弹道学课程设计

课程设计（论文）评语及成绩评定综合课程设计（B2）任务书一、设计题目：100mm加农炮杀伤爆破弹空气动力特性分析和弹道计算二、已知条件： 1 结构尺寸（见附图）2 弹丸直径D=100 ㎜3 弹丸初速v0= 900 m/s；弹丸总长度L=560 ㎜4 弹丸射角045θ=︒5 弹丸质量m =15.6 ㎏6 弹丸转动惯量比J y/J x=2.0354㎏㎡/0.2152㎏㎡=9.467 火炮缠度η=32(d)8 引信为海-时1引信，其外露长度为129 ㎜，质量为0.641㎏旋入弹体深度为29㎜，小端直径为8㎜；9 弹丸质心位置（距弹底）X=172 ㎜10弹体材料D60三、设计要求： 1 用AUTOCAD绘制弹体零件图和半备弹丸图2 对弹丸结构进行空气动力特性分析3 利用所学方法进行弹丸空气动力参数计算4 根据弹丸空气动力参数进行弹道计算5 进行弹道飞行稳定性计算6 总结分析计算结果7 撰写课程设计说明书前言本次课程设计主要是对100mm加农炮杀伤爆破弹的空气动力特性分析和弹道的计算。

是以《弹道学》和《空气动力学》为基础的综合课程设计。

是在学习课程之后对我们的知识的加深理解和检验。

《弹道学》是一门研究弹丸从发射到终点运动规律及其发生的现象的学科，全弹道可以分为：起始弹道、内弹道、中间弹道、外弹道和终点弹道。

内弹道是研究火药气体对弹丸作用的学科即是弹丸膛内运动规律；外弹道是研究空气对弹丸作用及其有关问题的学科。

都是为了达到远程压制、精确打击和大威力的目的。

《空气动力学》是研究物体和在空气之间有相对运动时，即物体在空气中运动或物体不动而空气流过物体时，空气的运动规律及作用力（空气内部的和空气对物体对空气的）所服从的规律。

可归纳为：弹丸飞行时，周围空气的相对运动规律；空气与弹丸相互作用下的力和力矩组；寻求改善作用弹丸上的空气动力，提高飞行稳定性。

空气动力学导源于流体力学，流体力学是物理学的一个分支,主要研究流体中的作用力及其运动规律。

空气动力学是航天航空重要的基础学科之一，是飞行器设计的先行官，是航天航空领域的重要专业之一。

它在学术研究内容是流体力学的一个分支，但是在航天航空的作用流体力学本身。

著名的空气动力学家吴镇远在他的1981年的学术论文说到，19世纪末开始预测作用在运动物体上的空气作用力和力矩将成为空气动力学的研究主题。

弹丸空气动力学与外弹道学的关系极为密切，外弹道学是讨论弹丸在空中飞行运动规律及其相关问题的科学。

外弹道学研究对象中所谓“弹丸在空中的运动”是指弹丸质心运动——旋转和摆动；所谓“相关问题”是指弹丸在空中运动时所形成的空气动力、弹丸飞行稳定性理论和外弹道学的重要应用——射表编制和弹道设计。

主要任务:“100㎜杀爆弹空气动力特性分析和弹道计算”就是应用《空气动力学》和《外弹道学》以及相关的弹道表的相关知识，结合弹丸结构参数分析空气动力特性、计算迎角为零时的空气动力，以及空气中的弹道计算和飞行稳定性计算。

学生签字: 寄小龙日期:2010年6月目录1 绘制弹丸零件图和半备弹丸图---------------------------------------------------------------12 弹丸结构空气动力特性分析------------------------------------------------------------------22.1弹丸结构参数的计算-----------------------------------------------------------------------22.2弹丸所受空气动力和力矩参数-----------------------------------------------------------33 迎角为零时弹丸空气动力参数计算---------------------------------------------------------63.1弹头部波阻系数的计算--------------------------------------------------------------------63.2弹尾部波阻系数的计算--------------------------------------------------------------------73.3弹体表面摩擦阻力系数--------------------------------------------------------------------83.4弹体底部阻力系数的计--------------------------------------------------------------------94 外弹道计算--------------------------------------------------------------------------------------105 弹丸飞行稳定性计算--------------------------------------------------------------------------125.1弹丸陀螺稳定性计算----------------------------------------------------------------------125.2弹丸追随稳定性计算----------------------------------------------------------------------136 结果分析-----------------------------------------------------------------------------------------167 结束语--------------------------------------------------------------------------------------------17 参考文献---------------------------------------------------------------------------------------------18 附图1附图2附图31绘制弹丸零件图和半备弹丸图据任务书所提供的弹体结构简图和尺寸，运用AutoCAD绘制100mm加农杀爆弹弹体结构图，（弹体图，半备弹丸图和弹丸零件图）标出相关尺寸，小的地方进行放大或者解剖，以便于识图和计算。

