火炮内弹道设计

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高膛压火炮内弹道仿真研究

高膛压火炮内弹道仿真研究


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研究工作 , 下面以某 口径火炮为例进行计算 。
2 . 1 数据 准备
3 试 验 验 证
某 口径 火 炮 的弹 道试 验 数 据 如 表 2所 示 。 表 中
装填条件: 所 装 发 射 药 为 粒 状 药 。P = 1 . 6×
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火炮与火箭装药内弹道原理教材

火炮与火箭装药内弹道原理教材

火炮与火箭装药内弹道原理教材
以下是关于火炮和火箭装药内弹道原理的一些教材参考:
1. 《火炮与火箭内弹道原理》(作者:张宜明、熊涛):本书围绕火炮和火箭武器的内弹道性能分析和设计原理展开,涵盖了内弹道的基本理论、火炮炮口参数设计、枪身内弹道、装药内弹道等内容,理论与实践相结合,适合作为专业技术人员的参考书。

2. 《火箭发动机装药与内弹道推进技术》(作者:马显根):本书讲述了火箭发动机装药与内弹道推进技术的基础理论、计算方法和工程实践,包括装药物性参数、排除系统、传统推进系统和先进推进系统等内容,并通过实例分析介绍了具体的设计与应用案例。

3. 《军事装备学》(作者:王炳华、陈兆锋、赵涛):本教材是根据军事装备学的课程编写,其中包含了火炮和火箭装药内弹道原理的基础知识,涵盖了装药燃烧原理、弹道和空气动力学、弹表面应力等内容,适合初学者入门学习。

此外,还可以参考相关科学论文、专业期刊和军事工程类图书,以获取更深入的了解和研究。

第2章内弹道部分-part3弹丸在膛内的运动及内弹道方程组建立

第2章内弹道部分-part3弹丸在膛内的运动及内弹道方程组建立

a) 燃气生成速率(质量方程)燃气质量变化规律
(
燃气生成方程(几何燃烧定律)
Z (1 Z Z 2 )
燃烧速度方程
( 1)
(

d r u1 p n Z / 0 dt
dZ u1 p n dt 0
dZ 1 d dt 0 dt
dZ 1 d ) dt 0 dt
( b)
( a)
内弹道部分
§4 内弹道的解法
内弹道方程组的建立
综合分析射击过程中膛内发生的各种物理-化学变化
与各种现象,涉及燃气压力、温度及弹丸初速等弹道量的 变化规律,寻找各量间的关系,建立内弹道数学模型。 内弹道方程组:体现膛内主要过程的方程
( 内弹道过程变质量变容积的热力学过程)
三大守恒定律,状态方程(燃气)联立
考虑到
Fr ,则有 <<1 Spb Spb ( 1
1
Fr dv )m Spb dt
则有
Spb 1 m dv dt
1 称为阻力系数, 这就是内弹道学中的弹丸运动方程。
它是考虑摩擦及弹丸转动等因素所引进的系数。
内弹道部分---- 弹丸在膛内的运动
弹丸运动方程 在内弹道循环中,火药燃气所作的各种功的总和与弹
内弹道部分---- 弹丸内弹道的解法
内弹道方程组的建立 经典内弹道模型的基本假设: 火药燃烧服从几何燃烧定律; 膛内气流运动遵循拉格朗日假设,且设药粒压力在平均 压力下燃烧,遵循燃烧速度定律。 内膛表面热散失用减小火药力f或增加比热比K的方法 间接修正。 1 内弹道过程所完成的总机械功与 2 mv 2 成正比。 弹带挤进膛线是瞬时完成,以一定的挤进压力p0标志弹 丸的起动条件。 火药燃气服从诺贝尔一阿贝尔状态方程。 火药燃烧生成物的成分不变,与成分有关的特征量均为 常量; 弹带挤进膛线后,密闭良好,不存在漏气现象。

