60迫击炮说明书

中北大学2012届毕业设计说明书第1页共37页1绪论迫击炮是一种用座钣承受后坐力，发射尾翼弹，主要行高射界射击的曲射火炮，因具有迫近射击的特点而得名。其射角大，一般为45-85度，其弹道比榴弹炮更弯曲，这是迫击炮性能的主要特点。由于采用变装药，其弹丸的初速级多，而且高低射界大，从而使迫击炮的弹道具有高度机动灵活的性能。因此，迫击炮在战术运用上具有很多的优点。其最小射程小，适于攻击近距离遮蔽物后面和反斜面上的目标。迫击炮结构简单，机动性强。发射速度快，可作为步兵随伴武器或用于游击和特种作战。与其他火炮相比，迫击炮有以下缺点：1.远战性能差。由于迫击炮的弹道弯曲，炮弹由尾翼稳定，决定了炮弹的初速较低。因此，与同口径的其他火炮相比射程较近。2.炮弹在空中的飞行时间长，射弹散布大。因此，迫击炮一般不宜对快速运动目标和点目标射击。3.炮弹的落角大，不宜对垂直目标射击。[1][2]1.1迫击炮发展简介迫击炮是在二十世纪初形成的一个炮种。日俄战争中，俄军将47毫米海军炮装在带车轮的炮架上，增大仰角，发射超口径的长尾迫击炮弹，这便是迫击炮的雏形。第一次世界大战期间，迫击炮在战场上得到了广泛使用。1917年法军进攻爱恩河时，使用了1650门迫击炮。到1918年，由于飞行比较稳定的同口径迫击炮弹的出现，使迫击炮有了很大改进。比较典型的是法国1918年式斯托克斯81毫米迫击炮，全炮由炮身、座钣和双脚架构成。1927年法国研制成功了结构更加完善的带尾翼的迫击炮弹和斯托克斯-布朗德式81毫米迫击炮，与前任比较，主要特点是在炮身和炮架间装了缓冲机。这种迫击炮的性能比过去有较大提高，很快被世界各国所采用。由于科技和生产的发展及军队对武器性能要求的不断提高，近些年来迫击炮技术又有较大发展。主要表现在进一步增大射程，减轻炮重，适当增加弹重，使迫击炮的威力和机动性能都有较大提高。为了减轻火炮重量，提高机动性，出现了用强度较高的轻金属材料（如铝合金、钛合金）来制造迫击炮。此外，为了在不增加炮重的条件下增大射程，国外较广泛中北大学2012届毕业设计说明书第2页共37页的采用了火箭增程迫击炮弹，使射程可以增加约50%。[3]1.2身管的作用及结构特点身管作为迫击炮的主要组成部件，它的主要作用是承受火药气体压力和导引炮弹运动，赋予弹丸一定的飞行方向，一定的初速，以保证弹丸在空中飞行的稳定性，从而准确的把一定质量的炮弹抛射到一定距离的目标上。迫击炮由于弹丸初速较低，因此相应地可以采取较低的膛压和短身管。在使用同类炮身钢的情况下，迫击炮的身管壁较薄，因此整个炮身较轻。迫击炮通常以大射角射击，炮弹由炮口装填后即能以较高的落速滑到膛底，以保证有足够的底火触发能量。这样就无需采用结构复杂的炮闩和较难加工的线膛身管，给生产和使用都带来方便，而且容易达到较高的发射速度。所以对于一般口径中、小口径迫击炮来说，为了保持有高射速和简单结构，一般采用速燃的发射药和短的前装滑膛炮身。迫击炮由于发射药少、膛压低，因此它的炮身寿命显著长于一般线膛火炮的炮身寿命。到目前为止，一般都没有提出迫击炮炮身的寿命问题。[4][5]1.3身管设计的步骤（1）根据设计要求，解出内弹道数据，分别计算p-l、p-t、v-l、v-t变化规律并做出曲线图；（2）绘制发射时身管壁的高低温压力曲线，做出身管的理论强度曲线；（3）根据强度要求确定身管的理论外形；（4）根据总体要求对理论外形进行调整；（5）根据调整后的外形尺寸，校核身管的实际强度；（6）根据调整后的外形尺寸，绘制身管三维图，并计算质量；（7）绘制身管零件图[6]。1.4设计内容和目的对60mm迫击炮身管进行设计，由已知参数通过编制程序做内弹道计算，根据内弹中北大学2012届毕业设计说明书第3页共37页道数据确定身管高低温压力曲线，通过计算身管强度确定其理论外形尺寸并进行调整。