火炮设计理论
火炮设计理论 学习指南
《火炮设计理论》课程简介火炮设计理论是武器系统与工程（火炮）专业的主要专业课，是一门综合应用基础理论和专业基础理论的工程设计课程。
通过本课程学习，使学生掌握火炮设计基本理论和方法，为今后的工作打下专业基础。
火炮设计理论，是火炮工程研究的理论依据，是火炮科研人员必须掌握的基本理论。
火炮设计理论主要研究火炮这样一种特殊机械系统在高温、高压、高速、高应变率状态下的特性及其设计理论。
火炮设计理论课程主要介绍火炮设计的基本概念、基本理论和基本方法，包括火炮设计理论的主要内容和发展，火炮主要零部件（包括炮身、反后坐装置、自动机及炮架等）的设计理论和方法。
教学组织以课堂教学为主，辅助自学、网络教学和实验教学。
教学方式以多媒体课件为主，结合板书、交流互动等多种形式。
课程的教学目标与基本要求1. 教学目标：通过本课程的学习，使学生掌握火炮及其主要零部件设计的基本理论和方法，提高学生综合运用学习过的基础理论和专业基础知识及解决实际工程技术问题的能力。
2. 基本要求：了解火炮设计理论及其发展，熟悉火炮设计理论的基本方法和思路，掌握炮身、反后坐装置、自动机、炮架等火炮主要零部件设计的基本理论和方法。
学时数：总 64 学时，其中：授课56学时，实验8学时教材：张相炎主编，火炮设计理论，北京理工大学出版社，2005年参考书目：①谈乐斌等编，火炮概论，北京理工大学出版社，2005年②伊玲益编，炮身设计，国防工业出版社，1977年③高树滋等编，火炮反后坐装置设计，兵器工业出版社，1995年④张相炎编著，火炮自动机设计，北京理工大学出版社，2010年⑤韩魁英等编，火炮自动机设计，国防工业出版社，1988年⑥孙远孝等编，炮架及总体设计，兵器工业出版社，1995年第1次课(1 绪论)一、教学目的和要求了解火炮设计理论的地位和作用、发展，熟悉火炮设计理论的主要内容。
二、教学内容纲要1 火炮的特点、地位、作用2 火炮设计流程3 火炮设计理论的主要内容、方法4 课程的地位、作用、学习方法与基本要求5 课程的学习安排三、重点、难点课程的特点、学习方法、要求四、教学方法，实施步骤根据本章课的内容特点，运用启发式、分析式等教学方法讲授本课程内容。
火炮设计理论范文
火炮设计理论范文火炮是一种重要的军事装备，广泛用于战争和防御中。
它具有远程射击、高杀伤力和精确命中目标的特点。
火炮的设计理论包括枪管设计、炮弹设计、炮架设计和火控系统设计等多个方面，下面将对火炮设计的几个关键理论进行介绍。
首先，枪管设计是火炮设计中的核心。
枪管的设计直接影响到火炮的射程、精确度和杀伤力。
好的枪管设计需要考虑材料选择、内径和膛线设计以及冷却系统等因素。
材料选择一般选择耐高温、耐磨损和耐腐蚀的合金钢。
内径的选择通常由炮弹直径决定，直径越大炮弹的杀伤力越高。
膛线设计会影响到炮弹的旋转稳定性，一般采用螺旋形状的膛线来增加稳定性。
冷却系统可以通过导热材料和冷却液来降低枪管温度，延长使用寿命。
其次，炮弹设计是火炮设计中的另一个重要方面。
炮弹的设计直接关系到火炮的杀伤力和射程。
炮弹一般由弹头、装药和外壳组成。
弹头的设计需要考虑杀伤方式和杀伤范围。
常见的弹头设计包括杀伤型、爆炸型和杀伤爆炸型。
装药的设计需要考虑到炮弹的射程和速度。
外壳的设计需要考虑到炮弹的强度和密封性。
炮弹的设计需要根据具体的火炮型号和使用环境进行优化。
此外，炮架设计是火炮设计中的另一个重要方面。
炮架的设计需要考虑到火炮的稳定性和可操作性。
稳定性可以通过合理的重心设计和支撑系统来实现。
可操作性可以通过合适的重量和尺寸，以及方便易用的操作系统来实现。
炮架的设计还需要考虑到抗震性和耐久性等因素，以确保火炮在恶劣环境中的可靠性和稳定性。
最后，火控系统设计是火炮设计中的一个关键方面。
火控系统的设计需要考虑到火炮的瞄准精度和射击控制。
瞄准精度可以通过合适的瞄准装置和精确的瞄准算法来实现。
射击控制可以通过火炮与指挥中心的信息传输和处理系统来实现。
现代火控系统还可以利用雷达、卫星定位和电子光学技术来提高射击精度和命中率。
总结起来，火炮设计理论包括枪管设计、炮弹设计、炮架设计和火控系统设计等多个方面。
好的火炮设计可以提高火炮的射程、杀伤力和精确度。
火炮设计理论课程考试标准答案07
课程名称： 火炮设计理论 学分： 4.5 教学大纲编号：01023202试卷编号：010******* 考试方式：闭卷 满分分值： 100 考试时间： 120 分钟二、试推导图所示简单筒后坐驻退机液压阻力计算式，并说明所用符号的意义。
图中V 为筒后坐速度。
