内弹道设计与装药设计

(7)ηω线：在vg给定的情况下，ηω相当于ω／ｍ轴上的倒数值，沿ω ／ｍ轴向上，ηω值减小。 (8) ηg线：当保持Δ不变的条件下，随着ω／ｍ增加而增加，而对于 同一条的等ηg线上，必有一个最小的ω／ｍ相对应。
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五、内弹道设计步骤
1、 起始参量的选择 (1) 最大压力pm的选择 (2) 药室扩大系数χk的确定 (3) 火药类型的选择
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① 一般选用制式火药， ② 以火炮寿命和炮口动能为依据，选取燃温和能量相当的火药 ③ 火药的力学性质是初选火药的重要依据 ④ 要满足膛压、速度和温度系数要求
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(1) 装填密度Δ的选择。 (2) 相对装药量ω／ｍ的选择。 (3) 根据选定的Δ、ω／ｍ计算装药量ω、药室容积V0和次要功计算
g f ( pm , , g )
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所以在指定了Δ、ω/ｍ后，即可计算出药室容积V0。有了Λg和V0这 些基本的构造诸元，其他量就不难根据火炮膛内的简单的几何关系去 求解了
lg
l0 g
V0 S
g
l l0
V 0 k
由此可见，内弹道设计基本方程是解出膛百度文库构造诸元和装填条件之间
确定武器的战术技术要求以后，就可以在这个基础上确定出武器的口 d、满足战术技术要求的最大射程Xm和弹丸击中目标时所必须
有的动能或炸药量。
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在口径d、弹丸质量m确定之后，又可根据弹丸的性质选取合理的弹 形，确定出弹形系数i，从而计算出弹道系数C。
在外弹道设计完成之后，即进入内弹道设计阶段。根据外弹道设计确 定出的口径d、弹重m和初速v0作为起始条件，利用内弹道理论，选 择适当的最大压力pm、药室扩大系数χk以及火药品种，计算出满足 上述条件的优化的装填条件和膛内构造诸元 。
关系的一个基本方程。当指定Δ和ω/ｍ这两个量后，即可通过此式 计算出所有膛内构造诸元 .
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三、设计方案的评价标准
1、火药能量利用效率的评价标准 在武器中火药能量是不是能够得到充分利用，显然应当作为评价武器 性能的一个很重要的标准，即有效功率
k
f
1
g
ηω或γg应该越大越好。在一般火炮中γg的数值约在0.16～0.30之 间。
第五章 内弹道设计与装药设计
第一节 内弹道设计 第二节 内弹道优化设计 第三节 装药设计
第一节 内弹道设计
本节将介绍内弹道设计的基本方法和几种典型武器的内弹道设计特 点。
一、引言
武器弹药系统设计的最基本的战术技术指标是武器的射程、弹丸的威 力、射击精度和武器的机动性能。
在战术技术论证时，必须根据具体情况进行全面考虑，分析各种矛盾， 找出其主要矛盾，提出合理的战术技术要求。
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4、炮口压力 在射击过程中，当弹丸离开炮口以后，膛内火药气体仍具有较高压力 (50～100 MPa)和较高温度(1 200 ～1 500K)并以很高的速度 向外流出。流出的火药气体猛烈地冲击炮口附近的空气，使空气受到 突然的压缩，因而在炮口附近产生了空气密度和压力的突跃，形成了 强度很高的炮口冲击波及声响。很显然炮口压力越高，冲击波的强度 也越大，因此过大的炮口压力所产生的冲击波将对炮手身体发生有害 的影响，而这种影响随着口径增大更为显著，所以在方案选择时不能 不给予炮口压力有一定的限制，把这种有害的影响尽可能减小。
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3、火药相对燃烧结束位置的特征量ηk
若弹丸行程长为lg，火药燃烧结束位置为lk，则火药相对燃烧结束位
置ηk定义为
k
lk lg
在选择方案时，一般火炮的ηk应小于0.70；而对于步兵武器，则由 于药粒较小，制造时药粒厚度的相对误差较大，故一般要求ηk应小 于0 60；加农炮的ηk在0.50～0.70之间。由于榴弹炮是分级装 药，考虑到小号装药也能在膛内燃烧完，所以榴弹炮全装药的ηk约 在0.25～0.30之间。
系数φ (4)通过内弹道方程组，求出满足给定最大膛压pm的火药弧厚值2e1。 (5)求出满足给定初速的弹丸相对全行程长Λg (6)求出炮膛工作容积Vg及弹丸行程全长lg (7)求出药室的长度
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六、加农炮内弹道设计的特点