绘制身管二维工程图，建立三位实体模型。通过设计，对所学知识做进一步了解，明确迫击炮身管设计的基本思路和方法。同时，在设计过程中，对其中存在的问题和不足进行更好的设计。中北大学2012届毕业设计说明书第4页共37页2内弹道计算2.1概述内弹道是研究弹丸在膛内运动规律及其伴随的射击现象的科学。研究内弹道的目的在于正确的理解并描述出火炮内弹道过程的规律性关系。根据内弹道学的基本方程求出内弹道诸元曲线。根据迫击炮的火炮弹药系统以及射击原理迫击炮具有以下一些弹道特点:1.基本装药的燃烧情况对弹道性能具有显著的影响根据迫击炮的装药结构,可以看出它的点火情况是比较复杂的,影响燃烧稳定性的因素也是比较多的,例如基本装药点燃的一致性、衬纸的强度、传火孔的面积和位置，以及辅助装药的结构等都将直接影响整个装药燃烧的一致性，从而影响射击精度。应该指出，当基本装药的火药气体流出尾管点燃辅助装药之后，由于气体的流出使管内的压力迅速下降，管内未燃完的基本装药与管外的辅助装药基本上在相同压力下燃烧。也就是说，基本装药和辅助装药在不同厚度下同时燃烧，气体生成规律是复杂的在这种装药结构的情况下，一方面由于所用的火药都很薄，另一方面由于基本装药仅占全部装药的一小部分，基本装药在点燃辅助装药以后的燃烧情况不会对射击过程产生显著的影响，所以在进行内弹道分析解法时我们可以近似假定基本装药是瞬时燃完的。在燃完的瞬间火药气体即冲出传火孔并使辅助装药全面点火，与此同时弹丸开始运动。[7][8]2.迫击炮火药具有它的特点如前所迫击炮是用同一种火药的等重药包来得到不同等级初速的。因此为了保证最小号装药在膛内燃烧结束，全装药的燃烧结束位置距炮尾必须很近，为此，迫击炮火药都是燃速较大的薄火药，也就是Ik很小的火药。解法的计算结果也证明，在这样的装填参量情况下，全装药燃烧结束的位置几乎同最大压力的位置完全重合。3.在射击过程中有气体流失中北大学2012届毕业设计说明书第5页共37页由于迫击炮弹的定心部和膛壁之间有一定的间隙，所以在整个射击过程中，随着弹丸的运动，火药气体将不断地从间隙流出，它的秒流量应该按式(2-1)进行计算，即pASm2(2-1)式中S即为间隙面积，它是炮膛断面积S和弹丸定心部断面积S1的差值。1SSS(2-2)为相对温度。由于迫击炮的气体流出量很小，所以可以取1，则相对流出量应表示为tpdtASy02如果假定火药燃烧速度定律是正比的，在第一时期，则有ZZIASkk2(2-3)式中kkIAS2代表火药燃烧结束瞬间的相对流出量。一般迫击炮的k都很小只有百分之几。但在整个射击过程中，即弹丸达到炮口瞬间的相对流出量则增加到g左右。显然气体的流出就意味着能量的额外消耗，流出量的变化又将直接影响最大压力和初速的变化从而影响射击精度。[9][10][11]4.迫击炮具有较大的热散失迫击炮的装填密度小，相对说来药室容积较大，所以当基本装药燃烧所生成的气体从传火孔流出时，迅速地膨胀而冷却，同时由于药室内的金属表面积很大（其中包括定心部后面的弹体和炮膛的表面积，尾管内外表面积以及尾翼表面积），而弹丸运动又较慢，因而火药气体与炮膛表面有较长的接触时间。在这种情况下，热的散失当然要比一般火炮大得多。目前这种热散失可利用测压方法进行间接计算即在同样的装填结构情况下,用测压器测量基本装药燃完瞬间的最大压力值1mp然后按下式直接算出火药力1f中北大学2012届毕业设计说明书第6页共37页10111mpf(2-4)式中010/V代表基本装药在整个药室容积中的装填密度,0V为药室容积。1代表基本装药的余容。这样算出来的1f称火药力换算值。一般说来它比真实火药力f小1/4到1/3。