课程设计说明书课程名称：59式130mm杀爆弹弹药系统分析设计专业：弹药工程与爆炸技术班级：13600102学号：1360010217学生姓名：高天宇指导教师姓名：焦志刚崔瀚能源与水利学院2016.06.0511指导教师（签名）：教研室主任（签名）：年月日年月日摘要炮弹设计理论课设所涉及的相主要内容是，弹丸发射安全性及堂内运动真确性分析、弹丸的飞行稳定性能设计、威力的设计。

从以上三方面来进行全面系统的分析与计算，对76mm弹的各各战术技术指标进行规范的设计。

从而把自己专业课和其他有关的内容书籍，都进行了复习，把以前学过的知识有全面的梳理。

炮弹设计理论课设的必须要有一定的基础知识，在计算弹体应力时，一定要有很好的数学知识，力学知识，计算飞行稳定性时，还要有外弹道的基础知识。

分析弹丸在外弹道飞行时所受空气动力和力矩。

根据有关强度理论对弹体进行校核，采用布林克法，将弹体简化成为无限长壁厚圆筒，并将弹体分成若干断面，计算每个断面内表面的三向主应力，用第二强度理论校核弹体内表面的强度。

对弹丸头螺进行分析和计算，用差值法对外弹道的五个参量进行计算，接着是对弹丸飞行稳定性进行分析，其中包括急螺稳定性和追随稳定性。

最后我对弹丸的杀伤威力和杀伤面积进行了计算。

我们始终本着，任何性能良好地弹丸满足的三要素，在膛内运动的正确性，安全可靠；在飞行中阻力小，稳定性好；在目标区域作用可靠，威力大。

（也就是我们常说的稳、准、狠。

）目录摘要 (Ⅰ)1 弹丸结构总体设计分析 (1)2 弹丸发射强度计算与分析 (2)2.1 膛内发射过程分析 (2)2.2 弹丸载荷分析与计算 (2)2.2.1 火药气体压力 (2)2.2.2 惯性力 (2)2.2.3 装填物压力 (3)2.2.4 弹带压力 (3)2.2.5 不均衡力 (3)2.2.6 导转侧力 (3)2.2.7 摩擦力 (3)2.3 计算弹体及其零件在最大膛压时的强度 (4)2.3.1 发射时弹体强度计算 (4)2.3.2 弹底强度计算 (6)2.4 进行弹丸装填物的发射安全性计算 (8)3 弹丸弹道计算和飞行稳定性分析 (10)3.1 分析弹丸在外弹道飞行时所受空气动力和力矩 (10)3.2 计算弹丸在外弹道上攻角为零时的空气阻力系数 (10)3.3 计算弹丸的外弹道参量 (12)3.4 弹丸飞行稳定性计算和分析 (13)3.4.1 急螺稳定性 (14)3.4.2 追随稳定性 (15)4 弹丸威力计算 (18)4.1 弹丸杀伤威力计算过程 (18)4.1.1 球形靶杀伤面积 (18)4.1.2 杀伤面积计算 (18)5 总结 (24)6 参考文献 (25)7 附录 (26)1 弹丸结构总体设计分析弹丸设计的第一步即总体方案设计。

所谓弹丸的总体设计，是根据战术技术要求来拟定弹丸最合适的口径、弹种、结构类型及弹丸质量。

1）弹丸口径的选择：59式130mm杀爆弹2）弹种的选择：杀爆弹3）弹丸结构类型的选择：旋转稳定弹4）弹丸质量：33.4kg2 弹体发射强度计算与分析2.1 膛内发射过程分析弹丸在膛内运动时，受各种载荷的作用。

由于这些载荷的作用，弹丸各零件都会发生不同程度的变形，当变形超过一定允许程度，就可能影响弹丸沿炮膛的正确运动，严重时会使弹丸在膛内受阻，或弹丸零件发生破裂，或炸药被引爆发生膛炸事故。