1、 在内弹道性能方面 火炮初速较大 2、在装填条件方面 加农炮的装填密度都比较大 3、 在火炮膛内结构方面 长身管小药室
5、 影响点火的其他因素 6、 低压火炮的点火问题
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五、装药设计安全性评估
1、 膛内压力波的产生 2、 装药设计因素对压力波的影响 3、 压力波敏感度曲线 4、 装药安全性的评估方法
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在理想的没有压力波的情况下，膛底压力总比药室前端压力大，所以 压力差曲线就不存在波动现象，见图。在一般情况下膛内存在压力波 动，图表示了一种典型的膛内压力曲线和压力差曲线。
2、内弹道方案的计算步骤
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从内弹道设计角度来看，提高最大压力是有利的。但是随着pm的提 高，对火炮及弹药的设计带来了不利的影响。 ① 身管的壁厚要相应地增加，炮尾或自动机的结构尺寸也相应增大， 因而使炮身的质量增加，影响到武器的机动性。 ② 增加了作用在弹体上的力。 ③使得作用在炸药上的惯性力也相应增加。 ④药筒或弹壳的变形量也就增大，可能造成抽筒的困难。 ⑤作用在膛线导转侧上的力也相应增加，因而增加了对膛线的磨损， 使武器寿命降低。
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但在内弹道设计方案中，着重考虑以下一些影响寿命的因素作为方 案选择的依据。 (1) 最大压力。 (2) 装药量。 (3) 弹丸相对行程长 对于武器寿命的计算提出以下半经验半理论的公式
N tj
K'
g 1
m
作为评价弹道方案的相对标准。从保证良好寿命来说应选择Ｎｔｊ最 大的方案。
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二、装药设计的一般步骤
1、分析武器的战术技术要求和制定装药设计任务书。 2、火药设计 3、 装药的内弹道设计 4、 装药结构设计 5、装药试制
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三、装药结构及分类
由于武器性能的不同，装药结构也不相同，根据目前的一些制式武器 的装药结构，可以概括地区分为如下几种类型： 1、 步兵武器的装药结构 2、 药筒定装式火炮装药结构 3、 药筒分装式火炮装药结构 4、药包分装式火炮的装药结构 5、 刚性模块组合装药结构 6、 迫击炮的装药结构 7、 无后坐炮装药结构
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最小号装药设计的具体步骤如下： (1) 计算出最小号装药的装药量ωn (2) 由已知弹丸质量m计算次要功计算系数φn (3) 根据选定的最小号装药的火药类型，考虑到热损失的修正，确定
(4) 由选定的Δn，vgn和Λg，利用内弹道方程组进行内弹道符合 计算，确定最小号装药的最大膛压pmn和选用的火药的弧厚2e1n
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2、炮膛工作容积利用效率的评价标准 在射击过程中，膛内火药气体的压力是变化的，而p－l曲线下面的面 积则反映了压力曲线变化的特点和做功的大小。如图
压力曲线下的面积在这个矩形面积中所占有的比例也就是ηg
g
pcp pm
lg pdt
0
lg
一般火炮的ηg约在0.4～0.66之间
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在确定了内弹道设计方案之后，还应该对该方案作出正面问题的解， 求出压力曲线和速度曲线。这些曲线和内弹道设计出的构造诸元及装 填条件又是进一步设计炮身、炮架以及弹药的依据
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二、内弹道设计基本方程 典型的内弹道设计问题可以归纳为在已知的火炮口径d、
弹丸质量m和弹丸初速v0的条件下，选择适当的最大压 力pm、药室扩大系数χk以及火药品种，然后计算出能满 足上述条件的膛内构造诸元和装填条件。 当火药性质一定时，Λg应该是pm、Δ和φγg的函数，即 表示了在给定初速vg、最大压力pm的情况下，构造诸元 和装填条件之间的函数关系，这就是内弹道设计的基本方 程。通过对该方程的求解，我们就可以得到一系列的内弹 道设计方案。
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(4) 等相对燃烧结束位置: 将Δ－ω／ｍ平面图上每一点Λk和Λg求
出之后，即可求出该点的k=Λk/Λg值
(5) 等寿命(N)线：只要在Δ－ω／ｍ的平面图上每点Λ g 之后，即可作出N线，寿命N随ω／ｍ的增加而减小。
(6) Δ 线表明B随Δ增加而增加，接近直线关系。