内弹道课程设计报告

内弹道课程设计报告

内弹道课程设计报告题目:152mm榴弹炮内弹道设计1、设计目的榴弹炮作为最早登场的陆军武器之一,历经了几百年沧桑。

随着科学技术的不断发展,不断采用新原理、新能源、新技术和新材料加以改进,已经形成了独特的优势。

现代化的牵引式榴弹炮已经不是技术落后兵器。

所以我们要设计出优良的榴弹炮。

对152榴弹炮进行设计,通过设计研究明确身管设计方法和思路,对其中存在的问题和不足进行优化设计,从而提高该火炮的战术技术性能。

2、设计要求已知条件(1)口径 152mm(2)炮膛横断面积 s=1.905dm2(3)弹重45.5kg(4)药室扩大系数 1.05(5)全装药最大压力Pm〈3200kg/cm2(铜柱压力)(6)最小号装药最大压力Pm>=900kg/cm2(7)采用双芳-3火药,火药力为950000kg.dm/kg,Ik=2408kg.s/dm2初速分级如下表所示:表一装药号初速(m/s)全965一803二680三592四510五443设计要求(1)对152进行弹道设计 (2)对设计方案进行正面计算(3)进行装药设计(含点火药量、除铜剂等的设计计算)(选做)3、设计步骤(1)取定装填密度和相对装药量;我们小组取∆=0.28至0.85,m ω取0.25至0.8 (2)取次要功系数ϕ,mK ωλϕ2+=。

对于榴弹炮K=1.06,将铜柱压力转化为实际压力;铜实m m P P *12.1= (3.1)ggk∧+∧+=11312χλ (3.2)(3)根据取定的m P 、∆、mω,在弹道设计表中查出相应的相对行程g ∧;(4)计算ω和o V ; m m*ωω=(3.3)V 0=ω/Δ (3.4) (5)求解g l ,g V : SV l oo =,其中201905.0m S = (3.5) og og g V V l l ==∧ (3.6)(6)根据选定的K χ=1.5,求解炮膛诸元求解药室长度kov l l oχ=(3.7)炮膛全长ov g nt l l L += (3.8) 炮身全长c v g sh l l l L o++= (3.9)其中c l 是炮闩长度,一般0.2~5.1=dl c(7)根据已知的m P 、∆、mω,在弹道设计表中查出相对应的B ,由公式 2SmBf I K ϕω=(3.10) 求得Ik ,进而求得火药弧厚。

火炮内弹道求解与计算

火炮内弹道求解与计算

火炮内弹道求解与计算
火炮内弹道是指火炮射击时炮弹在火炮内的运动轨迹。

要解决火炮内弹道问题,需要考虑炮弹在炮管内的运动特性,以及发射药燃烧产生的气体对炮弹的推动力。

本文将从炮弹的运动方程入手,分析火炮内弹道的解法并进行计算。

炮弹的运动方程可以表示为:
ma = F - mg - fd - fL
其中m是炮弹的质量,a是炮弹在炮管内的加速度,F是发射药燃烧产生的推动力,g是重力加速度,fd是炮弹在炮管内受到的阻力,fL是炮弹在炮管内受到的气体偏转力。

在火炮运动方程中,炮弹在炮管内的加速度a是常量,可以通过测量炮弹的初速度和射程得到。

炮弹的初速度可以通过实验或者计算得到。

发射药燃烧产生的推动力F可以通过推进药的燃烧速率和燃烧产物的排放速度进行计算。

通过实验或者模拟可以得到推进药的燃烧速率和燃烧产物的排放速度。

炮弹在炮管内受到的阻力fd可以通过火炮内管壁的摩擦力和火药燃烧产生的气体对炮弹的阻力进行计算。

火炮内管壁的摩擦力可以由实验和数学模型得到。

火药燃烧产生的气体对炮弹的阻力可以通过实验和气体动力学模型计算。

炮弹在炮管内受到的气体偏转力fL可以通过气体对炮弹的作用力和炮弹的偏转角度进行计算。

气体对炮弹的作用力可以由实验和气体动力学模型得到。

炮弹的偏转角度可以由实验或者数学模型计算。

通过解决火炮内弹道问题,可以得到炮弹的运动轨迹和射程。

在实际应用中,可以通过对火炮内弹道进行数值模拟和优化计算,提高火炮的射击精度和射程。

内弹道设计

内弹道设计

1. 内弹道设计1.1 已知条件(1)口径 152mm(2)炮膛断面积 s=1.905dm 2(3)弹丸质量(kg )51kg (4)药室扩大系数 1.05(5)全装药 Pm (膛底铜柱压力,kg/cm 2) 3400 (6)对应最小号装药Pm (膛底铜柱压力,kg/cm 2)950(7)采用双芳-3火药,火药力f =950000kg.dm/kg ,压力全冲量 I k =2408kg.s/dm21.2 设计要求进行152mm 榴弹炮内弹道设计,要求初速达到V 965/g m s =,全装药压力小于给定压力。

