火炮周视瞄准镜设计

火炮周视瞄准镜初步设计（卢翔学号：20092488 04120902班）一、光学系统的技术要求1.光学特性:视放大率Γ=3.7×物方视场角2w=10°出瞳直径D'=4mm出瞳距离l z'≥20mm图1 2.潜望高H=185mm3.要求成正相4.光学系统要求实现俯仰瞄准范围±18°光学系统要求实现水平瞄准范围360°O25.俯仰和周视中观察位置不变6.渐晕系数K=0.5.二、设计原理1、系统综述：由于需要设计的系统是一个望远系统，并且需要放置分划镜，所以需要设计的系统是一个开普勒型的望远镜系统，由两个正光焦度的透镜作为物镜和目镜。

2、潜望高的实现：由于系统需要一定的潜望高，所以需要两个平面镜或者直角棱镜改变光轴方向，形成潜望高。

但是，由于平面镜的安装固定有一定的难度，而且平面镜每次反射会造成一定的光能损失，其反射镀膜也容易老化，脱落。

所以，在对稳定性要求很高的军用光学系统中，我们选用直角棱镜得到潜望高。

3、周视功能的实现：由于系统需要具有周视功能，所以应该有相应的棱镜系统来实现相应的功能。

在垂直方向上，要实现±18°俯仰观察，在俯仰观察时，顶部的棱镜1绕过O1垂直于主截面的转轴转动，由棱镜转动定理，此时像的方向不会发生旋转，因此两个直角棱镜就能满足俯仰观察的要求；在水平方向上，要实现360°周视观察，可以利用棱镜的转动来实现，当棱镜1在水平方向绕竖直镜筒转动时，会引起像场的旋转，所以考虑引入另一片棱镜来消除像场的旋转，考虑到道威棱镜在绕平行于侧面和底面的轴旋转时可以使像场发生旋转，可以在两个直角棱镜之间引入一个道威棱镜，由于反射次数为一，由棱镜转动定理，当道威棱镜绕平行于两底面和两侧面的轴旋转角度θ的时候，相应的像平面会绕轴发生2θ的转动。

所以，在两直角棱镜之间加上一个道威棱镜，并使道威棱镜与棱镜1的水平旋转方向相反，且大小等于棱镜1旋转角度的一半的时候，可以实现360°周视观察。

火炮周视瞄准镜初步设计1.综述：周视瞄准镜是装载在火炮上敌人进行观测的光学测量瞄准部件， 作战人员可以在自身不动地情况下通过周视瞄准镜进行水平360度周视并在竖直方向进行一定角度的俯仰观测， 以确定敌人的地理位置。

由于周视瞄准镜安装在火炮上，必须考虑到其实际情况下的应用，因而在设计上与普通的瞄准镜提出了进一步的技术要求。

2．技术要求分析：视放大率： 3.7XΓ= ，物方视场角：210ω=︒，出瞳直径：'4D mm =出瞳距离： '20zl mm ≥，潜望高H 185＝毫米，要求成正像光学系统要实现：俯仰瞄准范围°18± 水平瞄准范围°360俯仰和周视中观察位置不变渐晕系数K=0.5。

在军事上，火炮瞄准的精度很重要，视放大率的大小直接影响到火炮的瞄准的最远距离，物方视场角则影响到观察到的范围，因而可以在系统中内置望远镜系统。

出瞳直径会直接影响到观察到物体的光亮度，一般来说，出瞳直径越大，仪器的主观光亮度越大，越利于观察，但并不是出瞳直径越大就越好，大于瞳孔直径太多反而会使大部分光线不能进入人眼，同时使生产成本增高，造成不必要的浪费。

人眼瞳孔的直径是随着外界的光亮度改变而改变的，白天约为2mm ，黄昏为4~5mm ，夜间可达8mm ，由于坦克一般只在白天和黄昏时使用，所以出瞳直径选择4mm 。

