弹药工程设计(王芳老师)复习重点

弹药工程设计复习重点朱炜本重点可能存在一些摘抄错误，慎用！重点源自于老师最后提及的“重点”，所以很多。建议：先背下习题，再看其他的；联系咱们学过的其他门专业课，理解地记忆，明白知识点后，考试时能答上就行；老师很随意,大家背的时候也要放松一些。概述战术技术要求：威力要求弹道性能要求(主要指射程、射高、直射距离等)射击精度要求(定义：在相同射击条件下弹着点或炸点的密集程度；表示方法：通常采用平均弹着点的距离中间误差来描述)发射安全性、可靠性要求长期储存安定性要求生产经济性要求：弹药结构工艺性弹药及其零件统一化原材料资源丰富基本原则：在兼顾一般战术要求的基础上，充分满足最主要的战术指标要求。在此前提下，可着重考虑生产经济性要求。一般说来，生产经济性要求应服从战术技术要求。弹药工程设计过程的三大阶段：战术技术论证阶段，弹药方案和技术设计阶段，试制、试验与鉴定定型阶段第二章弹药总体设计弹药总体方案选择：弹径和弹种的选择：增程技术途径：a.通过增大火炮初速的“武器解决办法”；b。通过增大弹丸飞行速度的“火箭助推解决办法”；c.通过减小飞行阻力的“弹道解决办法”稳定方式的选择：旋转稳定弹(线膛、弹形好、空气阻力小、射程远，配有定心部、弹带、闭气环)超口径尾翼稳定弹(滑膛、微旋，弹形差、空气阻力大，但飞行稳定性好，外形与旋转稳定弹丸类似，但配有膛内呈合拢状态的尾翼)杆形头部尾翼稳定弹丸（滑膛或线膛，杆形头部可以减小头部阻力，提高飞行稳定性，稳定所需尾翼口径小，攻角小，综合阻力不大）滴状同口径尾翼弹(适用于亚、跨音速迫击炮弹和无后座力弹，滴状流线外形可减少阻力，增大射程)杆式尾翼弹(滑膛或线膛，配有弹托，初速高，飞行减加速度小，射程远，比动能大)比较：旋转稳定弹阻力系数小，适用于远程弹设计，是当前压制兵器广泛应用的弹形。其次是杆形尾翼弹，当前主要用于穿甲弹设计。滴状尾翼弹在亚音速时阻力系数最小，广泛用于迫击炮弹设计。在超音速下，杆形头部尾翼弹比超口径尾翼弹阻力系数小，稳定力矩系数大，而且能使破甲弹具有很合理的结构，因此，超音速破甲弹大多数采用这种弹形。超口径尾翼弹阻力虽然大，但稳定性好，而且稳定装置形式多样，在直瞄武器中多陪用于榴弹和破甲弹设计。弹重选择第一种情况：火炮已定，要求为此炮配用新弹，所设计的弹丸内弹道条件必须适应该火炮的强度条件（炮管与炮身强度限制条件）第二种情况：设计新炮和新弹：既要满足战术技术要求，又能使火炮具有良好的机动性。弹体材料、炸药及引信选择(除材料成本低，加工性能好，资源丰富等经济性要求外，还应满足弹丸威力要求、发射强度要求和各零部件特殊要求)第三章旋转稳定弹结构设计外形结构对弹丸威力、弹道性能、飞行稳定性的影响弹全长：弹丸愈长，空气阻力翻转力矩越大，弹壁越薄、强度不足，威力越大；弹头部：弹头部增长，空气阻力系数明显降低；当弹丸装药量及射程都有一定要求时，可采用直线和圆弧形的组合曲线(其他形状：抛物线、椭圆)圆柱部：圆柱部越长，膛内导引性能越好，出炮口后章动小，飞行稳定性好，可以提高射击精度；圆柱部缩短，空气阻力减小，过短时，导引阻力增加，存在最有利圆柱部长度弹尾部：弹尾角增大，阻力系数先减小后增大；弹尾长增大，阻力系数先增大后减小。