设计炮膛构造诸元,火药参数,并进行正面计算。

1.3 设计过程简述(1)取定装填密度和相对装药量;本组选择数据范围为:0.6~0.9∆=,0.25~0.6mω=(2)取次要功计算系数1 1.02ϕ=,将指标铜柱压力转化平均最高压力;11(1)=1.12(1)33d d P P P m mωωϕϕ=++电测铜柱 (3)根据选定的∆,m p 计算出有弹道设计表中查出相应的gΛ;(4)计算ω及0W ;(5)求解g l 和g W ;2000g g s g l W W l S d Sl W η==Λ==(6)根据选定的 1.05k χ=,求解炮膛结构诸元;求药室长度kw l l χ00=0W q qωωω==•∆炮膛全长 0w g nt l l L +=炮身全长cw g sh l l l L ++=0cl 为炮闩长=(1.5~2)d(7)根据已知的∆,m p 查弹道设计表求出B,由下式计算出压力全冲量k I =,进而可求出火药的厚度(8)选取火药型号,进行适当修约规整后,进行正面计算,检验设计准确与否。

2.方案评价标准内弹道设计,有诸多评价标准,利用评价标准,我们可以判断方案的优劣。

2.1火药能量利用效率标准火炮的能源都是利用火药燃烧后释放出的热能,因此,火药能量能不能得到充分利用,就应当作为评价武器性能的一个很重要的标准。

基于熵权的火炮内弹道优化设计

基于熵权的火炮内弹道优化设计

weg tn t o a r b tvt . To tk c o n ft eme h d ih a er s e tv l a e n i h ig me h d h smo eo j cii e y a ea c u to h t o swhc r e p ciey b s d o
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火炮膛线设计

火炮膛线设计

火炮膛线设计摘要:1.火炮膛线设计的重要性2.膛线设计的基本原理3.膛线设计的发展历程4.现代膛线设计的特点和应用正文:火炮膛线设计在现代军事科技领域中具有极高的重要性。

膛线是火炮炮管内壁上的螺旋形凹槽,它的设计直接影响到火炮的射击精度、射程和威力。

因此,深入了解膛线设计的基本原理、发展历程以及现代膛线设计的特点和应用具有重要意义。

膛线设计的基本原理是利用膛线与弹头之间的摩擦力来提高弹头的旋转速度,从而提高射击精度。

在火炮发射过程中,弹头在膛线槽内运动,膛线与弹头之间的摩擦力使弹头产生旋转,这种旋转能够稳定弹头的飞行轨迹,提高射击精度。

膛线设计的关键是在保证弹头旋转速度的同时,尽量减小膛线与弹头之间的摩擦,以降低弹头的磨损和发热。

膛线设计的发展历程可以追溯到19 世纪初。

当时,随着火炮技术的发展,人们开始研究如何提高火炮的射击精度。

膛线设计应运而生,经历了从简单的单线膛到复杂的多线膛的发展过程。

随着科技的进步,现代膛线设计已经取得了很大的突破,比如采用电脑模拟和精密加工技术,使膛线设计更加精确和合理。

现代膛线设计具有以下特点和应用:1.多线膛设计:现代火炮普遍采用多线膛设计,以提高弹头的旋转速度和射击精度。

多线膛设计要求膛线之间要保持一定的间距和角度,以保证弹头的稳定旋转。

2.精确加工:现代膛线设计采用先进的电脑模拟和精密加工技术,使膛线更加精确、光滑,减小膛线与弹头之间的摩擦,提高射击精度。

3.适应不同弹药:现代膛线设计要考虑到不同种类弹药的性能特点,进行优化设计,以保证各种弹药的射击效果。

总之,火炮膛线设计在现代军事科技领域具有举足轻重的地位。

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火炮内弹道设计1 绪论内弹道(internal ballistics)是弹道的一部分,内弹道研究弹丸从点火到离开发射器身管的行为。

