南京理工大学弹丸设计理论课程介绍

152弹丸设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握152弹丸的基本结构及其工作原理；2. 使学生了解并掌握152弹丸设计的计算方法和步骤；3. 帮助学生理解152弹丸设计中涉及到的物理概念，如力学、流体力学等。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识，进行152弹丸设计的能力；2. 培养学生通过团队合作，解决实际问题的能力；3. 提高学生运用计算软件进行152弹丸设计计算的能力。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对武器设计领域的兴趣，培养国防意识；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与理论的结合；3. 引导学生树立正确的价值观，认识到科学技术在国防事业中的重要性。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在通过理论与实验相结合的方式，使学生掌握152弹丸设计的基本知识和技能。

课程目标具体、可衡量，以便学生和教师在教学过程中能够明确预期成果。

通过本课程的学习，学生将能够独立完成152弹丸设计任务，为后续相关课程的学习打下坚实基础。

二、教学内容1. 弹丸概述：介绍152弹丸的基本结构、分类及用途，使学生了解弹丸的基本概念；- 教材章节：第一章 弹丸概述2. 弹丸工作原理：讲解152弹丸的发射、飞行及作用原理，使学生掌握弹丸工作原理；- 教材章节：第二章 弹丸工作原理3. 弹丸设计原理：阐述152弹丸设计中涉及到的物理原理，如力学、流体力学等；- 教材章节：第三章 弹丸设计原理4. 设计计算方法与步骤：详细介绍152弹丸设计的计算方法和步骤，指导学生进行实际操作；- 教材章节：第四章 设计计算方法与步骤5. 设计实例分析：分析典型152弹丸设计案例，使学生学会运用所学知识解决实际问题；- 教材章节：第五章 设计实例分析6. 弹丸设计软件应用：介绍相关设计软件的使用方法，提高学生运用软件进行设计计算的能力；- 教材章节：第六章 弹丸设计软件应用7. 实践教学：组织学生进行152弹丸设计实践，巩固所学知识，提高实际操作能力；- 教材章节：第七章 实践教学教学内容科学系统，按照教学大纲安排和进度，确保学生能够逐步掌握152弹丸设计的相关知识。

第章第三章弹丸发射安全性及膛内运动正确性分析引言¾弹丸在发射时的安全性：1.是指各零件在膛内运动中都能保证足够的强度，不发生越过允许的变形；2.炸药、火工品等零件不会引起自燃、爆轰等现象，使弹丸在发射时处于安全状态。

¾弹丸在膛内运行中，除了必须保证安全性以外，还必须保证运动正确性，即有良好的运动姿态。

研究内容¾第一节发射时所受的载荷¾第二节弹丸发射时安全性分析¾第三节弹丸强度的有限元法计算¾第四节弹丸膛内运动正确性分析第节弹带设计¾第五节第一节发射时所受的载荷¾弹丸及其零件发射时在膛内所受载荷有：a.火药气体压力b.惯性力c.装填物压力d.弹带压力（弹带挤入膛线引起的力）e.不均衡力（弹丸运动中由不均衡因素引起的力）f.导转侧力g.摩擦力¾设计时，使弹丸在各相应临界状态下均能满足安全性要求。

（一）膛压曲线膛压：弹后容积的平均压力获得膛压曲线的方法：按照装药条件以内弹道基本问题解出； 试验测定。

（二）弹底压力¾任一瞬间弹后容积内的压力分布是不均匀的，近似线性递减。

¾弹底压力的试验测定（三）火药气体的计算压力¾即计算弹体及零部件强度所采用的压力。

¾发射药温度对膛压的影响十分显著；¾最大膛压：相应于标准条件t=15o 下的数值。

¾计算压力取mj p p 1.1=¾靶场验收试验，对弹体强度试验采用强装药射击。

¾强装药：用增加装药量或保持高温的方法，使膛压达到最大膛压的1.1倍。

（四）弹丸上的压力分布¾旋转稳定弹丸；----弹带¾滑膛炮弹；----闭气环弹丸在膛内作加速运动，整个弹丸各零件上均作用直线惯性力。

旋转弹丸还产生径向惯性力和切向惯性力。

（一）轴向惯性力m r p dt dv a 2π==m m r p a m F n n n 2π== 目前常用火炮系统的最大加速度值小口径高炮：a=40000g线膛火炮：a=10000g～20000g迫击炮：a=4000g～10000g无坐力炮：a=5000g～20000g（二）径向惯性力 是由于弹丸旋转运动所产生的径向加速度（向心加速度）而引起的。