出瞳距离影响到人眼能观察到像的位置，为了避免眼睫毛碰到镜面，要求'z l 不小于6mm ，但由于火炮在发射炮弹过程中有后座力的冲击，所以出瞳直径应该大一些，但出瞳距离也不能过长，这样会使观测时出现黑影，造成瞄准误差，因而，出瞳距离初步设定为20mm 至40mm 之间。

为了实现潜望高可以在系统中装载两片棱镜或者平面镜改变光路，系统要求成正像，则要求在没有屋脊棱镜的情况下的总反射次数为偶数次，有屋脊棱镜的情况下反射次数为奇数次。

系统要求在像不变的条件下实现俯仰和周视，这可以方便作战人员在不动的条件下对周围以及上下范围内的侦查瞄准。

火炮周视瞄准镜初步设计火炮视瞄准镜初步设计一 光学系统的技术要求光学特性：视放大率: Γ=3.7×物方视场角： 2ω=10°出瞳直径： D ’=4mm出瞳距离： 20z l mm '≥距潜望高： H=185mm要求成正像光学系统要求实现：俯仰瞄准范围±18º水平瞄准范围360º俯仰和周视中观察位置不变渐晕系数: K ＝0.5二设计系统的结构原理图1 光路系统选择：光路系统选用开普勒望远系统。

2 光学元件选择：由于选择具有瞄准功能的开普勒望远系统，所以当前能确定的光学元件有：目镜、分划板、物镜；为保护系统，在系统最前端添加保护玻璃；又因为系统要求有一定高度的潜望高，下面将对棱镜的选择，做出具体的分析。

（1）光路系统选择分析：火炮周视瞄准镜的用途是侦察远处敌情，将远距离目标放大，瞄准目标，为火炮精确打击提供方位信息，为实现这用途，首先要选用望远系统。

而现在最常用的望远系统有开普勒望远系统和伽利略望远系统，其系统结构原理图如下：开普勒望远系统伽利略望远系统图（1）根据两系统结构原理图，对于开普勒望远系统物镜和目镜有重合的焦平面，把分划板安放在这里可以实现瞄准功能，而伽利略望远系统没有这样的焦平面，综合实际情况，选用开普勒望远系统。

（2）棱镜系统选择：根据系统设计要求，系统要有一定的潜望高，为实现潜望高，可通过两次改变光轴90°实现，改变光轴的途径是让光发生反射，具有反射功能的光学元件有平面镜和棱镜，从仪器设计来分析，平面镜不易安装和固定，镀膜的反射镜每经过一次反射，光能损耗10%左右，并且反光膜容易脱落，故平面反射镜不符合设计的稳定性要求，与平面反射镜相比，棱镜的反射率高，容易安装和固定，为使光轴改变90°，因此选用直角棱镜与直角屋脊棱镜（（4）将会给出具体分析）。

（3）俯仰周视的光学元件选择：根据棱镜转动定理，经过的棱镜1反射次数为奇数，所成的像为镜像，为克服这点，应在系统潜望高段增加奇数次反射，从系统轻便性角度考虑，并且道威棱镜可以作为名义上的孔径光阑，所以选用道威棱镜。

1 绪论1.1 火炮未来发展方向20世纪70年代以来，随着微电子技术、新材料、新能源在军事上的广泛应用，火炮的自行化、自动化、系统化程度越来越高，侦查、指挥手段不断更新，弹药更加多样化。

现代火炮系统的战术技术性能有了很大的发展。

比如，伴随微电子技术和计算机技术的发展，炮兵侦查仪器设备逐步形成了以光电技术为主的光学、激光、雷达、声测、电视、红外等先进侦查仪器构成的远中近结合，地面与空中结合，全方位、全天时，品种齐全、手样多段的侦查体系。