这种方法实质上就是利用减小基本装药火药力的方法来修正热散失，当然，这种方法仅考虑到射击过程开始阶段的热散失修正，而没有考虑到弹丸运动之后全过程的修正，这是不够完善的。应该指出，在弹丸运动之后，膛内金属表面已经变热，再加气体从间隙流出，对炮膛前部分的表面实际上起了预热的作用，因此可以认为这部分的热散失可以略而不计。5.次要功计算系数也有它的特点根据迫击炮的弹道特点，次要功计算系数同一般火炮比起来，也应该有一定的特点。一般火炮次要功计算系数的定义为54321KKKK(2-5)现在我们就按照迫击炮的特点分析各个iK值。由于迫击炮没有弹丸旋转的功，摩擦功也很小，可以略而不计。所以mKKK3/0,0132。，由于迫击炮的m/很小，一般所计算出的4K并不超过0.01，所以也可以取04K。所有这些次要功系数的特点，正体现了迫击炮的弹道特点。在实际的弹道解法中，常常是当作经验系数来处理，常取1或略大于1的数值.这与计及5K所求得的值仍很接近。为了进行内弹道计算，必须将体现射击现象物理实质的方程组综合进行计算。在建立内弹道方程组时，只能根据现有的认识水平来分析膛内的各种矛盾，并抓住其中的主要矛盾来建立方程组，对于一些次要矛盾则忽略不计。因此，为了进行内弹道计算，必须提出以下假设:2.2内弹道基本假设(1)尾管未破孔以前，基本装药在尾管内定容燃烧，打开传火孔之后，燃气从尾管中北大学2012届毕业设计说明书第7页共37页中流出并点燃辅助装药。在基本装药未燃完前，按基本装药和辅助装药构成的混合装药处理。基本装药燃完后，辅助装药单独燃烧，直至燃完。(2)基本装药和辅助装药按各自燃烧规律燃烧，燃烧公式采用指数燃烧定律。(3)热损失不作直接计算，以减小火药力的方法，间接修正热损失的影响。(4)气体从间隙中流出时，满足临界状态的条件。2.3火药几何燃烧规律（1）装药的所有药粒具有均一的理化性质，以及完全相同的几何形状和尺寸。（2）所有药粒表面都同时着火。（3）所有药粒具有相同的燃烧环境，因此在燃烧面各个方向上燃烧速度相同。2.4混合装药计算第一种火药的装药量为1,第二种火药的装药量为2，则总装药量为：21(2-6)各火药在总装药中所占的比例为11(2-7)22(2-8)则有121(2-9)Z1和Z2分别表示各单一火药的已燃相对厚度，则Z1=111ee(2-10)Z2122ee(2-11)对于大多数的混合装药，两种火药的理化性能接近，它们的燃速系数和火药力差别并不大，因此取中北大学2012届毕业设计说明书第8页共37页21uu(2-12)2211fff(2-13)2.5内弹道方程组1）火药几何燃烧定律方程2=Z1+)ZZ（火药的形状特征量：111be1ce12)体现火药燃烧时气体生成规律的速度燃烧定律的方程11dZdtnupe(2-14)3)体现弹丸运动以及考虑各种次要功的弹丸运动方程mdvspdt(2-15)4)体现弹丸速度和行程关系的方程dlvdt(2-16)5)体现膛内气体状态以能量转换过程的内弹道学基本方程2()2Spllfmv(2-17)式中：0111(1)nniiiiiipill中北大学2012届毕业设计说明书第9页共37页1k上述方程是在上述假设基础上建立起来的，组成了内弹道方程组，把以上方程通过数学变换可以得到以下方程组：(1)喷口未打开前，基本装药定容燃烧的计算公式1001010102141111ZpfgTKg(2-18)式中dV/11,ω1为基本装药的装药量,dV为尾管容积,TKp为破孔压力,1,1为基本装药的形状特征量，g为火药密度。(2)基本装药和辅助装药混合燃烧阶段基本方程llpvvpSCvlZZZZZZpBZpBZAnntddtdd2tdd11tddtddtddtdd2tddtdd2tddtdd2tdd2tdd222212211111112