船尾角在6°~9°·较好，空气阻力系数较小。弹丸速度很高时，弹尾形状影响不大。底凹弹的增程原理：增大弹底压力，减小弹头和弹尾的压差，从而减小底阻弹带作用：在弹丸发射时将其嵌入膛线，赋予弹丸一定的转速，密封火药气体，保证弹丸在膛内的定位。弹带数目及宽度：一方面，弹丸初速增大，要求转速增大，则要提高弹带强度，对应的要弹带宽度增大；另一方面，增大弹带宽度会增大弹带压力和弹壁挠度，影响弹带顶部与炮弹壁之间的接触，会产生飞边，影响外弹道性能。所以，以两条窄带代替一条宽带。强制量：考虑三个方面：保证弹丸在膛内运动时，紧塞火药气体，避免火药气体对炮膛的烧蚀。防止弹带与弹体产生相对旋转，使弹丸出炮口后有一定的转速。强制量不能太大，否则会增大对坡膛处的磨损，影响火炮的寿命。弹带形状：前斜面、后斜面、环形沟槽全膛远程弹丸组成：弹体、定心块、弹带、闭气环、底凹装置、引信特点：弹体外形基本由弧形部构成，以减小迎面阻力；弹体大都无圆柱部，为在膛内定心，弹丸质心处固定有与弹轴成一定角度的流线型定心块；弹带位置靠近弹体底部，以减小弹带压力对弹体强度的影响。定心块的作用：保证弹丸在膛内正确运动底排弹 增程原理:底部装有专门的排气装置，其中的“排气剂”在弹丸出炮口后或在膛内开始点火并放出气体，气体进入弹丸后部低压区，增大了弹底压力，从而减小底阻，增大射程。与火箭增程的区别：火箭增程是通过火箭发动机向后排出气体并点燃，由于排出速度大，质量也不小，从而对火箭产生一个反作用力，提供推力，同时也有减小底阻的效果。底牌装置的组成及其功能：壳体：外形构成弹丸的船尾，底部有排气孔，中间部分构成燃烧室，弹丸飞行时从燃烧室内排出气体排气药柱：做成多块扇形结构，以增大燃烧面积，并用阻燃材料包覆药柱两端及表面，使药柱减面燃烧点火器：点燃排气药柱，以保证其正常燃烧，机械式还具有底部排气装置的密封作用。排气孔面积规律：排气孔面积太小，会使燃烧室内压增加，导致药柱燃烧速度增加和底部排气效果不佳。(为避免这种情况出现，燃烧面积应该是递减的，使排气药柱燃烧结束时，燃烧面积与排气面积比例应不超过20:10)。排气孔面积过大,由于燃烧室内压力减小，燃烧速度小，燃烧室内外压差小，从而无法保证足够的排气速率，甚至熄火。适当的比例范围：15:1至45:1第四章尾翼弹结构设计迫击炮弹结构特点：发射装药密度小，点火方式特殊火药气体泄出采用尾翼稳定方式迫击炮弹的发射装药结构及其原因：迫击炮弹的发射装药结构分成两部分，一部分装在以厚纸制成带有底火的基本药包内，并插在迫击炮弹的尾管内；第二部分发射药称为辅助装药，质量较大，通常又分成数个药包套在尾管上。原因:采用这种装药结构是为使炮弹发射时能够可靠点火和均匀燃烧。弹炮间隙的影响：正面：能使膛内被挤压的气体顺利通过缝隙流出，且不会明显影响下滑速度。负面：火药气体泄出，使膛压降低，初速下降，射程减小，同时还会使炮弹初速或然误差增大；此外缝隙存在也影响炮弹膛内运动的定位作用，导致射击精度降低。解决办法：多采用闭气环结构，使炮弹下滑时有合理的缝隙，而当炮弹发射向前运动时，闭气环扩张，消除缝隙，防止火药气体流出。张开式尾翼弹主要性能特点：弹丸飞行中空气阻力大，但稳定性好，射击精度高设计特点：应确保尾翼在膛内呈合拢状态，弹出炮口后，尾翼能迅速张开到位。