火炮发射动力学概论第1讲-2010
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最大射程纵向密集度一般用距离中间偏差描述：
Ex 0.6745
x x
i 1 i
N
2
N 1
最大射程横向密集度一般用横向中间偏差描述：
Ez 0.6745
z z
i 1 i
N
2
N 1
近似的简易统计方法
xi , zi ：第i发弹着点坐标， x , z ：平均值
在实际使用时，纵向密集度表示为：
0.33 0.3 0.27 0.24
max/o
0.21 0.18 0.15 0.12 0.09 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
40
Ite ration Numbe r
1.2 火炮动力学的发展阶段及其特点
刚性系统、静态力学 以提高火炮首发命中概率为主要目标
比较完整的火炮和弹丸运动方程 系统、全面地研究火炮系统的振动问题 火炮虚拟样机技术
Dx 1 x E x
其中[.]表示取整运算，现代榴弹炮的纵向密集度一般 小于1/280,例如PzH2000为1/330，M106A6为1/210 在实际使用时，横向密集度一般用多少mil表示：
Ez 6000 Dz x 2
华约标准
现代榴弹炮的横向密集度一般小于1mil
实例说明
第一章
• • • •
绪论
火炮发射动力学研究的目的和意义 火炮发射动力学的发展阶段及其特点 火炮发射动力学模型与计算机程序 火炮发射动力学与虚拟样机技术
1.1
火炮发射动力学研究的目的和意义
1.1.1 火炮射击精度 1.1.2 火炮发射时的稳定性和安全性
1.1.3 火炮总体参量优化与匹配
1.1.1 火炮射击精度
43
45 45 43
830
897 820 827
14811350
18103702.5 15129000 14704473.5
9500
13500 9200 11900
1559.089
1341.015 1644.457 1235.67
1.1.3 火炮总体参量优化与匹配
以火炮发射动力学模型为伴 随条件，利用现代优化理论，建 立多目标多变量的优化模型，寻 求火炮总体结构参数和物理参数 的合理匹配和优化，为火炮武器 系统的总体方案和总体设计提供 决策依据，可以避免设计的盲目 性和设计失误，这对火炮设计具 有重要的指导意义，也是火炮工 作者长期以来一直关心的热点问 题之一。
M777(3175kg)
火炮 59-130J
弹重(kg) 初速(m/s) 炮口动能（J） 全炮重(kg) 金属利用系数 33.4 930 14443830 7700 1875.822
59-152J
M777 M114 M198 GC45 FH70
43.56
45 43 43 45 43
770
827 564 827 897 827
（1）研究方法：刚性系统和静力学
在最初的火炮设计中，无论是载荷计算和强度计算，还是 火炮发射动力学特性分析，都假设火炮为刚性系统，即以刚体 静力学作为火炮设计的理论基础。当然，也局部考虑了火炮系 统运动的惯性力和有关的振动问题。这种分析计算结果与实际 情况相差较大，所设计的火炮往往重量较大，射击精度较差， 难以满足战术技术要求。
1.1.2 火炮发射时的稳定性和安全性
减轻火炮重量，提高火炮机 动性，保证火炮发射时的安全性 和可靠性是火炮发射动力学研究 的另一重要目的。通过求解火炮 动力学方程组获得火炮主要零部 件的受力，如后坐阻力，摇架耳 轴受力，履带张力等动力谱，为 火炮零部件的结构分析和强度设 计提供了可靠的动力谱，为减轻 火炮重量和提高火炮机动性、保 证火炮的安全性和可靠性提供了 理论依据。
（2）处理的问题
主要研究火炮跳角形成原因和影响因素、跳角的试验测定 方法和理论计算方法、跳角与射弹散布的关系，从而为射表编 制和散布分析提供必要的理论基础。以火炮实弹射击试验为主， 研究对象以坦克炮和反坦克炮等平射火炮系统。在理论计算上 一般从单因素分析出发，进行火炮振动与跳角关系的研究。
（1）研究目标：以提高火炮首发命中概率为主要目标。
