火炮设计理论 学习指南
火炮设计理论
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
火炮设计理论 教学日历
作业4
5
1
3
13
2
4自动机设计：4.2自动机构动力学：5.2.3复杂自动机构运动微分方程推广,4.2.4传动效率及其计算
掌握建立自动机动力学模型的基本方法和结构参数计算方法。
自动机构运动微分方程的建立，结构参数的确定。
作业5
作业6
5
3
1
14
3
4自动机设计：4.2自动机构动力学：4.2.5构件间的撞击计算，4.2.6自动机的动力学仿真，4.3自动机结构设计：4.3.1概述，4.3.2开闩机构设计
“火炮设计理论”课程教学日历
周
星期
节
单元
课时
教学内容
目标与要求
重点与难点
作业
1
1
3
1
2
1绪论
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。
课程的特点、学习方法、要求
1
3
1
2
3
2炮身设计：2.1概述
熟悉炮身结构设计方法，掌握炮身强度设计方法。
炮身结构设计特点，设计压力曲线。
1
5
1
3
3
实验报告
5
5
1
15
3
4自动机设计：4.3自动机结构设计：4.3.2炮闩设计
熟悉自动机炮闩设计方法。
闭锁机构设计。
6
1
3
16
2
4自动机设计：4.3自动机结构设计：4.3.4供输弹机构设计
熟悉供输弹机构设计方法。
供输弹基本概念，对供输弹机构要求，供输弹机构设计步骤，弹带阻力计算。
6
3
炮弹设计理论课程设计
沈阳理工大学应用技术学院炮弹设计理论课程设计说明书系别：能源工程系专业：弹药工程与爆炸技术学生姓名：甘学锋指导教师：焦老师2012年6月25日一、设计计算1、弹丸发射安全性分析1.1分析弹丸在膛内发射时的受力1.1.1火药气体压力 （1）弹底压力⎪⎭⎫ ⎝⎛+=m m p p w d t 21 w m ------发射药质量3.507(Kg)m --------弹丸质量33.4（Kg ）由上式公式可得，()d t p +p 21=p)4m m +(1p =p w dMPa 6.3374.33507.34115.3464mm +1p =p w m dmax =+= 由以上公式计算得Mpa p d 6.337max =；（2）火药气体的计算压力t p p m m ∆=∆αα为温度修正系数；最大弹底压力可用上式修正mdt p m m t p 41)1(ωα+∆+=根据dt i p p ≥的条件，目前各种火炮取Mpa p p m i 3.3711.1==;(3)弹丸上的压力分布对于膛线火炮所配用之旋转稳定弹丸，由于有弹带的密闭作用，火药气体几乎完全作用于弹带后部的弹底区，在有些情况下，如火炮膛线磨损过大，弹带直径偏小，有部分火药气体通过弹带缝隙泄露，则弹带前部的弹体也受到部分火药气体压力的作用，但此值比较小，对弹体强度影响不大。
1.1.2惯性力弹丸在膛内做加速运动时，整个弹丸各零件在上均作用有轴向惯性力，旋转弹丸还产生径向惯性力和切向惯性力。
（1）轴向惯性力弹丸发射时，火药气体推动弹丸向前运动，产生加速度。
此加速度a 可由牛顿第二定律求得，g m r p dt dv a 147484.335.614.3371322=⨯⨯===π P-----表示计算压力；r------弹丸半径距；由于加速度存在，弹丸各断面上均有直线惯性力，作用在弹丸任一断面上的惯性力n F 为g mm r p a m F n n n 4616142===π； -------弹底断面以上部分弹丸质量；（2）径向惯性力径向惯性力是由于弹丸旋转运动所产生的径向加速度（即向心加速度）而引起的。
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。