弹丸在膛内运动中，除了必须保证安全性外，还必须保证运动正确性，即有良好的运动姿态，这对弹丸的射击精度有重要意义。

2.2 弹体载荷分析与计算发射时所受的载荷1）火药气体压力2）惯性力3）装填物压力4）弹带压力（弹带挤入膛线时引起的力）5）不均衡力（弹丸运动过程中由不均衡因素引起的力）6）导转侧力7）摩擦力这些载荷，有的对发射强度起直接影响，有的主要影响膛内运动的正确性。

其中火药气体压力为基本载荷。

在火药气体压力作用下，弹丸在膛内产生运动，获得一定的加速度，并由此引起其他载荷。

2.2.1 火药气体压力火药气体压力是指炮弹发射中，发射药被点燃后，形成大量的气体。

在炮膛内形成的气体压力称为“膛压”。

2.2.2 惯性力弹丸在膛内做加速运动时，整个弹丸各零件上均作用有轴向惯性力、径向惯性力与切向惯性力。

2.2.3 装填物压力发射时，装填物本身也会产生惯性力，其中轴向惯性力使装填物下沉，因而产生轴向压缩径向膨胀的趋势；径向惯性力则直接使装填物产生径向膨胀，这两种作用均使装填物对弹壳产生压力。

2.2.4 弹带压力弹丸入膛过程中，弹带嵌入膛线，弹带赋予炮膛一个作用力；反之炮膛避对弹带也有一个反作用力，均称为弹带压力。

2.2.5 不均衡力旋转式弹丸在膛内运动时，如果处于理想状况下，弹丸与膛壁之间除弹带压力外将不再有其他的作用力。

但是实际上，由于下例不均衡因素的影响，弹丸与膛壁之间相互还有作用力存在。

2.2.6 导转侧力炮膛膛线的侧表面称为导转侧。

发射时，弹丸嵌入膛线。

由于膛线有缠度，导转侧表面对弹带凸起部分产生压力，此力称为导转侧力。

2.2.7 摩擦力弹丸在膛内运动时所受的摩擦阻力分为两部分，一部分是弹带嵌入膛线后，在导转侧面和外圆柱都与炮膛紧密接触，从而产生摩擦力，其摩擦阻力F 为0S fp fN F b += （2.1） 式中 b p ——弹带压力；N ——导转侧力；0S ——弹带与炮膛接触外圆柱部面积；σ——弹带材料与炮膛材料摩擦系数。

第二部分是由于不均衡力使弹丸上定心部与弹带偏向一方，在某些位置上引起摩擦力。

上述两种摩擦力，总的来说比其它载荷小得多，因而在弹丸设计中可不予考虑。

2.3 计算弹体及其零件在最大膛压时的强度发射时弹体强度计算，实质上就是在求得弹体内各处应力的条件下，根据有关强度理论对弹体进行校核。

弹丸在膛内应当校核第二临界状态（膛压最大）时的强度。

已知弹丸质量 MPa 4.33=m计算压力 MPa 5.356=p金属密度 3g/cm 8.7=m ρ金属泊松比 3.0=μ炸药密度 3g/cm 59.1=w ρ膛线缠度 5.29=η炮口初速 m/s 9400=v2.3.1 发射时弹体强度计算在膛压最大时，弹体受到的膛内火药气体压力作用达到最大，加速度也达到最大，因而惯性力、装填物压力等均达到最大值。

相比之下，弹带压力下降很多，故可将弹带压力略去。

另外此时期弹丸的旋转角尚很小，在应力计算过程中可以略去由旋转产生应力。

此时期必须对整个弹体所有部位都进行强度校核，实际上是在整个弹体上找出最危险断面（应力最大断面），并对最危险断面进行强度校核。

常采用布林克法，将弹体简化成为无限长壁厚圆筒，并将弹体分成若干断面，计算每个断面内表面的三向主应力，用第二强度理论校核弹体内表面的强度。

对于旋转弹丸，如不计旋转的影响，其三向应力分别为⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-+=-=--=222222222an bn an bn c t wn an r n an bn z r r r r p m m r r p m m r r r p σσσ （2.2） 式中符号，正号表示拉伸，负号表示压缩。