（15分）解：1）连续方程： wa VA =，即V a A w =；（5分） 2）能量方程：()222222212221222V a A K w K w w w V p ⎪⎭⎫ ⎝⎛==+=+=+ξξρ，即 2222222122V a KA V a a KA p ρρ≈-=（5分） 3）液压阻力：223102V a A K A p ρ≈=Φ（5分） 三、图示为某自动机构后坐时的机构简图。
其中加速臂1的质心与转轴O 重合。
试写出自动机运动微分方程，并说明方程中各项的意义；写出自动机附加阻力T 的表达式。
（15分）解：1）运动微分方程为：F x A x M =+•••2（5分） 其中：442433232222112120m K m K J K m K m m M ηηηη+++++= dxdK m K dxdK m K dxdK J K dxdK m K A 4444333322221111ηηηη+++= 一、回答下列问题：(每题5分，共60分)1．炮身的主要作用是什么？（承受火药气体压力和引导弹丸运动。
）主要包括哪几个部件？（身管、炮尾、炮闩。
）2．采用自紧身管提高身管强度的原理是什么？(自紧身管在制造时对其内膛施以高压，使内壁部分或全部产生塑性变形；内压消除以后，由于管壁各层塑性变形不一致，在各层之间形成相互作用，使内层产生压应力而外层产生拉应力；由于内壁产生与发射时方向相反的预应力，因此使发射时身管壁内应力趋于均匀一致，从而提高身管强度。
) 3．什么是单筒身管弹性强度极限？（单筒身管不产生塑性变形时所能承受的最大内压力。
）单筒身管弹性强度极限主要取决于什么？（材料、结构尺寸、强度理论。
火炮设计理论
火炮设计理论火炮设计是指根据作战需求和技术要求，从总体方案到详细设计，对火炮系统进行分析和设计。
火炮作为一种重要的作战装备，具有重要的作用和战斗力。
一个优秀的火炮设计必须考虑到多个方面的因素，包括火炮的性能指标、使用环境、作战任务以及可靠性等。
首先，火炮设计需要明确火炮的性能指标。
性能指标包括火炮的射程、射速、精度、弹药威力等。
这些性能指标直接关系到火炮的实际作战效果。
射程决定了火炮的打击范围，射速决定了火炮的快速反应能力，精度决定了火炮的打击精度，弹药威力决定了火炮的杀伤效果。
因此，在火炮设计中，需要根据实际情况和需求，合理确定这些性能指标。
其次，火炮设计需要考虑使用环境和作战任务。
使用环境包括地形、气候和电磁环境等因素，这些因素都会对火炮的使用造成一定的影响。
地形和气候的复杂性可能会影响火炮的射击精度和射程，电磁环境可能会影响火炮的通信和导航系统。
作战任务包括火炮的部署、指挥和作战使用等方面，火炮设计需要根据实际战场需求，提供相应的解决方案。
此外，火炮设计需要考虑火炮的可靠性和安全性。
可靠性是指火炮在各种条件下正常工作的能力，包括火炮的寿命、故障率和维修便捷性等。
火炮应该能够在恶劣环境中稳定地工作，并能够在需要时进行维修和保养。
安全性是指火炮在使用过程中的安全性能，包括火炮的防火、防爆和防燃能力等。
合理设置火炮的安全装置和系统，提高火炮的安全性能，对于减少意外事故和保护人员财产安全具有重要意义。
最后，火炮设计需要注重新技术的应用和创新。
随着科技的不断发展，新材料、新工艺和新技术的应用，将使火炮设计更加先进和高效。
例如，纳米技术的应用可以改善火炮的材料性能和强度，电子技术的应用可以提高火炮的控制和自动化水平，激光技术的应用可以提高火炮的定位和瞄准精度。
因此，火炮设计需要紧跟科技进步的步伐，不断进行技术创新和改进，以适应未来战争的需求。
总之，火炮设计是一项复杂而重要的任务，需要考虑多个方面的因素。
火炮设计理论
§5.5 运动体设计
在有的旧式火炮上曾采用过橡胶式缓冲器。这种缓冲器由于行军速度 的提高而被弹簧式代替。但由于它的结构简单，后又引起人们的注意，出 现过一些新的结构方案。
有些国家研究过气压式缓冲器，如图5-29所示。由于其弹性元件是气 体，因而不存在金属弹性元件的疲劳问题，同时可利用改变气压的方法来 调节缓冲性能，以适应不同路面和运行速度的需要。
§5.5 运动体设计
如果火炮上没有减振装置，那么当经过一次冲击后，受压弹簧即要伸张， 将其在冲击时所吸收的能量全部放出而变为炮架的动能，从而引起炮架在 铅垂方向的自由振动。这样因冲击而获得的机械能则以炮架动能和弹簧变 形能的形式互相转化。由于地面的冲击是随机的，因而就有可能出现共振 现象，使炮架振幅加大而碰到限制器。限制器上尽管有橡皮垫等缓冲元件， 而炮架受到的冲击力还是会加大很多倍，这对保证炮架各零部件的强度不 利，同时使火炮的行驶平顺性变坏。减振器的作用就是要将铅垂方向因冲 击而获得的机械能通过摩擦不可逆地转化为热能散失掉，以衰减炮架的振 动。