射击精度=射击准确度+射击密集度
射击准确度：平均弹着点与目标预期命中点间的偏差。
影响环节：定位定向系统、目标探测系统、火控系统、 瞄准系统等。
射击密集度：弹着点对平均弹着点的集中程度。 对（加）榴弹炮、迫击炮等地面火炮，射击密集度一 般用地面密集度（最大射程纵向和横向密集度）和立 靶密集度表示。
wk.baidu.com
坦克炮、反坦克炮、高炮一般用立靶密集度表示
影响火炮射击精度的主要因素： 瞄准误差 气象观测误差 测地误差 装填条件：弹和药 操作误差 高低机和方向机的空回 炮口扰动 随着科学技术的发展和新技术的大量应用，火控系统、观 察测量系统大大提高了目标瞄准、目标探测、气象观测、目标 测距的精度，新工艺、新设备、计算机也大大减小了弹炮产品 的固有误差，手工操作的人为误差也相应减少，高低机和方向 机的空回也得到有效的控制，在这种情况下，如何揭示炮口扰 动的物理规律及其影响因素，成为火炮动力学的重要研究内容。
主要考虑弹炮间隙、膛压、弹重、弹炮摩擦、弹丸质量偏 心、弹带力矩等因素。建立的力学模型将火炮和弹丸分开考虑 的，即把弹丸当作质点处理或者假设弹丸运动条件已知来研究 火炮运动，或者假定火炮运动已知来研究弹丸运动，没有考虑 弹丸和火炮的相互耦合相互影响。
（2）处理的问题
在试验设备与计算技术方面，主要是考虑火炮振动的测试、 计算技术和方法。火炮科技人员用大量的事实证明，在火炮设 计时仅仅进行静态分析和计算，或者单纯地考虑某一部件的振 动是远远不够的。
（1）研究水平
建立了比较完整的火炮和弹丸运动方程，编制了比较完 善、比较实用的计算机程序。研制了一批测量火炮运动和弹丸 膛内运动的试验设备。用先进技术和设备测得的试验结果与理 论分析结果进行比较，进一步改善理论模型，使之更符合实际。
12913362
15388402.5 6839064 14704473.5 18103702.5 14704473.5
7700
3175 5800 7154 10040 9300
1677.06
4846.741 1179.149 2055.42 1803.158 1581.126
TR
G5 M71 FH77B
Ex 0.6745
x x
i 1 i
N
2
N 1
最大射程横向密集度一般用横向中间偏差描述：
Ez 0.6745
z z
i 1 i
N
2
N 1
近似的简易统计方法
xi , zi ：第i发弹着点坐标， x , z ：平均值
在实际使用时，纵向密集度表示为：
0.33 0.3 0.27 0.24
max/o
0.21 0.18 0.15 0.12 0.09 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
40
Ite ration Numbe r
1.2 火炮动力学的发展阶段及其特点
刚性系统、静态力学 以提高火炮首发命中概率为主要目标
比较完整的火炮和弹丸运动方程 系统、全面地研究火炮系统的振动问题 火炮虚拟样机技术
Dx 1 x E x
其中[.]表示取整运算，现代榴弹炮的纵向密集度一般 小于1/280,例如PzH2000为1/330，M106A6为1/210 在实际使用时，横向密集度一般用多少mil表示：
Ez 6000 Dz x 2
华约标准
现代榴弹炮的横向密集度一般小于1mil
实例说明
第一章
• • • •
绪论
火炮发射动力学研究的目的和意义 火炮发射动力学的发展阶段及其特点 火炮发射动力学模型与计算机程序 火炮发射动力学与虚拟样机技术
1.1
火炮发射动力学研究的目的和意义
1.1.1 火炮射击精度 1.1.2 火炮发射时的稳定性和安全性
1.1.3 火炮总体参量优化与匹配
1.1.1 火炮射击精度
43
45 45 43
830
897 820 827
14811350
18103702.5 15129000 14704473.5
9500
13500 9200 11900
1559.089
1341.015 1644.457 1235.67
1.1.3 火炮总体参量优化与匹配