炮身设计知识点
炮身设计知识点炮身是火炮的核心组成部分之一，它直接关系到火炮的性能和效果。
炮身设计涉及许多知识点，本文将逐步探讨这些知识点。
1.炮身材料选择：炮身的材料选择对于火炮的性能和使用寿命至关重要。
常见的炮身材料包括钢、铝合金、钛合金等。
钢是最常用的炮身材料，具有较高的强度和韧性，能够承受高压力和高温。
铝合金具有较低的密度和良好的热导性能，适合用于制造轻型火炮。
钛合金具有较高的强度和抗腐蚀性能，适用于制造高性能火炮。
2.炮身结构设计：炮身的结构设计直接影响火炮的稳定性和精准度。
炮身通常由炮管和炮套组成。
炮管是火药燃烧产生高温气体的容器，需要具有较高的耐热性能和热膨胀系数匹配性。
炮套是用于固定炮管和提供支撑的结构件，需要具有足够的强度和刚度。
此外，炮身的长度和直径也是设计中需要考虑的因素，它们直接关系到火炮的射程和威力。
3.炮身制造工艺：炮身制造涉及到许多工艺步骤，如锻造、铸造、热处理、机械加工等。
在炮身制造过程中，需要保证材料的均匀性和强度，消除材料内部的应力和缺陷。
同时，炮身的表面质量也需要得到保证，以确保火药燃烧时的气体流动和炮弹的运动。
4.炮身热流分析：炮身在射击过程中会受到高温气体的冲击和热流影响，因此需要进行热流分析来评估炮身的热应力和变形情况。
热流分析可以通过数值模拟方法进行，通过计算炮身表面的温度分布和应力分布来评估其耐久性和可靠性。
5.炮身防护设计：炮身在作战环境中需要面对各种威胁，如炮弹的打击、敌方火力的攻击等。
因此，炮身的防护设计也是重要的考虑因素之一。
防护设计可以包括增加炮身的厚度、使用爆炸反应装甲、安装反应装甲等。
总之，炮身设计是火炮设计中的重要环节，涉及到材料选择、结构设计、制造工艺、热流分析和防护设计等多个方面。
通过合理的设计和优化，可以提高火炮的性能、精准度和使用寿命，确保其在作战中的有效性和可靠性。
《火炮内弹道设计》word版
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。
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.
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(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。
炮身设计知识点
炮身设计知识点炮身是指火炮的主要结构组成部分，它直接承受着极高的压力和瞬间的冲击力。
在现代军事中，炮身的设计非常重要，关系到火炮的射程、精度和使用寿命等方面。
本文将介绍炮身设计的一些重要知识点。
一、材料选择炮身的材料选择是决定其性能的重要因素之一。
传统的火炮炮身多采用高强度低合金钢材，有较好的耐磨损性和耐腐蚀性。
随着科技的发展，一些新型材料如合金钢、复合材料等也被应用于炮身设计中，能够提升炮身的强度和轻量化程度。
二、内、外径设计炮身的内径与外径设计是保证火炮射击性能的重要方面。
内径的尺寸直接影响火炮的口径，与弹药的匹配度密切相关。
外径的尺寸决定了火炮的外形尺寸和重量，也关系到其机动性和便携性。
三、膛线设计膛线设计是指炮身内壁的螺旋纹路设计。
膛线的设计直接影响火炮弹丸的旋转速度和稳定性，影响射击精度。
常见的膛线形式有线条膛、矩形膛等，每种膛线形式都有其适用的射击需求和优势。
四、炮身长度炮身长度是指火炮的整体长度。
炮身长度的选择往往需要综合考虑射程、口径、弹药威力等因素。
炮身长度的合理设计可以提高火炮的射程和精度，同时也要考虑到便携性和机动性的需求。
五、冷却系统炮身设计中的冷却系统是为了控制高温产生和排出的热量。
冷却系统可以采用空气冷却、液体冷却等方式，通过有效降低炮身温度，延长炮身的使用寿命。