对有炮口制退器的火炮，尾翼张开时不应碰打炮口制退器。弹丸在飞行过程中，尾翼张开状态稳固。形式分类及张开原理：气缸张开式尾翼结构：其弹底有一气室或气缸，其内的活塞上有小孔以进出气体。平时活塞由剪切销或紧塞圈固定，以阻止尾翼张开。弹出炮口后，气缸内压力使活塞切断或挤压紧塞圈而向下运动到位，并带动尾翼呈张开状态。微旋张开式尾翼结构：利用旋转弹带设计使弹丸在膛内产生微旋，弹丸出炮口时，在离心力作用下使尾翼张开涡轮张开式尾翼结构：无座力炮在发射时，火药气体一面推动弹丸前进，一面向后喷流，并作用在弹丸尾杆的涡轮上，使弹丸产生旋转。弹丸出炮口后，尾翼在离心力的作用下张开。火药气体直接作用张开式尾翼结构：尾翼装置上部有一挡板，挡板上开有直槽，使尾翼插入其间。挡板与弹底之间形成一个高压室，在膛内时，高压火药气体贮在气室内，弹丸出炮后效火药气体冲向挡板被反射，反射气流进一步使尾翼加速张开。尾翼一旦张开便在空气阻力作用下完全打开。杆形头部尾翼弹杆形头部作用：产生锥形激波和锥形分离区减小法向力，使阻心后推优点：结构简单、头部阻力虽比流线型头部的略大，但飞行稳定性好，精度高，还要减轻头部无用质量。杆形头部也可装弹头引信，以保证破甲弹的有利炸高，特别适用于高初速的破甲弹结构设计。次口径脱壳尾翼弹弹托作用：在膛内对飞行部分起定心导引作用，并传递火药燃气压力和火炮膛线对弹丸的导转侧力，使飞行部分获得高初速和一定炮口转速弹丸出炮口后弹托立即脱离飞行部分，使飞行部分具有良好的起始外弹道性能。弹带装在弹托上，以密封弹膛间隙，防止火药气体泄露。弹托类型：窄环形弹托、马鞍形弹托、双锥形弹托、混合型弹托第五章弹丸发射受载与膛内运动弹丸发射安全性，是指各零件在膛内运动中都能保证足够的强度，不发生超过允许的变形；炸药、火工品等零件不会引起自燃、爆轰等现象，使弹丸发射时处于安全状态。弹丸运动正确性，即要有良好的运动姿态，这对射击精度非常重要。要求：弹丸的导引部设计的较为合理，即弹炮间隙、弹带尺寸形状、定心部尺寸等都比较合理，使弹丸在膛内运行较精确，出炮口瞬间初始偏量较小。弹丸及其零件发射时在膛内所受到的载荷主要有：火药气体压力惯性力分类：轴向惯性力：,式中，mn为n-n断面以上部分的弹丸质量径向惯性力：切向惯性力：惯性力发射过程中随时间变化的曲线见书104页惯性力对弹体变形的影响：对于一般旋转式榴弹，在轴向惯性力与火药气体压力综合作用下，使整个弹体均产生轴向压缩变形；切向惯性力作用使弹丸产生轴向扭转变形。但对某些尾翼炮弹(如迫击炮弹，无座力弹)，在轴向惯性力与火药气体压力的综合作用下，不一定会使整个弹体轴向都产生压缩变形装填物压力：轴向惯性力引起的+径向惯性力引起的(可忽略)弹带压力变化规律：弹带刚嵌入膛线时，弹带压力随之产生并迅速上升，至弹带完全嵌入完毕而达到最大；但随着膛压升高，弹带压力下降，在最大膛压时，弹带压力将减至最小；之后，弹带压力或缓慢上升、或缓慢下降，最后趋于稳定。不均衡力不均衡因素：弹丸质量不均性旋转轴与弹轴不重合火药气体合力偏斜炮管弯曲与振动不均衡力对弹丸发射强度影响不大，但对弹丸膛内运动、弹丸出炮口的初始姿态影响较大，并最终影响弹丸射击精度。