高膛压火炮火炮单筒身管设计

高膛压火炮火炮身管设计
1.任务要求
根据下列参数开展单筒身管设计：
口径d：105mm
炮膛截面积S: 88.2cm2
药室容积W0 : 2507cm
身管长度：37d
弹丸行程打:3510mm
弹重：14.97kg
初速：616m/s
常温(21C)最大平均膛压(铜拄)：320MPa
最大(-51 C〜60C)单发膛压(铜拄)：393MPa
2.设计过程
(1)绘制咼低温压力曲线
各种温度t下的测压器最大压力公式
卩鳥⑴=(1 0.00505 ：t) P m(t) (1) 各种温度t下的内弹道最大压力公式
t 1.065「t . t
P m —P m(T) — 1.055P m(T) ( 2)
1乜巴
q
火炮在作战条件下使用时，装药温度受气温影响很大，为了保证安全，身管设计压力曲线就要考虑装药温度的变化。

这里采用的温度范围是：常温21C,高温63 C，低温-40 C。

在高温63C和低温-40 C的情况下，最大压力的可能变化范围可由上述公式(1)计算得到。

利用式(1)和(2)可以计算出这两个温度的最大膛底压力p t；3和p t：°的值。

并将内弹道计算得出的平均压力的高低温曲线p -l换算成弹底压力曲线
p d -L o根据计算得出的数据，绘制出常温、高温、低温下的压力曲线，从外往内分别为膛底压力曲线、平均压力曲线、弹底压力曲
图1常温（21 C ）时的压力曲线
图2高温（63 C ）时的压力曲线
线: 350
300
250
.
a H
M b —
200 -
150 -
100
50
L(cm)
)
3
P M . b
L(cm)
图3低温（-40C ）时的压力曲线
再根据已经得出的常温、高温、低温下的弹底压力曲线，绘制出身管的高低 温压力曲线，如下图所示：
图4高低温压力曲线
50
100
150
200
250
300
350
400
250
00
2 50
^1 00
^1 50
Mb —
上图中曲线即为求出的高低温压力曲线。

从上图可以看出，当温度t=63 C 时，燃烧结束点靠近药室底部；当温度t=-40 °C时，燃烧结束点靠近炮口；并可得出高低温压力曲线变化规律：
(1)由L = 0到L= L m631.5d的压力曲线变化规律是线性的，用p t：3到p d m3的直线表示。

⑵由L = L m631.5d到L = L k63的压力曲线变化规律是线性的，用P d；3到P dk53
的直线表示。

(3)由L = L k63到L = L k40的压力曲线变化规律用曲线p dk - L 表示。

⑷由L二L k40到L二L g的压力曲线变化规律用曲线p；0- L表示。

(2)绘制身管理论强度曲线
身管弹性强度极限是身管强度设计的基本依据。

在设计时，根据设计压力和选取的安全系数所求出的身管可能承受的最大内压即为身管的理论弹性强度极限。

由于身管各横截面的设计压力和身管各部要求的安全系数不尽相同，因此各横截面的理论弹性强度极限也不相同。

绘出身管理论强度极限曲线，如下图所示，其中，曲线2即为身管理论强度极限，曲线1为高低温压力曲线
500
2
400 -
\lapMbl 30
200 -
100 -
0■~~r" | " 1 " 1 1
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
L(mm)
(3)确定身管的理论外形
初步设计时，可先确疋药室部、最大圧力部和炮口部二个部位的外径。

在药室部和炮口部各取若干点，加上最大压力点，计算其理论外径。

根据各处的内径d!，材料比例极限Cp和身管理论强度极限R可计算d2 o
表1身管理论外形表
L(mm) n 强度极限(MPa) d1(mm) d2(mm)
0 1 425.3 110.64 169.4
341.3 1 412.3 107.57 162
386.1 1 410.6 107.57 161.7
386.1 1.1 451.7 107.57 170.5
684.6 1.1 439.7 105 163.8
1459.3 1.3 162.1 105 121
2710.3 1.64 95.94 105 114
3122.3 1.75 82.4 105 112.7
3336.3 1.81 77.8 105 112.2
3457.3 1.84 75.6 105 112
3580.3 1.875 73.7 105 111.8
3702.3 1.9 71.25 105 111.6
3826.3 1.9 68 105 111.25
3852.3 1.9 67.45 105 111.2 根据总体要求和身管与各部件的连接对理论外形进行调整，将调整前和调整后的身管理论外形曲线进行比较，结果如下图，其中，曲线1为调整前，曲线2 为调整后。

190
180
170
160
150
140 -
130
120 110 -------
100 -
90 -
80 -
70 -
60 -
50 -
40 -
30 -
20 -
10 -
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
L(mm)
(4)身管强度的计算
首先需要建立模型，由于身管在圆周的各个方向受力可视为完全相等, 可
以将模型简化，只取出身管的纵向截面来考虑。

选择网格的单元长度为采用四
边形、映射网格划分。

h'mnfin
ANSYS
JLU 10 3008
玄4莪：曙
图3.2 身管底部网格划分
最后得出身管上的应力曲线如下:
STBF-1
STUB -1
TTEa-1
MTH M9T
]110£=3953
hunjim
ANSYS
因此
2mm
从图中可以清楚地看出，最大应力值为1198.49MPQ由于材料比例极限选取为1200MP©故强度符合要求。