§5.5 运动体设计
设计火炮运动体应设法提高下列一些主要要求： （1）运动便捷性：主要设法减小运动阻力，包括减小车轮与车轮轴之 间的摩擦阻力和地面对车轮的滚动阻力； （2）道路通过性：主要是尽可能减小总体尺寸；设法使各轮的载荷分 布均匀，并能减小车轮对地面的单位面积压力； （3）高速行驶性：主要设法提高运动体的缓冲及减振性能，以保证火 炮在高速牵引或行驶中能经受不断的冲击，平稳行驶； （4）操作轻便性：主要使设计的行军战斗固定装置在行军战斗转换时， 操作轻便、迅速而安全； （5）工作可靠性：主要应保证各机构的动作灵活可靠，并有足够的强 度贮备，耐磨性好，并能有效地防尘。
扭杆弹簧按其断面形状可分为圆形、管形和片状三种。圆形扭杆结构 简单，制造方便，故应用最多。管形扭杆比前者在材料利用上较合理，但 加工不如圆形简单。片状扭杆是由几片固定在四方孔套筒内的扁钢组成， 这种扭杆的材料利用率不如圆形和管形扭杆，但是当三者断面面积和最大 剪应力相同时，片状扭杆的极限角最大，即刚度最小。这种扭杆在小口径 火炮上采用过。
《火炮设计理论》课程内容
《火炮设计理论》课程内容（重点△，难点★，自学◇）1 绪论1.1 火炮设计理论的地位和作用1.1.1火炮设计理论1.1.2火炮设计理论的地位1.1.3火炮设计理论的作用1.2 火炮设计理论的主要内容1.2.1火炮系统分析1.2.2火炮总体设计1.2.3火炮主要零部件设计1.3 本课程的学习方法与要求1.3.1学习方法1.3.2要求2 炮身设计△★2.1 概述2.1.1炮身2.1.2炮身结构设计2.1.3炮身强度设计2.2 单筒身管设计△★2.2.1厚壁园筒理论★2.2.2单筒身管的强度极限2.2.3身管理论强度曲线2.2.4单筒身管设计2.3 双层身管设计◇2.3.1双层身管2.3.2双层身管应力分析★2.3.3双层身管的强度极限2.3.4双层身管设计程序2.4 自紧身管设计△★2.4.1自紧身管2.4.2自紧身管的应力分析★2.4.3自紧曲线2.4.4自紧身管设计3 反后坐装置设计△3.1 概述3.1.1反后坐装置及其作用3.1.2反后坐装置的典型结构3.1.3反后坐装置设计任务3.2 火炮发射时动力分析△3.2.1火炮发射时受力分析3.2.2火炮射击时的静止性和稳定性3.2.3火炮射击时的运动分析3.3 复进机设计3.3.1复进机的作用3.3.2复进机设计3.4 制退机设计△3.4.1液压制退机工作特点3.4.2液压制退机的基本原理★3.4.3节制杆式制退机设计3.5 复进节制器设计◇3.5.1复进节制器3.5.2复进节制器设计3.6 炮口制退器效率计算3.6.1炮口制退器的工作原理3.6.2炮口制退器的类型3.6.3炮口制退器效率计算★4 自动机设计△4.1 概述4.1.1自动机及其组成4.1.2自动机类型及其工作原理△4.1.3自动机的发展方向4.2 自动机构动力学△4.2.1简单自动机构运动微分方程4.2.2复杂自动机构运动微分方程推广4.2.3结构参数计算★4.2.4构件间的撞击计算4.2.5自动机运动微分方程的求解4.2.6自动机的动力学模拟4.3 自动机结构设计△4.3.1开闩机构设计4.3.2 炮闩设计4.3.3供输弹机构设计★4.4 导气式自动机◇4.4.1导气式自动机工作原理4.4.2导气式自动机分类4.4.3气室压力计算4.5 浮动自动机◇4.5.1浮动原理4.5.2浮动自动机4.5.3弹簧液压浮动机设计4.5.4浮动稳定性5 炮架设计5.1 概述5.1.1炮架及其作用、组成、类型5.1.2炮架设计的主要内容5.1.3炮架结构设计5.1.4炮架强度设计5.2 架体设计5.2.1架体结构设计△5.2.2架体受力分析5.2.3架体强度分析5.3平衡机设计5.3.1平衡原理5.3.2平衡机设计5.3.3平衡补偿5.3.4平衡性能调整5.4瞄准机设计5.4.1瞄准与瞄准机5.4.2瞄准机结构设计5.4.3瞄准机传动设计5.4.4瞄准机强度设计5.5自行火炮炮塔设计5.5.1炮塔设计基本概念5.5.2炮塔总体设计5.5.3炮塔主要部件设计5.6运动体与底盘设计5.6.1概述5.6.2发动机选择5.6.3传动系设计5.6.4行驶系设计6 火炮总体设计◇6.1 概述6.1.1 火炮研制的一般程序6.1.2 火炮战技指标6.1.3 火炮主要示性数6.2 火炮系统分析6.2.1 火炮系统分析的任务6.2.2 火炮系统分析方法6.3 火炮总体设计6.3.1 火炮总体设计的内容6.3.2 火炮总体设计技术。
火炮设计理论.