如今，正在研究和发展中的有液体发射药炮、电热炮、电磁炮、激光炮、射束炮等。

与现代火炮相比，未来火炮的结构及性能可能有较大的变化，具体来说可能体现在以下几方面：(1)发射技术取得新的进展。

首先是发射能源的多样性，即不仅采用固体化学能源，而且可能采用液体化学能源、电磁能源、电热化学能源及某些组合能源。

(2)减载技术将取得新得进展，磁流变、电流等技术可能应用于火炮反后坐装置，克服传统炮口制退器效率的限制。

(3)新材料的应用将有助于解决长期困扰火炮技术发展的固有问题，如身管内膛的烧蚀磨损、威力与机动性的矛盾等。

(4)原理性、结构性的创新，使现代火炮的结构发生重大变化。

(5)数字化火炮、智能弹药以及传感器引爆弹药等技术的发展使火炮系统综合作战效能得到大幅提高。

(6)火炮的作战对象、作战环境可能得到拓展，水中火炮、天基火炮等新型火炮可能相继出现，未来火炮具有摧毁敌方鱼雷、潜艇、卫星等功能。

总之，随着兵器科学技术的发展以及现代科技在兵器科学中的应用，火炮技术成为技术的综合体，它涉及能源、机械、材料、控制、光学、电子、通信和计算机等诸多学科，随着多种新概念武器的出现，表征火炮的各种属性正在发生根本性的变化。

1.2 炮身结构炮身是火炮的一个主要部件，包括身管、炮尾、炮口制退器、等零件。

它的主要作用是承受火药气体压力和引导弹丸的运动。

炮身设计主要包括强度计算和结构设计。

结构设计又包括膛内结构设计和外部结构设计。

二战75mm火炮二战各国火炮美制M1式75mm榴弹炮M1式75mm榴弹炮是美国于20世纪20年代为适应复杂地形作战需要而研制的，是一种组合式火炮，运动时可以迅速拆成几个部分便于炮兵携行。

全炮仅重653公斤，威利式吉普车即可牵引进行公路机动。

该炮最大射程9000米，射速为5发/分钟，炮弹初速381米/秒，炮组成员6人该炮自研制出来一直不受重视，到第二次世界大战已经爆发的1940年，仅生产了90门。

太平洋战争爆发后，产量大幅上升，但在生产高峰的1943年，也仅生产了2592门。

到1944年停产为止，该炮各型总共生产了近5300门。

日本41式75毫米山炮口径：75毫米总重量：725公斤41式75毫米山炮(5张)炮全长：4.32米炮宽度：1.2米炮管长度：1.32米（18倍径）操作人数：10人最大射击仰角：-8~25度最大发射速率：10发/分钟炮弹初速：360米/秒最大射程：6300米配用弹种：通常弹（榴弹）、榴散弹、穿甲弹、破甲弹、白磷弹日本九二式70mm步兵炮主要诸元口径：70mm 放列重：204公斤炮身长：770mm 放列长：2080mm膛线：24条（右旋）行列重：204公斤炮闩式样：断隔螺式炮身重（连炮闩）：46公斤炮轮：前期金属轮后期木轮后座距离：340mm炮架：开脚式驻退复进机：液体弹簧式瞄准镜：周视瞄准镜轮径：700mm表尺：鼓形表尺辙距：750mm主防盾厚：4mm 运动方式：一马挽曳或三马驮载辅助防盾厚：3mm 最大射程：92式榴弹3000m方向射界：45°高低射界：-10°——+70°日本·陆军·94式75mm山炮94式75mm山炮重量很轻，便于分解驮运，而且射程不低，设计的非常成功，主要装备野战旅团，野战师团的山炮兵部队与独立山炮兵联队，用于山地或其他复杂地形作战.服役年代：1935—1945口径：75 mm炮管长：1560.0 mm重量：536 kg配用弹种：爆破弹，杀伤榴弹，铝热剂纵火弹，化学弹弹丸重量：6.34 kg弹丸初速：392 m/sec最大射程：8300 m法国施奈德M1923式75mm山炮最大射程：榴弹9600米（40度）榴霰弹7850米（40度)【性能】炮栓形式：螺式制退复进形式：独立；液体空气式后座长度：1000～1100毫米炮架式样：双轮单脚式高低射界：低轴：-10度～22度高轴：0度～40度方向射界：左右各5度弹重：榴弹6.33公斤榴霰弹6.525公斤初速：榴弹440米/秒榴霰弹430米/秒放列全长：3430毫米放列全重：657公斤行列全重：677公斤苏联1938年式76.2mm山炮在1936年1月，苏联专家开始对捷克斯科塔公司造的S-5 76mm山炮进行测试。