导转侧力摩擦力产生膛线印痕的主要原因包括：弹丸质量偏心较大，产生的不均衡力较大，使弹丸一侧压紧在膛壁上；弹带相对于弹丸轴线有倾斜，装填时弹丸产生偏斜；弹丸发射时，上定心部产生膨胀变形，如果膨胀变形过大，超过弹炮间隙，将产生整个圆周上膛线印痕。侧方速度由于弹丸上定心部与炮膛壁之间存在间隙，以及弹丸质心不通过其旋转轴，在这种情况下，弹丸质心在膛内的运动轨迹不再是一根理想的直线，而是一条螺旋线。因此，弹丸出炮口时，其质心因旋转产生侧方分速度称为第一侧方速度。当弹丸定心部飞出炮口时，上定心部处不均衡力不再为膛壁所抵消。在弹丸继续向前运动时，此力将使弹丸在子午面绕弹带中心回转。这种回转致使弹丸质心产生第二侧方速度。迫击炮弹下滑运动的目的：在于保证迫弹有足够的下滑速度，以保证发火能量。弹炮间隙对迫击炮弹膛内运动的影响：下滑运动：△增大，膛内气体容易排出，加速度较大；当△足够大时，甚至不出现等速度运动；△减小，膛内气体不容易泄出，气体受压缩后，下滑运动出现较明显的振动现象膛内摆动运动：△过大，弹丸摆动过大，出炮口有很大的侧方速度，影响射击精度。迫击炮弹弹炮间隙确定：满足发火可靠性的最小间隙△1满足一定射速的最小间隙△2满足摆动要求的最大间隙△3最有利间隙应大于△1和△2，但同时小于△3；当上述条件不能同时满足时，首先满足△1条件，因为这是保证迫弹发火的必要条件。膛内摆动原因：火药气体不均匀外泄火药气体压力作用不过质心，以及质心不在对称轴上等原因，产生使迫弹朝某固定方向摆动的力矩。第六章弹丸发射安全性三向主应力圆柱形弹体：轴向应力、径向应力和切向应力带有卵形弹尾部的迫击炮弹、无座力炮弹等：弹头部与圆柱部与上述一致，弹尾部：径向应力、子午应力、纬度应力受力与变形存在的三个危险临界状态线膛炮：Ⅰ(弹带压力最大时刻)、Ⅱ(膛压最大时刻)、Ⅲ(出炮口时弹丸速度最大时刻)滑膛炮(不存在弹带)：Ⅱ、Ⅲ第一临界状态：弹带嵌入完毕，弹带压力最大时刻。特点：火药气体压力及弹上所受其他载荷都很小。变形：整个弹体其他区域的应力和变形也都很小，唯弹带区受较大径向压力，达到弹性或弹塑性变形。第二临界状态：最大膛压时刻。特点：火药气体压力、弹丸加速度以及由加速度引起的惯性力均达到最大。这时弹体各部分变形也达到最大。线膛榴弹变形情况：弹头部和圆柱部在轴向惯性力作用下产生径向膨胀变形，轴向墩粗变形；弹带区与弹尾部在弹带压力与火药气体压力作用下，发生径向压缩变形；弹底部在弹底火药气体作用下，产生弯凹变形。在这些变形中弹尾部与弹底变形最大，甚至达到弹塑性变形。尾翼弹变形情况：弹头部发生径向膨胀，弹尾部发生径向压缩变形，在弹尾部与圆柱部交界处变形较大，可能达到弹塑性变形第三临界状态：出炮口时刻特点：弹丸旋转角速度达到最大，与角速度有关载荷达到最大，但与火药气体压力有关的载荷均迅速减小，弹体变形也相应减小。变形情况：大部分载荷突然卸载，使弹体材料因弹性恢复而产生振动，并引起拉伸应力和压缩应力的相互交替作用。因此，对于某些抗拉强度远低于抗压强度的脆性材料，还必须考虑因突然卸载而产生的拉伸应力对弹体的影响。弹体发射强度计算两类标准：应力校核：按不同强度理论计算弹体各断面的相当应力，然后与弹体材料的许用应力进行比较。变形校核：按不同理论或经验公式计算某些断面上的变形和参与变形，然后与战术要求的变形进行比较。