r
p
切向应力
r22 2 p s ln r 2r 2 2
r22 2 p s 2r22
2 r22 r 2
r2 2r22
r t s 1 ln r 2r22
2 2
2
r s ln 2r 2 r 2
→全弹状态
W2↑→Z↑→提高强度越明显
§2.4 自紧身管设计
2.3 残余应力（制造应力） 自紧时，在自紧压力P1作用下，身管从内表面开始出现塑性 变形，并且最终身管壁内形成塑性区和弹性区。并且身管壁内 存在径向应力（压力）p和切向应力σ t 。 卸去自紧压力P1时，由于身管内存在塑性变形，因此在卸载 过程中自紧身管内存在残余应力，也就是制造应力或预应力。 卸载过程是弹性卸载，相当于在一个内径为r1、外径为r2 ，的 弹性园筒上加一个-P1，而在身管内形成附加应力。附加应力 与自紧应力的迭加就形成残余应力。
1 2 1 2 1 2
2 m t p s
式中，2τm称为第三强度理论的相当应力。
§2.4 自紧身管设计
2.1 补充假设 （1）身管材料的拉伸和压缩特性一样； 这条假设就是为了略去鲍辛格效应的影响 （2）材料塑性变形后应力不增加； 这条假设就是为了忽略材料强化（硬化）现象的影响
半弹性状态
P1 K s ln
r2 r1
K 1.08
K 1.08 ~ 1.15
r22 2 P1 K s ln 2r 2 r1 2
§2.4 自紧身管设计
（5）说明 1）ρ 的影响
W22 W2 r22 2 ln ln W 2 s r1 2r2 2W22 P1
火炮设计理论-武器发射工程教学大纲
《火炮设计理论》课程教学大纲课程代码：110441002课程英文名称：Artillery design Theory适用专业：武器发射工程课程总学时：48 讲课：42 实验：6 上机：0大纲编写（修订）时间：2017年5月一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是武器发射工程专业的必修专业课，是本专业的学位课程。
内容涉及火炮结构设计的基本理论和设计准则。
重点介绍火炮炮身的基本知识和炮身种类构造特点及设计理论。
通过本课程的学习，使学生能够理解火炮的基本构成和作用特点，具有能够进行火炮炮身分析和设计的能力。
为培养学生将来从事火炮设计与生产工作奠定基础。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求重点掌握火炮系统的组成。
掌握火炮身管的设计理论。
了解火炮的各个组成部分的特性和相互作用的关系。
使学生具有分析和火炮总体结构的能力，具有设计火炮身管的能力。
（三）实施说明本教学大纲是依据本科生武器发射工程专业的2017版教学计划而编写。
在教学中应采用先进的、直观的教学手段——多媒体教学，以使学生很容易理解教学内容。
（四）对先修课的要求枪炮内弹道学等相关课程（五）对习题课、实验环节的要求重点章设有1-2道习题，以巩固所学内容。
（六）课程考核方式1．考核方式：考试。
2．考试方法：笔试，闭卷。
3．课程总成绩：期末考试成绩、实验成绩，平时考核（包括中期考试、作业、小测验、提问以及出勤等）、上机环节考核成绩的总和。
其中期末笔试成绩占70%，平时考核占20%。
实验占10%.（七）参考书目《炮身设计》，中北大学翻印《火炮设计理论》，张相炎等，北京理工大学出版社，2005二、中文摘要本门课程是武器发射工程专业的基础必修课，它包含了火炮设计的基本理论。
重点在于火炮身管的基本理论、类型及结构特征。
通过本门课程的学习，学生能理解火炮身管的基本理论、类型及结构特征，从而提高学生设计火炮的能力。
三、课程学时分配表四、教学内容及基本要求第1部分火炮系统的概念及构成总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0具体内容：1）火炮概述;2）火炮的战术技术指标;3）火炮总体设计任务与内容。
火炮设计理论(绪论)
火炮在战争中的地位：
第二次世界大战中火炮被誉为“战争之神”。 现代战场上常规武器的火力骨干 。 未来战争仍不可替代。
§1.1火炮的地位与作用
火炮的作用：
现代火炮配置于地面、空中、水上各种运载 平台上。 进攻时用于摧毁敌方的防御设施，杀伤有生 力量，毁伤装甲车辆和空中飞行物等运动目标， 压制敌方的火力，实施纵深火力支援，为后续部 队开辟进攻通道。 防御时用于构成密集的火力网，阻拦敌方从 空中、地面的进攻，对敌方的火力进行反压制； 在国土防御中用于驻守重要设施，进出通道及海 防大门。
火炮设计理论主要包括：
1）火炮系统分析 2）火炮总体设计 3）火炮主要零部件设计
§1.2 火炮设计理论的主要内容
火炮设计理论的发展：
1）经典火炮设计理论； 2）火炮现代设计方法； 3）向新的领域拓展。
§1.3 火炮设计理论的主要研究方法