内弹道学研究对各种身管武器都有重要意义。

击发方法:任何类型的身管武器第一步需要击发火药。

最早的枪支、大炮由一个一端密封的金属管组成。

1.1 内弹道学研究对象内弹道学是研究发射过程中枪炮膛内及火箭发动机内的火药燃烧、物质流动、能量转换、弹体运动和其它有关现象及其规律的弹道学分支学科。

燃烧的发射药产生具有很高压力的气体,使弹丸加速穿过炮膛,直到以预定初速离开炮口。

初速是具有一定质量和形状的弹丸最终要达到的整个射程的基础。

在设计火炮时必须进行计算以保证最正常、最有效地产生所需要的初速。

发射装药产生的能量用于完成好几种工作。

大部分能量用于赋予弹丸速度。

能量还消耗在做下述功上:使弹丸旋转,克服弹丸与膛壁之间的摩擦力,使发射药和发射药气体在膛内运动以及使火炮后坐部分后坐。

有些能量还以热能的形式损失在身管、炮尾、弹丸和药筒(如果使用药筒的话)上。

发射过程都是从点火开始,通过机械击发、电热或其他方式将点火药点燃,所产生的高温气体及灼热粒子再点燃火药装药,迅即扩展到整个装药表面,并同时沿着药粒厚度向内层燃烧。

燃烧进行在一个封闭的空间中,这个空间前由弹丸的弹带封闭,后有火炮所采用的紧塞装置封闭,紧塞装置用于防止火药气体从后面逸出。

在发射药气体的压力达到能使弹丸运动的程度之前,发射药的燃烧速度与膛压增加的速度是成正比例的。

所谓“弹丸启动压力”就是指使弹丸开始向前运动的压力。

当弹丸沿身管向前运动时,供发射药气体占用的空间增大,因此膛压的增加速度减小。

当空间增加所导致的压力的增加相等时,膛压达到最大值。

自此以后膛压开始下降,同时弹丸却在继续加速,甚至在发射药全部燃尽后弹丸仍在继续加速,只是加速度逐渐减小,弹丸一出炮口即变为减速。

下图说明膛内压力、弹丸膛内行程和弹丸速度间的关系。

内弹道学的研究对象,主要是有关点火药和火药的热化学性质,点火和火药燃烧的机理及规律;有关枪炮膛内火药燃气与固体药粒的混合流动现象,有关弹带嵌进膛线的受力变形现象,弹丸和枪炮身的运动现象;有关能量转换、传递的热力学现象和火药燃气与膛壁之间的热传导现象等。

弹丸在膛内的运动大约要消耗掉发射药产生的能量的25-35%。

其余的能量都在弹丸离开炮口后排入大气。

通过增加身管长度以延长发射药气体作用于弹丸时间的方法,还有可能使弹丸初速增加。

只是用这种方法增加初速也有其缺点,因为在身管增长超过一定限度后所增加的初速与所带来的缺点相权衡,是得不偿失的。

从发射药燃尽点开始,弹丸速度的增加是越来越平缓的。

1.2 内弹道学研究意义内弹道学主要从理论和实验上对膛内的各种现象进行研究和分析,揭示发射过程中所存在的各种规律和影响规律的各有关因素;应用已知规律提出合理的内弹道的方案,为武器的设计和发展提供理论依据;有效地利用能源及探索新的发射方式等。

利用所掌握的内弹道规律,改进现有的发射武器和设计出新型的发射武器,这是内弹道设计的研究内容。

它是以内弹道方程组为基础的,例如根据战术技术要求所给定的火炮口径,及外弹道设计所给出的初速、弹重等主要起始数据,解出合适的炮膛结构数据、装填条件,以及相应的压力和速度变化规律。