冷却系统的设计要兼顾降温效果和冷却介质的供给方式。
六、刚度与强度炮身的刚度和强度是保证其可靠性和安全性的基本要求。
刚度的设计可以避免炮身的变形和振动，在射击时保持稳定的定位。
强度的设计要能够承受高压力和冲击力的影响，避免发生爆破或者失效的情况。
七、炮口设计炮口是火炮的射击口，其设计对于弹丸的发射速度和稳定性有着直接影响。
炮口设计可以包括喷嘴、制动器等结构的设计，用于控制火炮的后座力和提高射击精度。
综上所述，炮身设计涉及许多重要的知识点，包括材料选择、内外径设计、膛线设计、炮身长度、冷却系统、刚度与强度以及炮口设计等。
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。
武器发射工程教学大纲-火炮设计课程设计
《火炮设计课程设计》教学大纲课程编码：110451008 学时/学分：3周/ 6学分一、大纲说明（一）适用专业：082102武器发射工程（二）课程设计性质：必修（三）主要先修课程和后续课程：1.先修课程：《工程制图》、《机械设计》《火炮设计理论》2.后续课程：毕业设计（四）适用教学计划版本：2017版二、课程设计目的及基本要求本课程设计是学完《火炮设计理论》课程之后，进行的下一个实践性教学环节，它一方面要求学生能根据理论知识，用课程设计的方式提高设计技能的运用，熟悉火炮一般设计的方法、验算、画图及完成报告的过程；另一方面，为今后从事火炮设计与制造等相关工作进行一次综合训练。
学生应该在充分掌握火炮设计的基础知识的前提下，进行结合实际的火炮炮身产品全过程的设计的综合训练；初步具备科研的实践能力。
三、课程设计内容及安排1．根据设计的技术要求、确定设计方案及实现路线；2．计算出火炮炮身设计的高低温压力曲线；3．选择火炮材料；4．确定内膛结构；5．确定炮身的外部尺寸及形状；6．进行炮身的强度校核及连接部位强度校核；7. 画出图纸；8. 完成课程设计报告；9. 对有能力的同学建议进行强度校核的仿真分析。
四、指导方式本课程设计在指定地点和时间进行综合答疑的基础上，结合灵活的个别答疑进行指导。
五、课程设计考核方法及成绩评定本课程设计结合下述几个方面进行：平时考勤、课程设计期间表现、课程设计报告完成情况进行综合评分。
成绩评定采用五级制。
六、课程设计教材及主要参考资料本课程设计选用与先修课程《火炮设计理论》课程相同的参考教材；另外还将向学生提供课程设计指导书以及部分典型实例供参考。
七、备注。
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
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《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。
五、时间分配（2学时）1 火炮具有哪些特点？2 火炮设计理论的主要内容包括哪些方面？3 学习火炮设计理论的基本要求有哪些？4 火炮设计理论的主要学习方法有哪些？第2次课(2 炮身设计：2.1概述)一、教学目的和要求熟悉炮身结构设计方法，掌握炮身强度设计方法。
二、教学内容纲要1 炮身及其组成、作用、分类、要求；2 炮身设计的主要内容；3 炮身内膛结构设计、身管外部设计、炮尾炮闩的结构设计；4 发射时炮身受力、设计压力曲线、强度设计；5 身管寿命三、重点、难点炮身结构设计特点，设计压力曲线。
四、教学方法，实施步骤根据本章课的内容特点，运用启发式、案例分析式等教学方法讲授本课程内容。