布林克法基本原理：弹体简化为无限长厚壁圆筒，并将弹体分成若干个断面，计算每个断面内表面处三向主应力，采用第二强度理论校核弹体内表面的强度。优点：计算简单，对弹带区以前的弹体强度计算与实际基本相符，因此目前仍被广泛采用。缺点：简化模型与弹尾部相差较大，弹尾部计算误差较大。此外，也没有考虑弹体材料的塑性变形，用材料屈服极限来限制应力，要求太苛刻。弹底强度计算主要从弯曲强度校核的角度来考虑第七章弹丸飞行稳定性设计飞行稳定性定义：弹丸飞行时其弹轴不过于偏离弹道切线的性能。旋转弹丸的飞行稳定性急螺稳定性特点:用来衡量弹丸在直线段的飞行稳定性，通过弹丸绕自身轴线高速旋转，从而克服翻转力矩的不利作用。表征系数及其条件：稳定系数条件：σ>0且为实数追随稳定性特点：用来衡量弹丸在曲线段的飞行稳定性，指的是弹丸跟随弹道切线以同样角速度向下转动的特性；在弹道顶点处由于气动力矩小于弹道曲率大，弹道追随稳定性最差表征系数及其条件：动态平衡角,条件：弹道顶点处δps<[δp]动态稳定性特点：表示全弹道上的章动逐渐衰减表征系数及其条件：动态稳定因子Sd,条件：1/S<1-Sd2尾翼弹丸飞行稳定特点：主要是借助尾翼产生的升力使弹丸的阻力中心移至弹丸质心之后，因此，气动力对弹丸产生的力矩，是一个迫使弹丸攻角不断减小的稳定力矩，一旦弹丸出现由攻角产生的扰动时，就将阻止攻角的进一步增大，并使弹丸绕弹道切线作往返摆动。同时也应满足追随稳定性，甚至是动态稳定性。重要参数：稳定储备量(弹丸阻力中心与质心位置的相对距离)改善迫击炮弹的飞行稳定性：在不削弱威力和不引起射程显著下降条件下，主要通过对稳定装置的修改达到稳定性要求。先加长稳定杆长度(仅引起空气阻力中心后移，不会导致阻力增大)；未达标，再增加尾翼片数目(升力显著增加，正面阻力有所增加)；还不行，增加尾翼片宽度(正面阻力显著增大，射程下降)第八章弹丸威力设计爆破榴弹威力：内爆炸装药质量和能量(装药当量)越高，爆破威力越大。杀伤榴弹威力设计参数及影响(考的可能性比第九章的小)破片参数对杀伤面积的影响：破片数、初速增加，杀伤面积增大破片形状系数H越大，杀伤面积越大弹体金属材料对破片性能影响：随着材料塑性增加，弹丸破碎性变差，破片数减少，重量分布不均，破片平均重量偏大，但破片速度有所增大。炸药性能和质量对破片影响炸药威力越大，质量越多，爆速和比冲量越大，进而破片愈碎，数愈多，飞散速度愈大。传爆系列对破片的影响轴向爆轰相比幅向爆轰，破片破碎率高，稍微提高飞散速度。起爆药柱威力变大，破片变小，数目增大，速度提高。采用空心凹陷传爆药，能增大破片的破碎性，提高飞散速度，减小飞散角。弹丸口径和弹壳几何形状弹丸口径增大，破片数增多，平均质量增大，单位质量内破片数减小弹壁薄，破片越小；弹壁厚，破片越大；弹壁各处厚薄不均，破片大小不均；突变过度促使弹体在该处破裂。第九章破甲威力设计设计参数对破甲威力的影响(相对于第八章为重点)装药种类与形状炸药密度和爆速大的炸药，药形罩变形速度和射流速度高。带隔板装药结构，主要密度可尽量大些，副药柱密度不宜过大，应与引信起爆能量相匹配。易于起爆，使副主药柱迅速达到爆轰，以保证破甲威力稳定性。药柱直径增加，破甲深度和孔径线性增加。药柱长度增加，破甲