弹药设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解弹药的基本结构、功能及设计原理，掌握弹药类型及对应的作战用途。

2. 学生能够掌握弹药设计中的关键参数，如弹丸质量、初速、射程等，并了解它们对弹药性能的影响。

3. 学生能够了解现代弹药技术的发展趋势，以及弹药在军事领域的应用。

技能目标：1. 学生具备运用所学知识进行简单弹药设计的能力，能够分析弹药设计中的问题并提出改进方案。

2. 学生能够运用相关软件或工具，进行弹药性能的模拟与计算，提高实际操作能力。

3. 学生能够通过小组合作，进行弹药设计项目的实践，提高团队协作和沟通能力。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对弹药设计领域的兴趣，激发学习热情，形成主动探索和研究的习惯。

2. 学生能够认识到弹药设计在国防和军事领域的重要性，树立国家安全意识，增强责任感。

3. 学生在学习过程中，遵循道德规范，关注弹药设计对环境和社会的影响，培养良好的人文素养。

本课程针对高年级学生，结合弹药设计学科特点，注重理论知识与实践操作的相结合。

通过本课程的学习，使学生能够全面了解弹药设计的基本知识，提高实际操作能力，培养创新意识和团队合作精神，为未来从事相关领域工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 弹药基本知识：包括弹药概述、弹药结构、弹药分类及功能，对应教材第一章。

2. 弹药设计原理：涵盖弹药设计的基本原则、关键参数及影响弹药性能的因素，对应教材第二章。

3. 弹药设计方法：介绍弹药设计流程、设计方法和相关软件工具，对应教材第三章。

4. 弹药性能分析：学习弹药性能指标、性能评估方法以及相关计算公式，对应教材第四章。

5. 现代弹药技术：了解国内外弹药技术发展趋势、新型弹药特点及应用，对应教材第五章。

6. 实践操作：结合实际案例，进行弹药设计项目实践，培养实际操作能力。

教学内容安排和进度如下：第一周：弹药基本知识学习；第二周：弹药设计原理；第三周：弹药设计方法；第四周：弹药性能分析；第五周：现代弹药技术；第六周：实践操作及成果展示。

1．弹丸设计全过程：论证阶段，方案阶段，工程样机阶段，设计定型阶段2．对弹丸的试验内容：弹丸结构特征数测定，弹丸发射强度试验，弹丸外弹道性能及射击精度试验，威力试验3．弹丸设计说明书：是反映弹丸结构及技术设计的基本文件4．产品图包括：弹丸的零件图或零件毛坯图，部件图，装药弹体图，弹丸标记图，靶场试验用图5．对弹丸的要求：战术技术要求，生产经济要求6．战术技术要求包括：弹丸的威力，弹道性能，射击精度，射击和勤务时的安全性，长期储存的安定性7．生产经济要求:弹丸结构工艺性,弹丸极其组件统一化,原材料资源丰富8．一般认为具有78J动能的破片即可使人员遭到杀伤9．二次烧伤效应：常规弹丸的热辐射对人员的伤害是有限的，对人员的杀伤大部分是由于爆炸引起环境火灾而致10．直射距离：是指最大弹道高不超过目标高（目前定为2米）的最大射程11．有效射程：是指在直射距离以内保证击毁给定目标的最大射程12．弹丸的统一化：是指将数种战斗性能兼备于同一弹丸上13．弹丸零件的统一化：是指将弹丸上各种组成零件通用于不同类型的弹丸上14．弹丸总体方案的选择：弹丸口径的选择，弹种的选择，结构类型的选择，质量大小的选择15．弹种的选择原则：欲摧毁或杀伤的目标性质，弹丸的现有技术水平与利用新技术的途径16．弹丸稳定方式分为旋转稳定和尾翼稳定17．设计弹丸中选择质量的两种情况:1火炮已定,要求为此炮配用新弹,以满足既定的战术技术要求.在这种情况下,所设计的内弹道条件(膛压、初速)必须满足适应该火炮的强度条件。