在内弹道设计方案确定之后,方案的数据就是进一步进行炮身、炮架、药筒、弹丸、引信及发动机等部件设计的基本依据。

因此,发射武器的性能在很大程度上决定于内弹道设计方案的优化程度。

火药是最常用的主要能源。

早在无烟药开始应用时对于成形药粒的燃烧,就采用了全面着火、平行层燃烧的假设,并以单一药粒的燃烧规律代表整个装药的燃烧规律,称为几何燃烧定律。

它是内弹道学的一个重要理论基础。

长期以来,应用这个定律指导改进火药的燃烧条件,控制压力变化规律,以达到提高初速和改善弹道性能的目的。

在火炮设计中发射药在膛内的燃尽位置很重要。

如果燃尽位置在膛内过于靠前,则很可能会增加耀眼的炮口焰,从而增加被敌人发现的可能性。

如果燃尽位置在炮口外,则炮闩在发射药全部燃尽前有被打开的危险。

在设计火炮及其装药系统时,必须非常注意这种可能性,特别是对发射后自动开闩的火炮。

使燃尽位置适当靠后还有其他一些理由,其中比较重要的是,这样做能减小各发弹之间的初速差异。

很明显,发射药在膛内的燃尽点还会影响应力对身管的作用位置和大小。

只要考虑到即使是一门105毫米野战炮要以每秒几百米的速度把弹丸推出炮口,其膛压也会大大超过20吨/平方英寸,这就很易理解应对身管应力问题给予极大重视的道理了。

1.3 内弹道过程1.3.1 前期指击发底火后发射药被引燃,到弹带全部挤进膛线时的瞬间。

击发底火点燃发射药,发射药迅速燃烧形成膛内压力P 其被成为点火压力,一般2MPa-5MPa 发射药引燃后随膛内压力增加弹带产生塑性变形挤入膛线当弹带全部挤入膛线时阻力最大继续向前运动弹带产生塑性变形后阻力下降,最大阻力对应的膛压为“挤进压力”。

在内弹道学中设膛压达到挤进压力时弹丸才开始运动所以常将挤进压力成为“启动压力”火炮中挤进压力为25 MPa-40MPa枪械中为40MPa-50MPa。

特点是发射药在定容条件下燃烧,认为弹丸并未运动,实际上因为弹带有一定宽度当其全部嵌入膛线时有很小的位移。

前期发射药燃烧量大约为全部发射药的百分之五。

1.3.2 第一时期是指从弹带嵌入膛线到发射药全部燃完的瞬间。

不断增加的火药燃气增加膛压,弹丸后不断增大的空间、温度的降低使膛压下降,但燃气量上升渐被膛压下降所抵消,当对膛压影响的两个相反因素相当时出现一个相对平衡的瞬间,此时的膛压称谓最大膛压,最大膛压出现在身管的火炮口径倍数为2到7倍时,此后弹丸速度随压力做功而增加,弹完后空间增大,燃气密度相对减小。

现代火炮中一般为250MPa-350MPa。

1.3.3 第二时期是指从发射药燃完到弹丸底飞离身管口断面为止。

从前期到第二时期结束统称为膛内时期,现代火炮膛内时间一般小于0.01s在极短的时间要使速度从0增值炮口速度其加速度是很大的。

1.3.4 后效时期是指弹丸底飞离膛口断面到火药燃气压力使膛口保持临界断面(即膛口气流速度等于该面当地声音)的限值为止。

后效时期开始燃气从炮口喷出,燃气速度大于弹丸速度,继续作用于弹丸底部推动弹丸加速前进直到火药燃气对弹丸的推力和空气的阻力相平衡时为止炮口前速度增至最大值,随后燃气向四周扩散压力大幅下降,降至0.18MPa 时为止。

1.4 内弹道基本规律和内弹道解法上述各种现象既是同时发生而又相互影响,它们之间的关系是通过火药燃气的温度、压力及弹丸速度等各种量的变化规律来表达的。

因此,研究并掌握这些规律就成为内弹道学的一个基本问题。

通常是根据对各主要现象的物理实质的认识,分别建立描述过程变化的质量、动量、能量守恒方程及气体状态方程,再结合枪炮的特点,将各相应的方程组成内弹道方程组,对方程组求解的数学过程即称为内弹道解法。