五、时间分配（3学时）1线膛炮身管内膛线的作用是什么？什么是膛线的缠角？什么是膛线的缠度2对炮身设计的主要要求有哪些？3如何求作高低温压力曲线？4提高身管寿命有主要有哪些技术措施？第3次课(2炮身设计：2.2单筒身管设计：2.2.1厚壁园筒理论，2.2.2强度理论) 一、教学目的和要求了解厚壁园筒及其壁内应力应变分析方法和规律，熟悉强度理论概念及常用强度理论具体内容。
二、教学内容纲要1 厚壁园筒基本假设；2 厚壁园筒物理模型；3 厚壁圆筒内的应力应变分析；4 强度理论概念及常用强度理论具体内容。
三、重点、难点1 厚壁圆筒内的应力应变分析；2 强度理论概念。
四、教学方法，实施步骤根据本章课的内容特点，运用启发式、案例分析式等教学方法讲授本课程内容。
五、时间分配（3学时）1 厚壁圆筒与薄壁圆筒的主要区别是什么？2 厚壁圆筒内应变与径向位移具有什么关系？3 厚壁圆筒内应力和应变与内压、外压有什么关系？4 厚壁圆筒内应力和应变与半径有什么关系？5 什么是强度理论？常用的强度理论有哪几种？火炮设计一般采用哪种强度理论？第4次课(2炮身设计：2.2单筒身管设计：2.2.3单筒身管的强度极限,2.2.4 身管理论强度曲线，2.2.5 单筒身管设计)一、教学目的和要求熟悉单筒身管的弹性强度极限和单筒身管的理论强度极限概念，熟悉提高单筒身管的弹性强度极限技术途径，掌握单筒身管设计方法。
二、教学内容纲要1 单筒身管的弹性强度极限概念、表达式，以及身管弹性强度极限与材料、壁厚、轴向应力、动载的关系；2 安全系数、单筒身管的理论强度曲线概念，以及理论强度曲线求作；3 单筒身管设计流程。
三、重点、难点单筒身管的弹性强度极限和单筒身管的理论强度极限概念，单筒身管设计方法。
四、教学方法，实施步骤根据本章课的内容特点，运用启发式、案例分析式等教学方法讲授本课程内容。
五、时间分配（2学时）1什么是单筒身管弹性强度极限？采用第三强度理论推导单筒身管弹性强度极限，并分析其与第二强度理论的差别。
2分析壁厚、材料对单筒身管弹性强度极限的影响。
3 按第Ⅱ强度理论推导给定外压条件下单筒身管的强度极限，并分析其影响和提供外压的途径。
4 身管的安全系数的含义？如何选取？5 什么是单筒身管理论强度极限？6 身管外部结构设计要求主要有哪些？紧身管的应力分析)一、教学目的和要求熟悉自紧身管工作原理，掌握液压自紧身管的应力分析方法。
二、教学内容纲要1自紧身管概念、自紧原理、自紧身管的特点、自紧工艺；2 自紧时的应力、残余应力、发射时的应力、不出现反向屈服的条件。
三、重点、难点自紧身管工作原理、自紧身管的应力分析。
四、教学方法，实施步骤根据本章课的内容特点，运用启发式、案例分析式等教学方法讲授本课程内容。
五、时间分配（3学时）1 什么是自紧原理？自紧身管有哪些特点？有哪些自紧工艺？2 什么是自紧应力？什么是自紧残余应力？3 什么是反向屈服？自紧身管不出现反向屈服的条件是什么？一、教学目的和要求熟悉自紧身管设计过程，掌握自紧身管加工过程及其控制。
二、教学内容纲要1 自紧身管弹性强度极限、自紧身管的一般设计步骤；2 自紧时身管外表面应变同内压的关系、自紧曲线、加工对自紧身管弹性强度极限的影响。
三、重点、难点自紧身管设计过程，自紧曲线及其控制。
四、教学方法，实施步骤根据本章课的内容特点，运用启发式、案例分析式等教学方法讲授本课程内容。
五、时间分配（3学时）1 试推导全塑状态下自紧身管弹性强度极限。
2自紧身管的一般设计步骤及其重点？3什么是自紧曲线？自紧曲线如何测量？自紧曲线如何控制？第7次课 (3 反后坐装置设计：3.1概述)一、教学目的和要求了解反后坐装置及其作用、后坐装置的的典型结构。
二、教学内容纲要1 反后坐装置及其作用；2 反后坐装置设计的要求、任务、内容；3 后坐系统的分类、反后坐装置的功能和类型；4 反后坐装置的典型结构。
三、重点、难点反后坐装置及其作用、反后坐装置的的典型结构。
四、教学方法，实施步骤根据本章课的内容特点，运用启发式、案例分析式等教学方法讲授本课程内容。
