕迹的无声迫击炮，以适合于侦察部队和在敌后作战的步兵分队使用。比利时正在研究

36、一种NR8113型迫击炮。它的独特之处是在炮管中装有一根长杆，而炮弹的后部则增加了一个活动的空心圆筒，发射时没有火光和烟雾从炮口泄出来，也减小了射击时的声响，不易被敌人探测到发射阵地的位置，从而起到隐形作用26。（3）人工扛运向自主行走发展提高迫击炮在现代作战中的机动性，不仅是提高自身生存能力的需要，而且也是保证能够伴随迅速运动的装甲部队和机械化部队、为步坦分队提供与时必要的火力支援的需要。因此，各国军队正在集中力量研制、装备自行迫击炮。这些自行迫击炮都是以车辆(轮式或覆带式)的底盘作为底钣的，因而在作战时，既能发射后迅速撤离发射阵地，又能跟上坦克、步兵战车等机械化分队的行动。其典型代表是美军

37、TMUASl20毫米自行迫击炮、德国“美洲狮”120毫米自行迫击炮等。（4）无防护向装甲防护发展自行迫击炮都是炮口装填，车顶为敞开式，或者射击时打开顶盖，使炮手上半身露在外边，缺乏装甲防护能力。为解决自行迫击炮装甲防护能力较弱的问题，目前各国都在着力研制具有一定防护能力的装甲迫击炮。这种迫击炮一般都采用炮塔和后膛装填结构。如德国研制的一种120毫米自行迫击炮采用后膛装填方式和旋转弹轮，武器的下方支撑点是固定的，上方支撑点采用两个能互相独立旋转的球拱结构。采用后膛装填方式和旋转弹轮，可较好地解决装甲防护问题。3）、由面压制向精确打击方向发展 尽管很多国家还不能承担制导炮弹的高昂造价，但迫击炮弹向

38、制导化方向发展已势在必行。制导炮弹大多用于大口径迫击炮，因为最初只有大口径炮弹才有足够大的空间来放置电子设备。由于电子技术的发展，目前小型化问题已经解决，但出于成本的考虑，人们仍然倾向于给大口径迫击炮配备制导炮弹。到目前为止，只有瑞典的制导迫击炮弹“林鸮”达到实战标准。“林鸮”的研制开发始于上世纪80 年代初期，1994年正式投产，目前装备瑞典和瑞士两个国家。它采用聚能装药战斗部，主要用于攻击装甲车辆。4）、由人工操作向信息化发展 现代信息化战场上，越来越多地运用到电子技术与计算机智能技术，集群炮兵已基本实现了目标侦察、指挥、信息处理、武器控制、弹药制导和通信手段的数字化、一体化。迫击炮部队数

39、字化、智能化发展缓慢的状况正逐步改善。5）、新概念迫击炮系统开始出现 电磁轨道炮已进入实质试制阶段，由美国国防高级研究计划局（DARPA）研制的全尺寸、全悬臂式电磁轨道炮成功地发射了全尺寸迫击炮弹，炮口初速430米/秒。该试验用弹的尺寸与重量均与120毫米迫击炮弹相似。6）、迫击炮武器系统已走出陆军进入多兵种 迫击炮武器系统先前仅用于陆军作战，随着各军种作战任务的变化，已走出陆军进入多兵种。海军：海岛突击协助，海面电子对抗。陆军任务部队：山岳丛林作战；沙漠戈壁部队；高寒山地部队；空降突击部队；支援保障部队，航空兵部队等。1.5 开展120毫米迫击炮弹弹药研究的意义 考察迫击炮当前发展的总体趋势

40、，60毫米与其以下口径的迫击炮将趋于淘汰，81毫米迫击炮将从营级降至连级装备，120毫米迫击炮正在成为陆军的主用迫击炮。迫击炮正在向便携机动式和车载或自行机动式两个方向发展，81毫米车载式或自行式迫击炮的装备数量将趋势于减少；120毫米迫击炮实现便携机动标志着迫击炮技术发展的重大突破。各国目前在研和装备的迫击炮中，以120毫米口径的最多，如美国“龙火”120毫米自动迫击炮、俄罗斯2C31式“维那”120毫米自行迫榴炮、英国AMS 式120毫米自行迫击炮、法国2R2M式120毫米自行迫击炮等。我国近年也开发装备了120毫米自行迫击炮武器系统，并大力向军贸市场推介。现代战争中的战场目标有了很大变化

