彈藥工程設計 王芳老師 複習重點

2022-10-14 23:03:05 字數 5450 閱讀 9900

3) 彈重選擇

第一種情況:火炮已定,要求為此炮配用新彈,所設計的彈丸內彈道條件必須適應該火炮的強度條件(炮管與炮身強度限制條件)

第二種情況:設計新炮和新彈:既要滿足戰術技術要求,又能使火炮具有良好的機動性。

4) 彈體材料、炸藥及引信選擇(除材料成本低,加工效能好,資源豐富等經濟性要求外,還應滿足彈丸威力要求、發射強度要求和各零部件特殊要求)

外形結構對彈丸威力、彈道效能、飛行穩定性的影響

1) 彈全長:彈丸愈長,空氣阻力翻轉力矩越大,彈壁越薄、強度不足,威力越大;

2) 彈頭部:彈頭部增長,空氣阻力係數明顯降低;當彈丸裝藥量及射程都有一定要求時,可採用直線和圓弧形的組合曲線(其他形狀:拋物線、橢圓)

3) 圓柱部:圓柱部越長,膛內導引效能越好,出炮口後章動小,飛行穩定性好,可以提高射擊精度;圓柱部縮短,空氣阻力減小,過短時,導引阻力增加,存在最有利圓柱部長度

4) 彈尾部:彈尾角增大,阻力係數先減小後增大;彈尾長增大,阻力係數先增大後減小。船尾角在6°~9°·較好,空氣阻力係數較小。彈丸速度很高時,彈尾形狀影響不大。

底凹彈的增程原理:增大彈底壓力,減小彈頭和彈尾的壓差,從而減小底阻

彈帶1) 作用:在彈丸發射時將其嵌入膛線,賦予彈丸一定的轉速,密封火藥氣體,保證彈丸在膛內的定位。

2) 彈帶數目及寬度:一方面,彈丸初速增大,要求轉速增大,則要提高彈帶強度,對應的要彈帶寬度增大;另一方面,增大彈帶寬度會增大彈帶壓力和彈壁撓度,影響彈帶頂部與炮彈壁之間的接觸,會產生飛邊,影響外彈道效能。所以,以兩條窄帶代替一條寬頻。

3) 強制量:考慮三個方面:

a) 保證彈丸在膛內運動時,緊塞火藥氣體,避免火藥氣體對炮膛的燒蝕。

b) 防止彈帶與彈體產生相對旋轉,使彈丸出炮口後有一定的轉速。

c) 強制量不能太大,否則會增大對坡膛處的磨損,影響火炮的壽命。

4) 彈帶形狀:前斜面、後斜面、環形溝槽

全膛遠端彈丸

1) 組成:彈體、定心塊、彈帶、閉氣環、底凹裝置、引信

2) 特點:

a) 彈體外形基本由弧形部構成,以減小迎面阻力;

b) 彈體大都無圓柱部,為在膛內定心,彈丸質心處固定有與彈軸成一定角度的流線型定心塊;

c) 彈帶位置靠近彈體底部,以減小彈帶壓力對彈體強度的影響。

定心塊的作用:保證彈丸在膛內正確運動

底排彈1) 增程原理:底部裝有專門的排氣裝置,其中的「排氣劑」在彈丸出炮口後或在膛內開始點火並放出氣體,氣體進入彈丸後部低壓區,增大了彈底壓力,從而減小底阻,增大射程。

2) 與火箭增程的區別:火箭增程是通過火箭發動機向後排出氣體並點燃,由於排出速度大,質量也不小,從而對火箭產生乙個反作用力,提供推力,同時也有減小底阻的效果。

3) 底牌裝置的組成及其功能:

a) 殼體:外形構成彈丸的船尾,底部有排氣孔,中間部分構成燃燒室,彈丸飛行時從燃燒室內排出氣體

b) 排氣藥柱:做成多塊扇形結構,以增大燃燒面積,並用阻燃材料包覆藥柱兩端及表面,使藥柱減面燃燒

c) 點火器:點燃排氣藥柱,以保證其正常燃燒,機械式還具有底部排氣裝置的密封作用。

4) 排氣孔面積規律:

a) 排氣孔面積太小,會使燃燒室內壓增加,導致藥柱燃燒速度增加和底部排氣效果不佳。(為避免這種情況出現,燃燒面積應該是遞減的,使排氣藥柱燃燒結束時,燃燒面積與排氣面積比例應不超過20:10)。

b) 排氣孔面積過大,由於燃燒室內壓力減小,燃燒速度小,燃燒室內外壓差小,從而無法保證足夠的排氣速率,甚至熄火。

c) 適當的比例範圍:15:1至45:1

迫擊炮彈

1) 結構特點:

a) 發射裝藥密度小,點火方式特殊

b) 火藥氣體洩出

c) 採用尾翼穩定方式

2) 迫擊炮彈的發射裝藥結構及其原因:

a) 迫擊炮彈的發射裝藥結構分成兩部分,一部分裝在以厚紙製成帶有底火的基本藥包內,並插在迫擊炮彈的尾管內;第二部分發射藥稱為輔助裝藥,質量較大,通常又分成數個藥包套在尾管上。

b) 原因:採用這種裝藥結構是為使炮彈發射時能夠可靠點火和均勻燃燒。

3) 彈炮間隙的影響:

正面:能使膛內被擠壓的氣體順利通過縫隙流出,且不會明顯影響下滑速度。

負面:火藥氣體洩出,使膛壓降低,初速下降,射程減小,同時還會使炮彈初速或然誤差增大;此外縫隙存在也影響炮彈膛內運動的定位作用,導致射擊精度降低。

解決辦法:多採用閉氣環結構,使炮彈下滑時有合理的縫隙,而當炮彈發射向前運動時,閉氣環擴張,消除縫隙,防止火藥氣體流出。

張開式尾翼彈

1) 主要效能特點:彈丸飛行中空氣阻力大,但穩定性好,射擊精度高

2) 設計特點:

a) 應確保尾翼在膛內呈合攏狀態,彈出炮口後,尾翼能迅速張開到位。

b) 對有炮口制退器的火炮,尾翼張開時不應碰**口制退器。

c) 彈丸在飛行過程中,尾翼張開狀態穩固。

3) 形式分類及張開原理:

a) 氣缸張開式尾翼結構:其彈底有一氣室或氣缸,其內的活塞上有小孔以進出氣體。平時活塞由剪下銷或緊塞圈固定,以阻止尾翼張開。

彈出炮口後,氣缸內壓力使活塞切斷或擠壓緊塞圈而向下運動到位,並帶動尾翼呈張開狀態。

b) 微旋張開式尾翼結構:利用旋轉彈帶設計使彈丸在膛內產生微旋,彈丸出炮口時,在離心力作用下使尾翼張開

c) 渦輪張開式尾翼結構:無座力炮在發射時,火藥氣體一面推動彈丸前進,一面向後噴流,並作用在彈丸尾桿的渦輪上,使彈丸產生旋轉。彈丸出炮口後,尾翼在離心力的作用下張開。

d) 火藥氣體直接作用張開式尾翼結構:尾翼裝置上部有一擋板,擋板上開有直槽,使尾翼插入其間。擋板與彈底之間形成乙個高壓室,在膛內時,高壓火藥氣體貯在氣室內,彈丸出炮後效火藥氣體衝向擋板被反射,反射氣流進一步使尾翼加速張開。

尾翼一旦張開便在空氣阻力作用下完全開啟。

杆形頭部尾翼彈

1) 杆形頭部作用:

a) 產生錐形激波和錐形分離區

b) 減小法向力,使阻心後推

2) 優點:

a) 結構簡單、頭部阻力雖比流線型頭部的略大,但飛行穩定性好,精度高,還要減輕頭部無用質量。

b) 杆形頭部也可裝彈頭引信,以保證破甲彈的有利炸高,特別適用於高初速的破甲彈結構設計。

次口徑脫殼尾翼彈

1. 彈託作用:

a) 在膛內對飛行部分起定心導引作用,並傳遞火藥燃氣壓力和火炮膛線對彈丸的導轉側力,使飛行部分獲得高初速和一定炮口轉速

b) 彈丸出炮口後彈託立即脫離飛行部分,使飛行部分具有良好的起始外彈道效能。

c) 彈帶裝在彈托上,以密封彈膛間隙,防止火藥氣體洩露。

2. 彈託型別:窄環形彈託、馬鞍形彈託、雙錐形彈託、混合型彈託

彈丸發射安全性,是指各零件在膛內運動中都能保證足夠的強度,不發生超過允許的變形;炸藥、火工品等零件不會引起自燃、爆轟等現象,使彈丸發射時處於安全狀態。

彈丸運動正確性,即要有良好的運動姿態,這對射擊精度非常重要。要求:彈丸的導引部設計的較為合理,即彈炮間隙、彈帶尺寸形狀、定心部尺寸等都比較合理,使彈丸在膛內執行較精確,出炮口瞬間初始偏量較小。

彈丸及其零件發射時在膛內所受到的載荷主要有:

1) 火藥氣體壓力

2) 慣性力

分類:a) 軸向慣性力:,式中,mn為n-n斷面以上部分的彈丸質量

b) 徑向慣性力:

c) 切向慣性力:

慣性力發射過程中隨時間變化的曲線見書104頁

慣性力對彈體變形的影響:對於一般旋轉式榴彈,在軸向慣性力與火藥氣體壓力綜合作用下,使整個彈體均產生軸向壓縮變形;切向慣性力作用使彈丸產生軸向扭轉變形。但對某些尾翼炮彈(如迫擊炮彈,無座力彈),在軸向慣性力與火藥氣體壓力的綜合作用下,不一定會使整個彈體軸向都產生壓縮變形

3) 裝填物壓力:軸向慣性力引起的+徑向慣性力引起的(可忽略)

4) 彈帶壓力

變化規律:彈帶剛嵌入膛線時,彈帶壓力隨之產生並迅速上公升,至彈帶完全嵌入完畢而達到最大;但隨著膛壓公升高,彈帶壓力下降,在最大膛壓時,彈帶壓力將減至最小;之後,彈帶壓力或緩慢上公升、或緩慢下降,最後趨於穩定。

5) 不均衡力

不均衡因素:

a) 彈丸質量不均性

b) 旋轉軸與彈軸不重合

c) 火藥氣體合力偏斜

d) 炮管彎曲與振動

不均衡力對彈丸發射強度影響不大,但對彈丸膛內運動、彈丸出炮口的初始姿態影響較大,並最終影響彈丸射擊精度。

6) 導轉側力

7) 摩擦力

產生膛線印痕的主要原因包括:

a) 彈丸質量偏心較大,產生的不均衡力較大,使彈丸一側壓緊在膛壁上;

b) 彈帶相對於彈丸軸線有傾斜,裝填時彈丸產生偏斜;

c) 彈丸發射時,上定心部產生膨脹變形,如果膨脹變形過大,超過彈炮間隙,將產生整個圓周上膛線印痕。

側方速度

a) 由於彈丸上定心部與炮膛壁之間存在間隙,以及彈丸質心不通過其旋轉軸,在這種情況下,彈丸質心在膛內的運動軌跡不再是一根理想的直線,而是一條螺旋線。因此,彈丸出炮口時,其質心因旋轉產生側方分速度稱為第一側方速度。

b) 當彈丸定心部飛出炮口時,上定心部處不均衡力不再為膛壁所抵消。在彈丸繼續向前運動時,此力將使彈丸在子午面繞彈帶中心迴轉。這種迴轉致使彈丸質心產生第二側方速度。

迫擊炮彈下滑運動的目的:在於保證迫彈有足夠的下滑速度,以保證發火能量。

彈炮間隙對迫擊炮彈膛內運動的影響:

下滑運動:

a) △增大,膛內氣體容易排出,加速度較大;

b) 當△足夠大時,甚至不出現等速度運動;

c) △減小,膛內氣體不容易洩出,氣體受壓縮後,下滑運動出現較明顯的振動現象

膛內擺動運動:

△過大,彈丸擺動過大,出炮口有很大的側方速度,影響射擊精度。

迫擊炮彈彈炮間隙確定:

a) 滿足發火可靠性的最小間隙△1

b) 滿足一定射速的最小間隙△2

c) 滿足擺動要求的最大間隙△3

最有利間隙應大於△1和△2,但同時小於△3;當上述條件不能同時滿足時,首先滿足△1條件,因為這是保證迫彈發火的必要條件。

膛內擺動原因:

a) 火藥氣體不均勻外洩

b) 火藥氣體壓力作用不過質心,以及質心不在對稱軸上等原因,產生使迫彈朝某固定方向擺動的力矩。

三向主應力

圓柱形彈體:軸向應力、徑向應力和切向應力

帶有卵形彈尾部的迫擊炮彈、無座力炮彈等:彈頭部與圓柱部與上述一致,彈尾部:徑向應力、子午應力、緯度應力

受力與變形存在的三個危險臨界狀態

線膛炮:ⅰ(彈帶壓力最大時刻)、ⅱ(膛壓最大時刻)、ⅲ(出炮口時彈丸速度最大時刻)

滑膛炮(不存在彈帶):ⅱ、ⅲ

1) 第一臨界狀態:彈帶嵌入完畢,彈帶壓力最大時刻。

a) 特點:火藥氣體壓力及彈上所受其他載荷都很小。

b) 變形:整個彈體其他區域的應力和變形也都很小,唯彈帶區受較大徑向壓力,達到彈性或彈塑性變形。

2) 第二臨界狀態:最大膛壓時刻。

a) 特點:火藥氣體壓力、彈丸加速度以及由加速度引起的慣性力均達到最大。這時彈體各部分變形也達到最大。

b) 線膛榴彈變形情況:彈頭部和圓柱部在軸向慣性力作用下產生徑向膨脹變形,軸向墩粗變形;彈帶區與彈尾部在彈帶壓力與火藥氣體壓力作用下,發生徑向壓縮變形;彈底部在彈底火藥氣體作用下,產生彎凹變形。在這些變形中彈尾部與彈底變形最大,甚至達到彈塑性變形。

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