2.设计新炮和新弹。

因此，设计弹丸的质量不受火炮强度条件的限制。

但是，弹丸质量的大小会直接影响到将来相应的新炮的机动性。

在这种情况下，要求选用的弹丸质量，既要满足战术技术要求，又要使火炮具有良好的机动性（最轻便）。

18．火炮强度的限制条件：炮管强度限制条件，炮架强度限制条件19．装填条件：即弹丸质量和发射药性能、质量、几何形状以及药室容积的综合作用20．作E—m曲线，根据曲线形状选择最有利的弹丸质量21．旋转稳定弹丸结构设计包括：确定弹丸的基本尺寸，确定弹丸的结构特点及零件，选择装填炸药，选择引信，选择弹体及零件材料，绘制弹丸设计草图22．弹丸外形结构：弹头部，圆柱部，弹尾部，上下定心部，弹带，闭气环23．母线形状：以抛物线母线最有利而以椭圆形母线最差。

第五章弹丸的威力设计202教研室郭锐2010-12-03第五章弹丸的威力设计设计武器的根本目的在于给敌各种目标以毁伤，使之丧失战斗能力；弹丸有许多重要的战术技术性能，其中威力设计是整个弹丸设计中最主要的一环；弹丸的威力是衡量弹丸完善程度最首要的指标；长期以来，威力设计依靠实弹射击、经验积累；在终点效应的理论＆实验研究成果基础上，摆脱纯经验方式。

本章主要讲述弹丸威力指标的制定原则、主要弹种威力指标的计算、弹丸威力设计的要点。

一、基本概念何谓威力？一定射击条件下，弹丸对一定目标的毁伤能力。

何谓对目标的毁伤？弹丸一定的毁伤手段作用下，目标的生命力受到某种程度的毁伤。

（一）弹丸的毁伤手段常规弹丸：机械效应毁伤。

如爆炸冲击波的超压、高速破片、金属射流的动能等。

两种形式：9连续的弥散形式，即杀伤参量在环境的连续介质中构成一定范围的作用场。

处于场中任何位置的目标，将受到作用。

（超压、破片场、电磁场、声场等）9离散的集中形式，及杀伤参量集中在一定的杀伤元上，当杀伤元击中目标才能发生效应。

（射流、穿甲弹、破片等） 度量方式：9强度，即杀伤参量值。

（超压值、破片动能、射流速度）9广延性，即杀伤手段作用的范围或距离。

（二）弹丸的结构参量弹丸的毁伤手段必通过弹丸一定的结构来实现。

9弹丸内的炸药及其他能源物质；9一定形状或尺寸的弹体结构；9成型装药及金属药型罩；9其他产生获形成杀伤元素的零件；（三）目标的生命力指在弹丸一定强度的毁伤手段作用下目标仍能保持其正常战斗动能的能力。