火炮周视瞄准镜初步设计样本1.引言2.设计目标-提供高清晰度和广视野的画面，以便准确地观察目标；-具备自动跟踪功能，能够迅速稳定地锁定目标；-耐久可靠的结构设计，适应各种恶劣环境条件；-易于操纵和操作，并与火炮系统实现无缝连接。

3.主要组成部分-显示屏：采用高分辨率液晶（LCD）屏幕，以提供清晰的图像；-摄像头：采用高性能、高感光度的摄像头，以实现在低光条件下的观察和跟踪；-光学镜头：采用高质量的光学镜头，以提供广视野和锐度；-控制系统：包括控制台、按钮和控制软件，用于操纵和控制瞄准镜；-机械结构：采用钢材和合金材料，具有耐久性和强度，以抵抗外界影响；-电源系统：采用可充电的锂电池，以提供长时间的使用和备用电源。

4.工作原理-摄像头通过光学镜头取景，并将图像传输到显示屏上；-控制系统通过控制软件处理图像数据，并进行相应的图像增强和识别，以提高观察效果；-控制台提供相应的按钮和控制接口，以便操纵瞄准镜进行调节和操作；-自动跟踪算法分析图像数据，锁定目标并调整瞄准器的角度，以保持火炮的瞄准精度；-电源系统提供能量供应，以保证整个系统的正常运行。

基于上述设计目标和工作原理，我们提出了以下初步设计样本：-显示屏：采用8英寸高清晰度液晶屏幕，支持多角度观看和自动亮度调节功能；-摄像头：采用1/2英寸CMOS传感器，具有1000万像素和低照度拍摄能力；-光学镜头：采用10倍光学变焦镜头，提供广视野和清晰锐度；-控制系统：配备人机界面友好的控制台和蓝牙无线遥控器，支持实时图像观看和参数调节；-机械结构：采用钢材和铝合金材料，具有抗冲击和耐腐蚀能力；-电源系统：采用充电锂电池，提供至少8小时的连续使用时间。

6.总结本文介绍了一个火炮周视瞄准镜的初步设计样本，包括设计目标、主要组成部分、工作原理和初步设计样本。

这个样本提供了一个基本框架，可以作为进一步研究和开发的基础。

通过不断的改进和优化，我们相信火炮周视瞄准镜将在提高火炮射击精度和战场效能上发挥重要作用。

应用光学课程设计火炮周视瞄准镜初步设计专业：光电信息科学与工程班级：姓名：完成时间：目录一、火炮周视瞄准镜概述 (4)二、光学系统的技术要求 (4)2.1、光学特性的主要参数 (4)三、拟定光学系统的工作原理 (5)3.1、光学系统的基本形式 (5)3.2、光学系统的基本结构 (5)3.3、共轴系统和棱镜系统的组合 (7)3.4、孔径光阑的确定 (7)四、光学系统外形尺寸的计算 (7)4.1、选择物镜、目镜结构型式，计算其特性参数 (7)⑴、选择目镜结构形式并计算有关特性参数 (7)⑴、选择目镜结构形式并计算有关特性参数 (8)4.2、计算道威棱镜尺寸并验证渐晕系数 (9)4.3、计算顶部棱镜、保护玻璃尺寸 (12)4.4、计算物镜口径 (14)4.5、确定底部直角棱镜和分划板尺寸 (15)4.6、确定目镜口径 (17)4.7、验证出瞳距离与潜望高 (17)五、绘制光学系统原理图 (18)5.1、光学系统参数总结 (18)5.2、光学系统原理图 (20)六、工程伦理与职业道德 (21)七、环境与可持续性 (22)八、技术与社会 (22)九、法律法规 (24)十、个人和团队 (24)十一、创新方法 (24)附录 (24)一、棱镜转动定理 (24)二、理想光学系统光路计算公式 (28)一、火炮周视瞄准镜概述军事上火炮打击中为了搜索目标，需要在行动中进行大范围的观察从而提高火炮的破坏力以及精准度，而由于受到像差等因素的限制，传统的望远系统以及不再合适，我们需要一种光学系统，使其视准轴能够在水平面内横扫以达到全方位观察的目的，而这种光学仪器我们称之为周视瞄准镜。