41、，主要表现在硬性目标（相当于12mm以上钢板）如步兵战车、运输车、坦克等，半硬目标（相当于6mm钢板）如雷达、载重卡车、战术导弹发射架等大量增加，二者约占战场总目标的60%。软目标（相当于3mm钢板）如人员、停于地面的飞机等数量减少，约占战场总目标的40%。另外，作战纵深与作战距离增大等。这些变化对迫击（榴）炮配属的弹药提出了新的要求，向高效化弹药方向发展。弹体材料选用高强度、高破片率硅锰钢，炸药选用B炸药或钝黑铝高能炸药，对付暴露目标改着发引信为无线电近炸引信等。采用上述方法，对付半硬目标和软目标的综合毁伤能力可提高两倍以上。但是，作为120毫米迫击炮武器系统的主用弹种杀伤爆迫弹，目前仍采用

42、普通弹体铸造材料与装药，没有吸收高爆迫弹的发展成果。因此在120毫米迫击炮武器系统平台上进行高效化弹药的设计将会大幅度提高该迫击炮作战系统的杀伤威力，扩大战术作用，满足现代战争需要。1.6 本文要做的工作通过查阅资料，参考155式120迫击炮弹总体结构并分析，完成对迫弹的设计与结构改进，最后对迫击炮弹外弹道性能进行分析。2迫击炮弹总体结构与分析2.1 技术指标120mm迫击炮弹技术指标如下: 最大射程：5200m； 距离散布精度:Ex/X 1/120，方向散布精度:Ez/Xl/250; 有效破片密集杀伤半径：9m; 弹重：约14.5kg； 初速：272m/s； 与55式120mm迫击炮杀伤榴弹

43、弹道基本一致，通用射表。如下为国55式120mm迫击炮榴弹的主要性能:55式120mm迫击炮可配用55式120mm迫杀伤爆破弹、55式120mm迫杀伤爆破短弹、64式120mm迫杀伤爆破弹(因质量较轻，也称”轻型杀伤爆破榴弹”)三种杀伤爆破弹27。 2.2总体方案的确定该弹总体方案由引信、头螺、传爆药、炸药、弹体、尾管、尾翼、等组成，具体结构如图2.2所示： 1.引信，2.头螺，3.传爆药，4.炸药，5.弹体；6.尾管，7.尾翼图 2.2 120迫弹结构图2.3 基本结构尺寸对迫弹性能的影响2.3.1 迫弹各部分长度对其性能的影响迫击炮弹的结构尺寸，是根据射程、威力和射击精度等战术要求选定的。

44、（1） 迫击炮弹的全长l一般不受限制，这一点可使威力大大提高。但实际上，当弹丸质量和弹径确定后，长度过大会使飞行阻力增加，引起射程的降低。一般来说，全长的确定原则是在符合质量、保证飞行稳定、满足威力要求的条件下采取的最小长度。本设计迫击炮弹全长l为6.225d=747。（2） 弹头部长度主要影响射程、飞行稳定性和对目标侵彻作用。从空气阻力出发，不同的飞行速度，对应着一个最有利的头部长度。弹头部增长，弹形尖锐，空气阻力也小。但当弹头部过长时，由于迫击炮弹在飞行中的必然会摆动，又使空气阻力随弹头部的增长而增大。因此，根据迫击炮弹不同的飞行速度和它在弹道上的摆动程度，将有一个对应的最小空气阻力的弹头

45、部长度。在一般情况下，初速低，弹头部宜短；初速高，弹头部宜长。从飞行稳定性来看，则要求短的弹头部。弹头部愈短，不但使空气阻力的中心后移，相对来说，炮弹质心位置也更为靠前，弹丸的质心愈靠前，从而阻力中心距质心的距离相对增大，稳定性也愈好。从对目标的侵彻来看，头部愈尖锐，侵彻深度愈大。因此，爆破弹和杀伤爆破弹的头部应尖锐些，而杀伤弹则与此相反，不希望侵彻过深，以防止大量杀伤破片不能发挥作用。一般来说，大容积爆破弹，其为(1.0-1.4)d；滴状杀伤爆破弹和爆破弹，其为(1.3-2.0)d；滴状杀伤弹，其为(0.9-1.2)d22。本设计弹头部长度为2.0d=240。（3）圆柱部长度lz将影响威力和