火炮设计理论的主要研究方法：
1）经验研究法 2）实验研究法 3）理论研究法
简单实用，但 有一定局限性 或主观性。
真实性强，但费 时费事费钱，有 时有危险。 简单，但精确性取决 于对系统及过程的理 解程度。
§1.4 学习火炮设计理论的基本要求与方法
火炮设计理论的地位与作用：
1）火炮设计理论是火炮工程实践的理论依据； 2）火炮设计理论是火炮工程技术人员必须掌握的基础； 3）火炮设计理论是火炮专业的必修专业课。
§1.2 火炮设计理论的主要内容 火炮设计理论：
1）火炮设计的理论基础； 2）火炮设计中基本概念、理论、方法及过程的高度概括。
火炮设计理论的研究内容：
1）火炮系统的组成与性能评价； 2）各种火炮发射原理、伴随现象及其规律性； 3）火炮构成原理与方法； 4）火炮主要零部件的设计理论和设计方法等。
火炮设计理论(火炮系统分析与总体设计)
1.2 系统分析的要素
（1）目标：系统分析的主要任务和目标必须明确； （2）方案：系统分析的目的是选择优化方案，必须进行多方案比较； （3）模型：系统分析确定的是各种方案的可比性能， 必须建立抽象的模型并进行参数量化； （4）准则：系统分析的过程是选优过程，必须实现制定优劣评判标准； （5）结果：系统分析的结果是得到最优方案； （6）建议：系统分析的最终结果是提出建议，作为决策者的参考意见。
§6.1 火炮战术技术指标
紧急逃生能力，主要是火炮应具备防火、灭火、抑爆、逃生的功能。 遭敌攻击的一次或二次效应都可能引发火情，特别是在自行火炮的驾驶 舱、战斗舱内，由于空间狭小、易燃易爆物集中，因而必须有较完善的 火情报警、自动灭火系统和消防器材；在设计时采用隔舱化的结构，弹 药舱具有抑爆的技术措施；在结构设计时应使各乘员具有迅速、安全紧 急逃生的功能。 迅速脱离战斗的能力，主要是指为了防止敌方火力及突袭，火炮应具 备迅速转移的能力。当今侦察手段越来越先进，只要火炮一开火就能迅 速确定炮位的坐标并实施反击，因而要能在反击的炮火到达前迅速撤出 到敌炮火威力范围以外的地域，例如美国正在研制的155mm自行榴弹炮， 要求具备在90秒内急速行驶750m。装备有施放烟幕的系统，形成足够宽 度、高度、厚度、浓度并持续一定时间的的烟幕，以便自行火炮在烟幕 的掩蔽下迅速脱离战斗。 电子战、信息战的能力，主要是为了对抗精确制导火炮的攻击，火 炮要求具备电磁干扰的能力，或发射诱饵进行误导、迷盲等。
火炮设计理论
§5.6 自行火炮炮塔设计
2 炮塔总体设计 炮塔总体设计的原则
炮塔分系统总体设计以成熟技术为基础，按照通用化、系列化、标 准化原则，根据国内现有技术水平和发展潜力，重点突出总体性能，以提 高系统可靠性、维修性、保障性为目标，使系统的操作性、舒适性、匹配 性和总体性能满足使用要求和技术指标要求。
炮塔总体布置及总体设计
§5.6 自行火炮炮塔设计
3 自行火炮炮塔主要部件设计
3.1 炮塔体的设计 炮塔体的结构设计
炮塔体的功能，主要是安装火炮搭载乘员，弹药为各种配套设备提供 支座并承受各种负载，同时为乘员，弹药及设备提供一定的防护。炮塔与 吊蓝一起构成战斗乘员的活动空间。 自行火炮的炮塔一般为薄壳体，一般在炮塔内部焊接U型加强筋，形 成框架结构，以保证炮塔的刚强度要求。 炮塔体一般为锥台形或多面体焊接结构，炮塔前方左右两侧的护板与 托架的结构焊成一体，其上连接座圈和吊篮等。 减重是炮塔体设计中应充分注意的另一个问题。减重是以满足强度和 刚度为前提的。 炮塔外型尺寸以总体布局紧凑为原则。
炮塔防护设计
防护系统以提高自行火炮在现代战争条件下的战场生存能力为目的，主 要从炮塔装甲结构、目标特征、灭火抑爆等方面采取有效措施。 ①炮塔装甲防护 一般采用装甲钢板焊接结构，优化设计炮塔外形，满足在100~200m距离 上防7.62mm普通枪弹。某自行火炮的炮塔装甲防护结构如下表所示。 炮塔装甲防护结构 项目 正面 前侧 侧面 背面 顶部 装甲板厚度（mm） 法向角（o） 等钢厚度（mm） 12 25 14 12 20 13.5 10 10 10.9 8 0 8 8 0 8
托架的刚强度分析
托架的强度和刚度计算，是分析射击时，托架上所受的主要力，以及在这 些力的作用下，托架内应力、变形，校核托架的强度和刚度是否满足 要求。一般采用有限元理论进行上述分析。下图是某自行火炮的托架 有限元分析模型以及结果。
火炮设计理论
M2A1-105L制退复进机
§3.2 反后坐装置的结构分析
(2)活门式制退复进机 结构特点 59-100G制退复进机由外筒,内筒,制退杆,游动 活塞和活门等组成. 工作原理 制退活塞推动液体,压开弹簧控制的活门,流入外 筒,推动游动活塞压缩气体. 性能特点 活门的开度取决于弹簧力和活门两侧的压力差,由 于具有自动调节的适应性,故后坐阻力较平缓.