它可以根据给定发射武器的结构数据及装填条件,解出压力和速度的变化规律,为武器的改进提供依据。

1.5 内弹道发展过程内弹道学的理论基础是在19世纪20~30年代才开始建立起来的。

最先进行研究的是意大利数学家拉格朗日,他在1793年对膛内气流现象作出气流速度沿轴向按线性分布的假设,从而确定出膛底压力与弹底压力之间的近似关系;1664年,雷萨尔应用热力学第一定律建立了内弹道能量方程;1866~1915年,英国物理学家、枪炮专家诺布耳和英国化学家、爆炸专家艾贝尔根据密闭爆发器的试验,确定出火药燃气的状态方程。

19世纪末法国科学家维埃耶总结了前人研究黑火药燃烧的成果,及无烟火药的平行层燃烧的现象,建立了几何燃烧定律的假设。

在此假设基础上采用了相应的火药形状函数来描述燃气生成规律,并用实验方法确定出燃速函数。

根据这些理论基础已能建立用于进行弹道解的数学模型,从而在理论和实践上,形成了以几何燃烧定律和定常流假设为基础的内弹道学术体系。

在近一个世纪的实践中,这种内弹道体系在武器的设计和弹道实践中一直起着主要的指导作用。

20世纪20年代以后,随着气体动力学的发展,以及射弹向高初速方向发展的需要,膛内物质流动现象已成为基础理论研究的主要对象,并逐渐形成了新的学术领域。

其基本内容就是应用气动力学原理来描述内弹道过程,建立内弹道偏微分方程组的数学模型,求解方程组即得到非定常流的弹道解。

最早研究此问题的是英国地球物理学家洛夫和数学家皮达克。

他们作出火药瞬时燃烧的单一气相假定,建立了最简单的模型。

以后虽然还出现过较复杂的模型,但是限于计算的困难,除了理论意义之外,还不能用于弹道实践。

直到50年代以后,随着电子计算技术的发展,才使模型的不断完善和具体应用成为现实。

20世纪70年代还出现了建立在火药粒逐层燃烧条件下气固混合相的模型。

这种模型所给出的弹道解,基本上能够反映出膛内气流速度及压力的分布规律,从而有可能为膛内激波形成机理的研究,提供必要的理论依据。

虽然这方面的弹道实践,目前还处于积累经验的阶段,但就理论基础而言,已经发展成为以非定常流为基础的内弹道学术领域。

它同以拉格朗日假设为基础的传统内弹道学有着很大的差别,但是在实用上两者各有所长。

在实验内弹道学方面,由于内弹道过程具有高温、高压、高速及时间很短的特点,内弹道的测量技术也相应地有其特点,并已发展成为专门的领域。

最早出现的弹道测量是1740年英国数学家、军事工程师罗宾斯应用弹道摆法测量弹丸的初速。

19世纪60年代,布朗日发明了落体测时仪,大大地提高了测量初速的精度,诺布耳用铜柱测压法测量火炮的最大压力,并配合音叉测时法应用于密闭爆发器,进行压力随时间变化的测量。

这两种测量技术的发展,使内弹道学开始进入应用科学的领域,对整个武器的发展具有深远的意义。

但是应用铜柱法还不能准确和完整地测量膛内压力变化的规律。

20世纪30年代以后,又发展了测量膛内压力随时间变化的压电仪器。

这种仪器的应用,使内弹道理论和相应的数学模型得到了客观的检验。

50年代以后,随着电子技术和计算技术的发展,广泛使用了数据自动处理的测速和测压仪器,测量炮身温度分布的热电偶,测量膛内弹丸位移随时间变化的微波和激光干涉仪,以及测量膛口弹丸运动姿态和流场变化的高速摄影仪等仪器。

在试验方法方面也趋于应用综合性多参数的弹道测量,以提供更多的数据。

现代两相流理论就是在多路压力曲线测量条件下发展起来的。

随着实验内弹道学的进一步发展,必将使内弹道学理论日趋完善。

1.6 本课题的任务与作用本课题为榴弹炮内弹道设计的软件包开发,本次榴弹炮内弹道设计软件包开发的的主要任务是根据内弹道设计的特点和要求,对内弹道设计进行软件包开发,要求能够根据内弹道初始条件进行能弹道设计,给出P−t, P−l,v−t,v−l四条曲线。

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