火炮周视瞄准镜是一种比较特殊的潜望式瞄准镜，它的作用主要有两个：首先，观察员可以使用它来观察周围的环境、寻找需要锁定的目标，在这个过程中，观察员可以观察到自己直视方向以外任意水平方向（包括一定角度范围内的俯仰方向）的物体而不用改变自己的方向，这是由于周视瞄准镜的前端有一个道威棱镜，观察员在以速度比为一比二的速度同时转动道威棱镜以及顶端的棱镜的时候，可以保证目镜位置不变，从而可以使观察员在不改变自己的位置的前提下选择不同位置的瞄准点，这样也就避免了观察员为了观察不同方向的物体而不停转动头部引起的头晕恶心等症状。

浅谈红点瞄准镜随着吃鸡游戏《绝地求生》的大红大紫，不少轻武器及其配件进入了更多人的视野，八倍镜、98K甚至变成了一种文化符号，成为了不少人的口头禅。

然而好装备毕竟可遇不可求，更多的时候，玩家们不仅没有瞄准镜，而且只找到一把普通的武器。

与现实中一样，游戏中的机械式瞄准也困难到令人发指，所以此时，就是掘地三尺，也要找出一块红点瞄准镜。

其实任何瞄准镜的基本原理都是相同的，就是让瞄准基线与弹道轨迹重合，从而达到瞄准点与弹着点重合的目的。

机械式瞄准的原理很好理解：“三点一线”，就是让目标、准星、照门三点处于一条直线上，当然为了达到这一目的，射手的眼睛也要在这一直线上，说是四点一线也没有错。

但在这种情况下，射手头部的位移或许并不影响瞄准点与目标重合，但眼睛一旦偏离这条直线，就不能确定弹着点了。

此时一块点随眼动的红点瞄准镜就显得优越许多。

甚至吃鸡玩家们的副武器上都要加装红点瞄准镜。

而在现代军队中，手枪安装红点瞄准镜也较为普遍。

美军下一代装备的M17手枪SIG SAUER P320部分型号就自带一块红点瞄准镜。

那么这块小小的瞄准镜究竟有何玄机，连超级大国都青睐万分？从原理上来说，红点瞄准镜（red dot sight）可以称做反射式瞄准镜（reflex sight）。

与近30年才开始推广的红点瞄准镜相比，反射式瞄准镜可以说是身经百战，见的多了。

最早的反射式瞄准镜可以追溯到1900年前后，当时反射式瞄准镜是通过不同镜片将瞄准镜里面的图像反射到射手的视线上以瞄准。

而当时的反射式瞄准镜并非为步兵生产，而是装备在战斗机上。

从一战晚期开始，各国战斗机飞行员逐渐陆续有了这款神器。

到了二战时，反射式瞄准镜几乎成了战斗机标配。

而苦逼的步兵们，到了二战结束的1945年，才拿到了空军大爷们玩了一代人的反射式瞄准镜。

而真正的红点瞄准镜直到1975年才在瑞士出现，使用LED灯投射瞄准红点，红点亮度集中，容易辨识，这才是我们在游戏中常见的红点瞄准镜。