2.2 制退机结构分析 (1)带沟槽式复进节制器的节制杆式制退机 工作原理 后坐:主流由Ⅰ腔经流液孔到Ⅱ腔,Ⅱ腔有真空; 支流由Ⅰ腔到Ⅲ腔(复进节制腔). 复进:Ⅲ腔液流经复进节制沟槽流回Ⅰ腔; Ⅱ腔真空逐渐消失,液流流回Ⅰ腔. 复进全程制动. 结构特点 60-122J制退杆内径大于节制环孔径,Ⅲ腔容易充 满,但拆装较麻烦.
59-57G制退机
§3.2 反后坐装置的结构分析
(3)混合的节制杆式制退机 结构特点 54-122L制退机的复进节制沟槽开在制退筒内壁, 制退活塞外套有游动活塞,制退杆内腔通过节制杆 内孔与Ⅱ腔相通. 工作原理 后坐:Ⅰ腔液流推动游动活塞,打开制退活塞上的 斜孔,同时从斜孔和沟槽进入Ⅱ腔,Ⅲ腔不充满. 复进:Ⅱ腔真空消失前复进基本无制动.真空消失 后液流推动游动活塞关闭斜孔,从沟槽流回Ⅰ腔. 复进局部行程制动.
火炮设计理论
主讲: 主讲:张相炎 教授
南京理工大学火炮教研室
联系电话: 联系电话:84315581
§3.2 反后坐装置的结构分析
1 复进机的类型和结构分析 1.1 复进机分类 弹簧式 液体气压式 气压式 气压式 火药气体式 液体式 杆后坐 筒后坐
§3.2 反后坐装置的结构分析
1.2 复进机结构分析 (1) 弹簧式复进机 工作介质 弹簧储能 59-57G复进机 安装形式 套在身管外或套在制退机外 弹簧截面 圆形或矩形 性能特点 结构简单,动作可靠,不受温度影响,维护简单方 便;但重量大,长期使用易疲劳.
火炮设计理论(炮身设计)
§2.1 概述
2.1.3 导向部（膛线部） 导向部 膛线 右旋膛线 左旋膛线 膛线的作用
§2.1 概述
膛线的结构：
阳线 阳线宽 阴线 阴线宽 根部园角 膛线深 深膛线 浅膛线 渐紧膛 线 膛线条数 导转侧
t
a
b
d
§2.1 概述
缠角 等齐膛线 渐速膛线 混合膛线 缠度
α
L=η d
tg
πd
③膛线起始部磨损量超过规定值。 ④膛压下降致使一定数量（30%）的弹丸不能解脱引信保险 或造成连续瞎火等。 ⑤弹带削光或出现横弹、近炸、早炸等。 疲劳寿命 一般身管的疲劳寿命大于烧蚀寿命。
§2.1 概述 4.4 提高身管寿命的主要措施 （1）采用高能、低温、低烧蚀的发射药。 （2）采用大药室、低膛压发射。 （3）装药中加入缓蚀剂。 （4）加强身管散热（冷却等）。 （5）加强内膛表面处理（镀铬等耐蚀、耐磨覆层）。 （6）改进弹丸弹带结构和材料。 （7）改进身管材料（高强度）。 （8）改进身管制造工艺（自紧，活动衬管等）。
1.4 身管的分类 （1）按内膛结构分
线膛
滑膛
§2.1 概述
（2）按身管结构分
单筒身管 活动身管
紧固身管（筒紧、丝紧、自紧、复合材料身管）
§2.1 概述
1.5 对炮身的战术技术要求 足够的强度； 足够的刚度； 足够的寿命； 满足总体要求； 满足材料要求。
§2.1 概述
1.6 炮身设计的主要内容 1）结构设计： (1)身管内膛结构设计 (2)身管外部结构设计 (3)炮尾炮闩结构设计 2）强度设计
§2.1 概述
后效期
FRT 1 Sp g
后效期的炮膛合力
F pt Ft Fk FRT
火炮设计理论(火炮系统分析与总体设计)
Hale Waihona Puke §6.1 火炮战术技术指标射击密集度主要取决于火炮自身的弹道与结构性能、力学特性等。 射击准确度是指平均弹着点对预期命中点的偏离程度。射击精度越 高，对目标毁伤的概率就越大。 射击准确度主要取决于射手操作火炮的熟练程度，以及火炮系统有 关仪表设备的状况。 精确制导弹药就是通过在弹药系统中引入制导技术，排除了人工操 作和射弹散布的偏差，极大地提高火炮与自动火炮的射击精度。