弹丸毁伤目标的目的，在于使目标丧失战斗功能。

生命力是针对目标的战斗功能，非泛指目标全部功能的总和。

相同目标，由于在战斗中的地位和任务不同，生命力的内容也不相同，必须根据战斗功能确定生命力内容。

目标生命力的强弱，取决于目标各功能组成部分的固有强度。

分析时，只考虑目标的要害部位及其固有强度。

（四）目标的易损性分析易损性即目标生命力对不同毁伤手段的反应敏感程度。

弹丸设计理论主讲：郭锐研究对象及研究内容z研究对象：各类身管炮（包括一般火炮、无坐力炮、迫击炮）弹丸迫击炮弹丸总体设计、结构设计结构特征数计算z研究内容：弹丸设计原理发射强度计算飞行稳定性设计威力设计弹丸设计的要求：1.膛内运动正确，安全可靠；2飞行中的阻力小稳定性好；2.飞行中的阻力小，稳定性好；3.在目标区作用可靠，威力大；本门课程的前期要求数学、力学基础知识；内弹道、外弹道；内弹道外弹道；弹丸作用原理；炸药、引信、火炮等方面的专业基础知识；本门课程的结构¾第1章弹丸设计总论－讲述弹丸设计的全过程、设计说明书的内容、对弹丸的要求等；¾第2章弹丸结构的确定－介绍弹丸总体方案设计、各类弹丸的结构特点、结构特征数的计算等；¾第3章弹丸发射安全性及膛内运动正确性分析－发射时弹丸所受载荷、安全性分析、弹丸强度的有限元法计算、膛内运动正确性分析、弹带设计等；¾第4章弹丸的飞行性能设计－介绍气动力计算、稳定性计算以及散布分析等；¾第5章弹丸的威力设计－介绍榴弹、穿甲弹、破甲弹、碎甲弹等各类弹丸的威力指标计算。

课程要求本课程主要研究弹药设计中的一般共同性问题，如总体设计、结构设计、安全性设计、飞行性能设计和威力设计等。

其基本任务是解决弹药设计的方法和步骤，树立正确的设计思想。

通过本课程的学习，要求学生具有进行弹药设计的初步能力，能正确分析影响弹药性能的诸因素，为解决弹药生产、靶场试验和战斗使用中所产生的实际问题打下基础。

考核方式：平时成绩+闭卷考试要求：按时上课，有事需请假。

课程回顾——弹药概论弹药概念：指在金属或非金属壳体内装有火药、炸药或其他装填物，能对目标起毁伤作用或完成其他作战任务（电子对抗、信息采集、心理战、战场照明等）的军械物品。

弹药组成：壳体、装填物、引信等。

弹药分类：9按用途分类9按投射运载方式分类9按装填物类型分类9按配属分类9按控制程度分类。

第章第三章弹丸射弹丸发射安全性及膛内运动正确性分析(一) 弹底上的受力与变形分析将弹底看成一块周边受到夹持的圆板。

（二）平底弹底的弯曲强度分析平底弹底的应力分析是将其简化为一周边夹持的圆板。

利用均布载荷的圆板弯曲公式计算。

还应对得到的弹底应力进行修正。

将弹尾部看成端部受力偶作用的空圆筒，并分析其角变形。

将弹体壁简化为弹性基础梁，按弹性理论分析。

得到弹底圆板内任一点的径向压力与切向压力：()⎪⎪⎧⎥⎤⎢⎡−⎟⎟⎞⎜⎜⎛−+=K r r r p t z d z r 213432222μσ()()⎪⎪⎩⎨⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−+−+=⎥⎦⎢⎣⎠⎝K r r r p t z d d z d t d d 2313432222μμσ根据弹底变形的性质，分析四个危险点的位置。

第一点：2,0d t z r ==第二点：第三点：2,0d t z r −==,d t z r r ==第四点：2d 2,d d t z r r −==用第四强度理论校核：2221σσσσσσσ−+−+−=强度条件为：()()()2z t t r r z i 2.0σσ≤i 平底弹弹底强度简化公式：弹底应力的修正上述分析忽略了径向载荷p的作用，只考虑了轴向载荷的作用，修正时，将径向载荷p产生的径向应力与切向应力迭z p 加上去。

弹底圆板的径向载荷为圆板周边上承受径向均布压力p，是一个均匀受载问题。

圆板上任意一点的应力为：pp t r −=−=σσ, 修正公式计算的各点相当应力值较小，对改进弹底设计有利。

在满足发射强度要求的条件下，弹底厚度取最小值。

即使采用修正公式，计算结果也并不精确。

因为没有考虑弹尾区总的变形。

弹尾区的变形会对弹底应力产生一定影响，尤其是弹塑性变形影响更大。

故须经射击试验考核。

理想方法，用有限元法进行弹塑性应力分析。

（三）变厚度弹底的弯曲强度分析主要分析其弯曲强度。

将弹底简化为一块变厚度圆板。

图3-2-25 曲线1γγ和（四）球形弹底的强度分析有些小口径弹丸做成球形弹底，用厚圆球公式计算弹底压力。