工作内容：1. 100㎜杀爆弹的半备弹丸图即是装配图。

（见附图一）2.100㎜杀爆弹弹体图。

（见附图二）3.弹体零件图（防潮帽）。

（见附图三）通过画图可以加深我们对弹丸的认识和理解，更了解弹丸具体结构。

比如：弹丸由三部分（弹头部、圆柱部和弹尾部)组成，弹头部有锥形、圆弧形和抛物线形；弹体有一定的比例，圆柱部在1～2d左右，弹带离弹尾大于d/4,弹尾锥角在9度等。

有些弹丸还具有稳定装置。

他这些都是为了达到减小阻力，加强稳定性和扩大装药量的综合利用。

也加深了我们对CAD软件的运用，加强我们对机械制图的运用。

更加熟练的进行利用标注样式管理器，创建尺寸标注样式，根据需要，创建标准标注、带尺寸公差标注、圆柱标注等。

为了快捷画图熟练利用镜像、复制、偏移等功能，会用些%%c、%%d、%%P 在CAD上表示直径、度数和正负号等。

对特殊的地方进行放大或者解剖，便于识图和计算等！这些任务安排在第一周完成！2对弹丸结构进行空气动力特性分析2.1弹丸结构参数的计算弹丸弹体形状可看成是由一条母线绕对称轴旋转而成的，这样的物体称为旋成体。

它一般由三部分组成：削尖的弹头部，延伸的圆柱部，收缩的弹尾部。

对于尾翼稳定的弹丸还要加上稳定装置（如尾翼），弹丸的各部分的外形结构、重量与质量的分布设计是否合理，对弹丸的弹道性能、气动力好坏和威力的大小有很大的影响。

头部的头顶角记为β0，一般不大于20°；在高速飞行时，头部越长，波阻越小，头部母线和圆柱部相割（而不是相切）有利。

圆柱部长度约为1～2d，圆柱部较长可以保证弹丸在膛内稳定和一定的装药空间而保证弹丸威力。

弹带离弹尾部距离要大于d/4，以避免附面层因弹带存在而和弹体分离，致使涡阻增大。

但是圆柱部增长，摩阻要增大。

为了减小尾部的波阻，采用截头锥形尾部，尾部收缩角记为βt，在6～9为好，一般小于10°。

弹体的长细比不一样，一般的旋成体长细比在4.5～6。

为分析方便，采用柱坐标系。

100mm杀爆弹的旋成体结构图如图2.1所示。

图2.1 旋成体结构图组成旋成体的几何参量如下：旋成体最大直径————D＝100 mm；旋成体底截面直径———D d＝87.9mm；弹头部长度——————L n＝314 mm；圆柱部长度——————L c＝211mm；弹尾部长度—————L t＝35mm；旋成体总长度————L B ＝560mm ； 弹头部头顶角————β0＝18.1°； 弹尾部收缩角————βt ＝9°； 除上述几何参量外，还有几个无量纲量： 旋成体长径比： B λ＝5.60 弹头部长径比： nn mL D λ=＝3.14 圆柱部长径比： cc mL D λ=＝2.11 弹尾部长径比： tt mL D λ=＝0.35 旋成体收缩比： d S ＝22d d m mS D S D ＝＝0.77262.2 空气动力和力矩参数弹丸在空气中飞行可以看成是以同样速度的气流流向弹丸，其间弹丸和空气之间的相互作用是一样的，弹丸和空气之间存在表面力的作用，表面力有两种：一种是垂直弹体表面的力（即是法向力），一种是切于弹体表面的力（即是摩擦力），重力引起的质量力和其他引力忽略不计，另外在底部发生流动分离。

形成一个底部低压区，这些分布力沿弹体表面积分得一个总空气动力向量，这个总的空气动力向量在气流方向和垂直于气流的方向的投影称为阻力和升力。

旋成体上所受的总空气动力R 总空气动力矩M 在各个坐标轴上的投影具有不同的名称。

见图2.2，在速度坐标系中：图2.2 坐标系X ——R 在ox 轴上投影,称为阻力； Y ——R 在oy 轴上投影,称为升力； Z ——R 在oz 轴上投影,称为侧向力； M x ——M 在ox 轴上投影,称为滚转力矩； M y ——M 在oy 轴上投影,称为偏航力矩； M z ——M 在oz 轴上投影,称为俯仰力矩。

计算空气动力时,经常采用它们的无量纲系数。

无量纲系数是空气动力学中一个重要的概念,也是衡量气动力性能优劣的重要参量。

空气动力R 的模正比于2V S ρ∞∞，其中ρ∞、V ∞分别是来流密度和速度，S 是特征面积，对旋成体弹丸取弹体的最大截面积S ∞。