系统效能:预期一个系统满足一组特定任务要求的度量。 系统效能 ＝＞ 有效性 + 可信赖性 + 功能 有效性：系统在规定条件下随时使用时能正常工作的能力。 可信赖性：系统在规定条件下在规定时间能正常工作的能力。 功能：系统能达到任务目标的能力。 火炮的作战效能＝＞ 威力 + 机动性 + 快速反应能力 + 战场生存能力 + 可靠性
§6.1 火炮战术技术指标
1.4 战场生存能力
战场生存能力主要包括伪装和隐身能力、装甲防护能力、核生化“三防” 能力、紧急逃生能力、迅速脱离战斗的能力、电子战信息战的能力等。 伪装和隐身能力，主要是采用的伪装措施和隐身技术。当部队进行调动、 集结和隐蔽待命时，尽量不让敌方侦察发现，因此，应有适应环境的伪装措 施，如穿戴伪装网，插戴就地采集的树枝、野草，人员涂抹伪装油彩等；火 炮装备采用隐身技术，如暴露的金属表面和光学玻璃，要经过适当的表面处 理不会在阳光照射下闪亮，火炮装备的表面增加隐形涂料，采用隐身材料等。 把发射时伴生的声、光、焰降低到尽可能小的程度。 装甲防护能力，主要是采用装甲和衬里防护。对非装甲的自行火炮采用 防盾，在有限的范围内防枪弹和破片的毁伤，减少膛口冲击波的伤害。对装 甲自行火炮，能防破片的毁伤。为了降低穿、破甲后的二次毁伤效应，在装 甲车内增加一种特殊的衬里，可以降低车内人员、仪器、设备的毁伤。 核生化“三防”能力，主要是装备具有“三防”能力的设施。未来战争 在敌方实施核、生、化攻击时，自行火炮应具有“三防”设施，以确保能安 全地通过核、生、化火炮污染过的地域。
火炮的物理原理
火炮的物理原理一、简介火炮是口径在20毫米以上，用火药的爆发力发射弹丸的重火器的通称。
火炮用于歼灭敌有生力量和压制敌方火器，破坏敌防御工事，完成陆地、海洋和空中的其它打击任务。
13至14世纪时，中国的火药和火器制造技术传入信仰伊斯兰教的国家和欧洲，欧洲的火炮开始发展。
19世纪开始，随工业和科学技术的发展，火炮迅速发展起来，出现了发射长形弹的线膛炮，并安装有弹性炮架。
火炮发展至今，已经是儿孙满堂，不仅家族支系众多，而且家族成员的外貌也差别甚大，出现了有善于对付各种目标的专门火炮：按安装发射的平台不同可分为地面炮、舰炮和航炮；按运动方式可分为固定火炮、机械牵引炮和自行火炮；按作战用途又可分为地面压制火炮、海岸炮、高射炮、坦克炮、特种炮等；按口径大小可分为：大口径炮（高炮在100毫米、地炮在152毫米、舰炮130毫米以上）；中口径炮（高炮在61～100毫米、地炮在76～152毫米、舰炮在76～130毫米左右）；小口径炮（高炮在20～60毫米、地炮在20～75毫米、舰炮在20～57毫米之间）。
按炮膛结构可分为线膛炮和滑膛炮；按弹道特性可分为加农炮（弹道低伸）、榴弹炮（弹道较弯曲）和迫击炮（弹道最弯曲）按装填方式可分为前装式火炮和后装式火炮。
二、基本构造现代火炮的基本组成部分有：炮身、炮尾、炮闩和炮架等。
其作用原理是将发射药在膛内燃烧的能量转换为弹丸的炮口动能以抛射弹丸，同时产生声、光、热等效应。
火炮的主要战术技术性能是初速、射程、精度、射速和机动性等。
火炮的主要任务是用于对地面、空中和水上目标射击，毁伤和压制敌有生力量及技术兵器，以及完成其它任务。
火炮的结构身管火炮的外观及其组成部件视炮种及其用途而异。
尽管有这些差别，然而身管火炮都是按照几乎相同的方法制造的。
身管火炮有两个或两组主要部件，就是炮身部分和炮架部分。
炮架部分用于支承炮身和保持火炮射击时的稳定性。
炮架部分包括瞄准装置，在某些情况下它还可作为运送炮身部分的手段。
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K1 dx1 v1 dx v
由理论力学知， v1 v v10
方向 大小 √ ? √ √ √ ?