以火炮发射动力学模型为伴 随条件，利用现代优化理论，建 立多目标多变量的优化模型，寻 求火炮总体结构参数和物理参数 的合理匹配和优化，为火炮武器 系统的总体方案和总体设计提供 决策依据，可以避免设计的盲目 性和设计失误，这对火炮设计具 有重要的指导意义，也是火炮工 作者长期以来一直关心的热点问 题之一。
M777(3175kg)
火炮 59-130J
弹重(kg) 初速(m/s) 炮口动能（J） 全炮重(kg) 金属利用系数 33.4 930 14443830 7700 1875.822
59-152J
M777 M114 M198 GC45 FH70
43.56
45 43 43 45 43
770
827 564 827 897 827
（1）研究方法：刚性系统和静力学
在最初的火炮设计中，无论是载荷计算和强度计算，还是 火炮发射动力学特性分析，都假设火炮为刚性系统，即以刚体 静力学作为火炮设计的理论基础。当然，也局部考虑了火炮系 统运动的惯性力和有关的振动问题。这种分析计算结果与实际 情况相差较大，所设计的火炮往往重量较大，射击精度较差， 难以满足战术技术要求。
1.1.2 火炮发射时的稳定性和安全性
减轻火炮重量，提高火炮机 动性，保证火炮发射时的安全性 和可靠性是火炮发射动力学研究 的另一重要目的。通过求解火炮 动力学方程组获得火炮主要零部 件的受力，如后坐阻力，摇架耳 轴受力，履带张力等动力谱，为 火炮零部件的结构分析和强度设 计提供了可靠的动力谱，为减轻 火炮重量和提高火炮机动性、保 证火炮的安全性和可靠性提供了 理论依据。
（2）处理的问题
主要研究火炮跳角形成原因和影响因素、跳角的试验测定 方法和理论计算方法、跳角与射弹散布的关系，从而为射表编 制和散布分析提供必要的理论基础。以火炮实弹射击试验为主， 研究对象以坦克炮和反坦克炮等平射火炮系统。在理论计算上 一般从单因素分析出发，进行火炮振动与跳角关系的研究。
（1）研究目标：以提高火炮首发命中概率为主要目标。
射击精度=射击准确度+射击密集度
射击准确度：平均弹着点与目标预期命中点间的偏差。
影响环节：定位定向系统、目标探测系统、火控系统、 瞄准系统等。
射击密集度：弹着点对平均弹着点的集中程度。 对（加）榴弹炮、迫击炮等地面火炮，射击密集度一 般用地面密集度（最大射程纵向和横向密集度）和立 靶密集度表示。
wk.baidu.com
坦克炮、反坦克炮、高炮一般用立靶密集度表示
影响火炮射击精度的主要因素： 瞄准误差 气象观测误差 测地误差 装填条件：弹和药 操作误差 高低机和方向机的空回 炮口扰动 随着科学技术的发展和新技术的大量应用，火控系统、观 察测量系统大大提高了目标瞄准、目标探测、气象观测、目标 测距的精度，新工艺、新设备、计算机也大大减小了弹炮产品 的固有误差，手工操作的人为误差也相应减少，高低机和方向 机的空回也得到有效的控制，在这种情况下，如何揭示炮口扰 动的物理规律及其影响因素，成为火炮动力学的重要研究内容。
主要考虑弹炮间隙、膛压、弹重、弹炮摩擦、弹丸质量偏 心、弹带力矩等因素。建立的力学模型将火炮和弹丸分开考虑 的，即把弹丸当作质点处理或者假设弹丸运动条件已知来研究 火炮运动，或者假定火炮运动已知来研究弹丸运动，没有考虑 弹丸和火炮的相互耦合相互影响。
（2）处理的问题
在试验设备与计算技术方面，主要是考虑火炮振动的测试、 计算技术和方法。火炮科技人员用大量的事实证明，在火炮设 计时仅仅进行静态分析和计算，或者单纯地考虑某一部件的振 动是远远不够的。
（1）研究水平
建立了比较完整的火炮和弹丸运动方程，编制了比较完 善、比较实用的计算机程序。研制了一批测量火炮运动和弹丸 膛内运动的试验设备。用先进技术和设备测得的试验结果与理 论分析结果进行比较，进一步改善理论模型，使之更符合实际。
12913362
15388402.5 6839064 14704473.5 18103702.5 14704473.5
7700
3175 5800 7154 10040 9300
1677.06
4846.741 1179.149 2055.42 1803.158 1581.126
TR
G5 M71 FH77B