46、空气阻力。很明显，不论对杀伤、爆破和杀伤爆破弹，lz增大对炮弹威力增大是有利的。但实际上，除了大容积的迫弹外，一般迫击炮弹的圆柱部长度，由于受到迫弹稳定方式和空气阻力的限制而只有一个较小的值。在一般情况下，滴状迫击炮弹的圆柱部长为(0.3-0.4)d10。本设计圆柱部长度为0.35d=42。（4）迫击炮弹尾部外形是以圆弧为母线的旋成体，它影响着空气阻力，药室容积和威力。现有迫击炮弹的尾部长度lw有如下几种：小口径，初速较低，lw=(1.2-2.0)d；中口径，初速居中，lw=(1.7-2.3)d；大口径，初速较高，lw=(1.7-2.7)d23。本设计弹尾部长度lw为1.875d=225。2.

47、3.2 迫弹弹体结构与材料对其性能的影响 弹体是构成迫击炮弹的主体零件，上接头螺和引信，下接稳定装置，装炸药或其他装填物，其结构直接影响迫击炮弹的使用性能。（1）弹体结构 迫击炮弹的弹体可分为整体式和非整体式两种。整体式只有一个零件；非整体式是由两个或者两个以上的的零件组成。对大口径铸造弹体，因弹体口部直径相差较大，容易出现铸造疵病，故使用传爆管结构。采用传爆管结构，必然使弹体的结构复杂化，且质量偏心增加。（2）弹体形状 不同类型的迫击炮弹，其弹体的外形状是根据引信样式、装药、飞行速度和稳定方式而设计的。由于迫击炮弹常在亚音速条件下飞行，因此常采用流线型(或称水滴形)，即头部短而圆钝，圆柱部也

48、较短，弹尾较长且逐渐减小。这种流线型不仅有利于减小空气阻力，而且因质心靠前而对飞行稳定性有利。因此，一般的杀伤榴弹和杀伤爆破榴弹均采用流线型。为了提高杀伤或爆破威力，有时也采用大容积圆柱形弹体，特别是爆破榴弹更是如此。但是，在这种情况下，弹丸质量增大，射程降低，因而在中，小口径的迫击炮弹上很少采用大容积圆柱形弹体。（3）弹体圆柱部 弹体圆柱部，亦称为定心部。由于迫击炮弹是由圆柱部与尾翼突起来实施膛导引，故圆柱部一般较短(0.3-0.4)d。对于大容积迫击炮弹，常从威力和弹丸质量两个方面来确定其长度。弹体圆柱部直径比炮膛直径小，以便形成必要的间隙。间隙的大小影响迫击炮弹的发火、下滑时间和火药气体

49、的外泄程度。由于小口径迫击炮的炮身短，弹轻，下滑动能小，因为为保证可靠发火需选取较大的间隙。如60mm迫击炮弹，其间隙为0.65-0.85mm，比大口径迫击炮弹大。（4）弹体药室形状与壁厚 弹体的腔母线是由直线和弧线组成的，其形状与外部形状相对应，因而药室的尺寸取决于弹体的壁厚。壁厚的大小与材料、威力和工艺性等因素有关。为满足碰击强度和改善飞行稳定性，弹体头部壁厚一般都比圆柱部和尾部要厚。而圆柱部和尾部的壁厚则取决于弹丸的用途。对于爆破弹，为了多装炸药，应在满足强度的条件下选取最小壁厚值。对于杀伤弹，则应从获得最大有效杀伤破片数出发，使壁厚与炸药性能和弹体材料的机械性能相匹配。本设计平均壁厚为

50、0.2d=24。（5）弹体材料 通用的榴弹弹体材料是钢性铸铁和稀土球墨铸铁。由于钢材强度低，破片性能差，故目前多采用稀土球墨铸铁。当使用铸造弹体时，由于只需对口螺、定心部和尾螺等连接处进行机械加工，因而工时少，成本低，适于大量生产。2.3.3 炸药对其性能的影响迫击炮弹装填的炸药一般为混合炸药，主要有：梯萘炸药、B炸药和热塑黑-17炸药等。这是因为迫击炮弹的弹体材料多为铸铁类，其机械性能较差，因而不能采用高能炸药(如TNT)，否则弹体将被炸得过碎，影响杀伤威力28。2.3.4稳定装置结构对其性能的影响 迫击炮弹的稳定装置是由尾管和翼片(或称尾翼)组成的。除保证稳定性之外，翼片上的突起尚起着弹丸