v1 pb K1 tg v pa
这就是传速比K1的解析式，若已知随x的变化规律，则可求得K1随x的变 化规律。
火炮设计理论
主讲：张相炎 教授
南京理工大学火炮教研室
联系电话：84315581
第四章 火炮自动机构设计
§4.1 概述
1 火炮自动机
1.1 自动炮 自动炮 T 半自动炮 非自动炮 连续自动射击与单发射击 1.2自动动作 击发、收回击外、开锁、开闩、抽筒、抛筒、供弹、输弹、关闩和闭 锁等。 1.3自动机 火炮自动机是自动火炮射击时，利用火药燃气或外部能源，自动完 成重新装填和发射下发炮弹，实现自动连续射击的各机构的总称。T
§4.1 概述
3 火炮自动机的发展
火炮自动机的发展，主要围绕： 提高初速 提高射速 提高机动性（包括减轻重量、减小后坐力等） 提高可靠性 主要发展方向有： （1）通用化：同一口径的火炮自动机具有多用途（可海、陆、空 通用），即一机多用。 （2）系列化：火炮口径序列化，型号序列化（逐步改进）。 （3）标准化：设计标准化，制造标准化，试验标准化。 （4）多样化：现有工作原理的综合运用，以及新原理、新结构的 创新。 （5）新概念：观念创新，技术突破等，如“金属风暴”。
T T
1.3 建立自动机动力学模型
渐变过程→运动微分方程 突变过程→撞击计算
1.4 动力学仿真
模型确认、仿真
1.3 传速比 （1）传速比 单自由度自动机构 → 基础构件运动规律 → 工作构件对基础构件的关系→工作构件的运动规律 → 自动机构运动规律
传速比：
§4. 2 火炮自动机构动力学
dxi vi dxi dt Ki dx v dx dt
§4.1 概述
1.4自动机的组成 炮身、炮闩、供弹和输弹机构、反后坐装置及缓冲装置、发射机构、 保险机构等。 还有特殊机构：首发装填机构、自动停射器、射速控制装置、单-连 发转换器，以及更换身管和分解结合自动机专用机构等。 自动机的这些机构，依靠炮箱（或摇架）组成一个整体，安装在炮架 上。 1.5自动机的特点 自动机机构工作的顺序性、间歇性和周期性； 机构运动的不均匀性、动态特性； 自动机工作的高工作可靠性（包括运动协调性和寿命等）。
相邻构件j-1与j之间的传速比
K j 1, j
dx j dx j 1
( j 1,, i)
i dxi dx1 dx2 dx3 dxi 1 dxi Ki K 1 K1, 2 K 2,3 K i 2,i 1 K i 1,i K j 1, j dx dx dx1 dx2 dxi 2 dxi 1 j 1
§4.1 概述
4 火炮自动机设计
（1） 火炮自动机设计的主要内容 广义设计：分析与综合（狭义设计） 分析 综合 （2）总体设计（继承与创新） 自动机工作原理选择； 闭锁机构类型选择； 供输弹机构类型选择与线路设计； 概略自动循环图设计； 结构布置； 等等。 （3） 结构技术设计 几何设计； 运动学设计； 动力学设计等。 （4） 分析与仿真 几何分析； 运动学分析； 动力学分析； 模拟与仿真。
R
以基础构件位移为自变量的循环图
R
以时间为自变量的循环图
x 4 5 6 10
2 0 1 3 8 7
9 11 12 t
y
R
谢谢！ 下次见！
§4.1 概述
2 火炮自动机的分类 自动动作→方法→结构
2.1 从利用能源分 （1）内能源自动机 （2）外能源自动机 （3）混合能源自动机
§4.1 概述
2.2 从工作原理分 （1）后坐式自动机 炮闩后坐式 自由炮闩自动机 T 半自由炮闩自动机 炮身后坐式(管退式自动机) 炮身长后坐自动机 T 炮身短后坐自动机 T （2）导气式自动机(气退式自动机) 炮身不动的导气式自动机 T 炮身运动的导气式自动机 T （3）转膛自动机 T （4）转管自动机 T （5）链式自动机 T （6）双管联动自动机 T
df i Ki dx
从几何意义上说，传速比Ki就是曲 线xi=fi (x)的斜率；基础构件行程 x=a时的传速比Ki=tan (a)
K
Hale Waihona Puke d x a sin b cos dx xa cos b sin ca sin b cos
§4. 2 火炮自动机构动力学
§4. 2 火炮自动机构动力学
1 概述
动态特性→动力学 描述→数学模型→仿真
1.1 基本假设
（1）刚性假设； （2）质点假设。
1.2 自动机工作循环图
（1）基础构件 基础构件 工作构件 单自由度机构 （2）自动机循环图 自动机循环图 通常自动机循环图有两种形式: 以基础构件位移为自变量的循环图 以时间为自变量的循环图
(i 1,, n)
vi可理解为角速度； 瞬时传速比； 传速比是机构的结构参数。
§4. 2 火炮自动机构动力学
（2）传速比的确定方法 确定传速比的方法有微分法，速度多边形法和力法等。 1）微分法 根据工作构件位移与基础构件位移的函数关系直接进行微分运算，即可 确定传速比。如已知
xi f i ( x)
即串联传动机构的传速比等于相邻两构件间传速比的连乘积。
自动炮
火炮自动机
炮闩后坐式自动机工作原理
R
身管长后坐式自动机工作原理
R
身管短后坐式自动机工作原理
R
炮身不动式导气自动机工作原理
R
炮身运动式导气自动机工作原理
R
转膛式自动机工作原理
R
转管式自动机工作原理
R
链式自动机工作原理
R
双关联动式自动机工作原理
§4. 2 火炮自动机构动力学
3）力法 根据虚功原理
Fx F1x1 0
Fdx F1dx1 0
F dx1 K1 F1 dx
F K1 tg F1
§4. 2 火炮自动机构动力学
4）多个构件串联的传速比 对于多个构件串联传动情况，求基础构件对构件i的传速比：