五、时间分配（2学时）1反后坐装置及其组成、作用、要求？2 反后坐装置有哪些功能？通过什么实现这些功能？3复进机有哪几种结构类型？各有什么特点？4 制退机有哪几种结构类型？各有什么特点？5 液体气压式复进机和制退机中液体各有什么作用？6 什么是节制杆式制退机？第8次课(3 反后坐装置设计：3.2火炮发射时动力分析)一、教学目的和要求了解火炮发射时受力，熟悉火炮射击时的静止性和稳定性分析方法，掌握火炮射击时的运动分析方法。
二、教学内容纲要1火炮发射时受力分析；2 火炮射击时的静止性和静止性条件，火炮射击时的稳定性和稳定性条件；3 后坐制动图的概念、拟定原则、典型后坐制动图、后坐制动图的制定4 自由后坐概念、火药气体作用系数、后坐运动分析、火炮发射动力学三、重点、难点火炮射击时的静止性和稳定性分析、自由后坐与制退后坐。
四、教学方法，实施步骤根据本章课的内容特点，运用启发式、案例分析式等教学方法讲授本课程内容。
五、时间分配（3学时）1 什么是后坐阻力？什么是后坐力？2 什么是自由后坐？什么是制退后坐？3 什么是火炮后坐时的静止性和稳定性？静止性和稳定性条件是什么？如何保障火炮后坐时的静止性和稳定性？4 什么是火炮后坐制动图？拟定后坐制动图的原则有哪些？如何制定后坐制动图？5火药气体作用系数β的物理意义是什么？实践中如何得到火药气体作用系数？6火炮发射动力学的特点是什么？火炮发射动力学研究方法与传统有何差异？第9次课(3 反后坐装置设计：3.3复进机设计，3.4制退机设计：3.4.1制退机基本工作原理)一、教学目的和要求掌握典型复进机设计方法，熟悉制退机基本工作原理。
二、教学内容纲要1复进机的作用、要求；2弹簧式复进机设计；3液体气压式复进机设计；4制退机基本工作原理、液压阻力计算。
三、重点、难点典型复进机设计，制退机基本工作原理。
四、教学方法，实施步骤根据本章课的内容特点，运用启发式、案例分析式等教学方法讲授本课程内容。
五、时间分配（3学时）序号主要内容时间1 复进机的作用、要求102 弹簧式复进机设计353 液体气压式复进机设计454 制退机基本工作原理与液压阻力计算451 复进机的主要作用有哪些？对复进机有哪些要求？2 弹簧式复进机具有哪些特点？弹簧式复进机的复进机力主要取决于哪些参数？3 液体气压式复进机有哪些特点？液体气压式复进机力主要取决于哪些参数？4 如何确定液体气压式复进机的气体初压？确定液体气压式复进机结构尺寸应遵循哪些原则？5 根据什么建立后坐部分运动速度与制退机液体流动速度之间的关系？根据什么建立制退机液体流动速度与液体压力之间的关系？制退机液压阻力与后坐部分运动速度之间是什么关系？6 如何考虑液体流动时的能量损失？7 试推导图示简单筒后坐制退机的液压阻力计算式。
第10次课(3 反后坐装置设计：3.4制退机设计)一、教学目的和要求熟悉液压制退机的基本原理及液压阻力计算式的推导、掌握节制杆式制退机设计方法。
二、教学内容纲要1液压制退机的工作实质；2节制杆式制退机液压阻力计算、流液孔计算、内腔充满条件、液压阻力系数；3 节制杆式制退机结构设计、节制杆外形调整。
三、重点、难点节制杆式制退机液压阻力计算式的推导、节制杆式制退机设计。
四、教学方法，实施步骤根据本章课的内容特点，运用启发式、案例分析式等教学方法讲授本课程内容。
五、时间分配（2学时）1液压制退机的工作实质是什么？2 复杂制退机液压阻力计算的思路是什么？3 为什么引入液压阻力系数？液压阻力系数的实质是什么？4 制退机结构设计中应注意哪些特殊问题？为什么要进行节制杆外形的调整？第11次课(3 反后坐装置设计：3.6炮口制退器设计)一、教学目的和要求了解炮口制退器的工作原理，熟悉典型炮口制退器结构和炮口制退器效率等特征量计算方法，了解炮口制退器设计思路。