最大危险断面可能发生在弹尾区，也可能发生在弹带槽处，（因为这些断面处面积较小）。

1) 在弹体上取三个最危险断面，1-1断面在上定心部下沿、2-2断面下定心部下沿、3-3断面在下弹带槽下沿，如下图所示。

图2.1 断面图2) 由图纸查出三个断面的内外半径，并用特征数计算方法分别计算出这三个断面以上弹体联系质量n m 和炸药的质量wn m ，数据如下表：表2.1 100mm 弹体断面断面号 cm /bn r cm /an r kg /n m kg /wn m1-1断面 6.5 3.5 13.616 1.444 2-2断面 6.45 3.5 22.806 2.995 3-3断面 6.1 3.5 26.792 2.6233) 计算各断面内表面处的应力 用公式⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-+=-=--=222222222an bn anbn c t wn an r n anbn z r r r r p m m r r p m m r r r p σσσ）（3.2 4）通过内弹道计算得出最大膛压时刻，弹丸的速度为940m/s5）计算结果如下表表2.2 100mm 弹体压力时期 断面号 轴向应力z σ /Mpa 径向应力r σ/Mpa 切向应力τσ/Mpa最大 1-1断面 -204.676 -53.15 96.556 膛压 2-2断面 -350.38 -110.25 202.28 时刻 3-3断面-484.03-96.53191.282.3.2 弹底强度计算发射时弹体直接承受火药气体压力和惯性力的作用；使弹底部发生弯曲变形。

但变形过大可能导致其上部装填物产生较大的局部应力，甚至使弹底破坏，导致事故发生。

弹底强度计算主要从弯曲强度来考虑，实际上弹底计算中，并不需要将弹底内所有位置都计算出来，只需要考虑其中某些危险位置即可。

图2.2 断面图已知弹丸质量 kg 4.33=m 装填物有效药柱质量 kg 3='w m 弹丸半径 m 065.0=r 弹底半径 m 03.0=d r 弹底厚度 m 02.0=d t弹底壁厚 m 029.0t b = 计算压力 MPa 5.356=p 弹底金属屈服极限 MPa 3432.0=σ 1）装填物压力MPa 306.1504.33303.0065.05.3562222=⨯⨯='=m m r r p p wd c （2.4）2）计算联系系数m 0445.0210=+=d d t r r （2.5）6.35)1(34222==-=r t b μβ （2.6） 41.0)1()(113=++=db d r t t K βμ （2.7）3）计算轴向有效载荷z p64.07810029.003.014.322=⨯⨯⨯==md d d t r m ρπ （2.8）MPa 128.174)4.3364.0303.0065.01(5.356)1(2222=+-⨯=+'-=m m m r r p p dw d z （2.9） 4）计算各危险点的应力和相当应力 第1点： MPa 998.173)841.023.3(029.003.0128.1743)823.3(322221=⨯-⨯⨯=-=K t r p d d z r σ （2.10） MPa 998.17311==r t σσ （2.11） MPa 306.1501-=-=c z p σ （2.12）()()()324.304MPa212112112111=-+-+-=z t t r r z σσσσσσσ （2.13）同理可计算出其他三点的应力，其值分别为 第2点： MPa 998.1732-=r σMPa 998.1732-=t σMPa 5.3562-=-=p z σMPa 502.1822=σ第3点： MPa 30.573-=r σMPa 53.403-=t σMPa 306.1503-=-=c z p σMPa 42.1023=σ第4点： MPa 3.574=r σMPa 53.404=t σMPa 5.3564-=-=p z σMPa 67.4054=σ 根据第四理论强度，四各危险点的相应应力均符合强度条件2.0σσ≤i （2.14）2.4 进行弹丸装填物的发射安全性计算弹丸的主要装填物是炸药，因此发射时必须保证发射时的安全性。