51、在膛的定心作用。此外，稳定装置还被用来放置和固定发射药与基本药管，保证实现发射药的阶段燃烧。 尾管是稳定装置的主体，尾管腔用以放置基本药膏，尾管上的传火孔一般有12-24个，孔径为4-11mm。传火孔应与辅助装药对正，一般分成几排，且轴向对称分布。本设计传火孔数目为18个，孔径为9，孔间距为1322。尾管与弹体的连接方式和弹体材料有关。对钢质弹体，弹体底部加工成外螺纹，尾管为螺纹；对铸铁类弹体，弹体底部加工成螺纹，尾管为外螺纹。尾管的长度与稳定性有关，一般为(1-2)d。翼片常用1.0-2.5mm厚的低碳钢板冲压而成，其数目一般为8-12片，每两片为一体焊于尾管上，并呈辐射状沿尾管周围对称分布

52、。翼片末端有一突起处，其直径与弹体定心部直径相当，共同构成导引部。翼片高度和翼片数量，影响翼片承受空气动力作用的面积。面积达，稳定力矩就大；但当弹丸在飞行中摆动时，面积大，迎面阻力也大。因此，在一般情况下，翼片高度不大于1.2d。为便于迫击炮弹装填和保证底火与击针对正，起定心作用的翼片突起部直径应略小于弹体定心部直径。翼片突起的定心处应有较高的光洁度，以便减小对炮膛的磨损。为使迫击炮弹具有良好的射击精度，要求弹尾的结构具有充分的对称性，并使弹尾与弹体尽可能同心29。2.3.5 技术要求根据120mm迫击炮杀伤榴弹的要求，基本参量的确定如下：a. 弹丸质量m：14.5kg；b. 初速V0： 27

53、2m/s；c. 膛压Pm：101MPa；2.4 120迫弹弹丸材料的选择2.4.1材料选择30 材料选择应当考虑：满足弹丸作用威力；保证弹丸发射强度；成本低廉，便于加工，资源丰富。一般可采用铸铁、钢、有色金属、非金属等材料。2.4.2头螺、弹体材料的选择 球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。它的机械强度和延伸率较高。球墨铸铁的应用，使弹体的有效破片数量增多，杀伤威力增加，同时破片的形状也比较均匀锋利。采用球墨铸铁作为迫弹弹体的材料目前还是比较理想的。本设计头螺、弹体的材料确定为球墨铸铁。2.4.3 炸药的选择选

54、择炸药的原则是：（1） 炸药的威力和猛度应适合弹丸性能的要求，如榴弹一般选用TNT或B炸药；破甲弹一般选用以黑索金为主的混合炸药；迫击炮弹可以选用硝铵炸药和TNT炸药等；（2） 理化性能稳定（不吸湿，与弹体材料有相容性，挥发性小，热安定性 好），能长期储存，不变质；（3）原料丰富，价格便宜，生产和装填方便。 目前常用的炸药有32：（1） 梯恩梯（TNT）有较大的威力，安全可靠，理化性能安定，可以长期储存，生产价廉，是应用最广泛的军用炸药。梯恩梯熔点较低，装填方法可以用螺装、压装和铸装。 （2） 钝化黑索金黑索金是一种威力和猛度都很高的炸药，但因其机械 感度较大，一般都予以钝化处理（加入适量的钝

55、化剂），这种炸药一般采用压装。 （3）黑铝炸药（如A-32或钝铝黑炸药）在黑索金中加入适当铝粉和钝感剂，以增加爆热，增强炸药的燃烧作用。 （4）梯黑混合炸药将梯恩梯与黑索金按一定的比例（如4:6,5:5等）混合后，可以提高炸药的威力和猛度，B炸药即为梯黑50/50混合炸药，将作为榴弹的主要炸药。（5）热塑炸药在钝化黑索金中加入适量梯恩梯和铝粉，能使炸药具有热塑性，从而可以用热塑态压伸或热塑性振动的方法装填炸药。 本设计中，因弹体选择为球墨铸铁，不宜采用高猛度的炸药，所以选择常用的B炸药。2.4.4 弹尾材料的选择 为使全弹质量符合设计要求，并且尽可能使全弹质心靠前保持良好的稳定性，弹尾尾管、尾翼片均采用LC4铝合金。2.4.5 引信的选择在选择现有引信时应当考虑到下列几点33： （1）引信的类型必须与设计弹丸的类型相匹配； （2）引信的作用时间必须满足弹丸适时作用的要求（适时性要求）； （3）在配用弹丸中要确保配用引信发射时安全