B仅是Δ的函数。图
四、内弹道设计指导图与最小膛容
内弹道设计指导图就是根据炮膛构造诸元和装填条件的内在联系， 作出它们之间互相联系的几何图线，以达到指导弹道设计的目的。
Vnt m
V0 m
( g
1)
Vnt是炮膛容积.以ω／ｍ和Δ作为曲线的坐标，将膛内构造诸元、装 填条件及其他一些弹道参量随ω／ｍ和Δ的变化规律绘成曲线，这样 的图线称为指导图。
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确定设计变量一般要注意以下原则： (1) 设计变量应该是相互独立的变量。 (2) 设计变量的取值范围应该是有限的。 (3) 设计变量应是对目标函数有着矛盾的影响，且影响较大的那些变
量。
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约束条件： (1) 最大压力pm (2) 最大的装填密度Δ (3) 最大的药室容积V0 (4) 最大的炮身全长Lsh (5) 炮口初速vg
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以下分别来讨论图形中的各种曲线的物理意义。 (1) 等膛容(Vｎｔ/ｍ)线：这种图线接近卵形，同一卵形线上的膛容 都相等，卵形越大，膛容也越大。卵形线中间的M0点代表的膛容为 最小，所以M0点所对应的方案称 为最小膛容方案。膛容变化规律是以最小膛容M0点为中心，离M0点 越远，膛容也就越大. (2) 等药室容积(V０/ｍ)线：从原点引出的与Δ轴成一定角度的直线 都是等药室容积线，凡在同一条直线上的V０/ｍ都相等。 (3) 等弹丸相对行程长(Λg)线：由于V0/ｍ越往左上方越大，所以 Λg越往左上越小，越往右下方，则Λg越大。
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七、榴弹炮内弹道设计的特点
对同一距离上的目标射击，弹丸落角的大小是和弹丸的初速及火炮的 射角有关，射角大，落角也大，所以榴弹炮的弹道比较弯曲。同时为 了有效地支援步兵作战，要求榴弹炮具有良好的弹道机动性，也就是 指在火炮不转移阵地的情况下，能在较大的纵深内机动火力。
榴弹炮的弹道设计应该包括以下三个步序： 1、全装药设计 2、最小号装药设计 3、 中间号装药的设计
(5) 计算厚火药的弧厚2e1m (6) 厚火药弧厚的校正计算。
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八、枪的内弹道设计特点
具有较大的弹重系数方面。 具有较大的相对身管长度Ｌ 药室容积和药室长度减小
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第二节 内弹道优化设计
一、优化设计的目的 二、优化设计步骤
1、建立内弹道设计数学模型 2、 确定设计变量 3、 建立约束条件 4、 选择目标函数 5、 选择优化设计方法
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3、 强迫点火理论和点火强度指标
① 点火药气体压力平均最大值pB。 ② 点火时间tB。 ③ 点火药气体压力曲线上升的趋势。
④ 装药单位表面积所吸收的热量q1。 ⑤ 点火压力曲线的集束性。
4、 辅助点火药包的设计 （1）点火药种类的选择。 (2) 点火药量的选择。 (3) 辅助点火药位置的选择。
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在内弹道优化设计中通常下列这些参数被用作目标函数： (1) 初速vg (2) 有效功率γg (3) 装药利用系数ηω (4) 炮膛工作容积利用效率ηg (5) 工作膛容Vg
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第三节 装药设计
一、火药装药及装药元件
装药通常是由以下的装药元件组成： 1、 发射药 2、 点火药 3、 其他元件
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四、装药中的点火系统设计
1、 点火器材 (1) 药筒火帽。 (2) 底火。 (3) 辅助点火药。
2、 点火过程 依其作用次序分成四个阶段： (1) 点火剂的引发。 (2) 辅助点火药的燃烧。 (3) 辅助点火药燃烧产物沿装药表面的传播。 (4) 装药中药粒表面的加热和点燃。
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5、武器寿命 武器的寿命通常是以该武器在丧失一定战术和弹道的性能以前所能射 击的发数来表示。这里所指的弹道性能通常是： (1) 弹丸射击的密集度ＢZ×BS增大至八倍。 (2) 弹丸初速降低10%，对高射炮和海军炮来说，降低5%～6%。 (3) 射击时切断弹带。 (4) 以最小号装药射击时不能解除引信保险的射弹数超过了30 %