火炮设计理论(炮身设计)

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。

《火炮设计理论》课程简介火炮设计理论是武器系统与工程（火炮）专业的主要专业课，是一门综合应用基础理论和专业基础理论的工程设计课程。

通过本课程学习，使学生掌握火炮设计基本理论和方法，为今后的工作打下专业基础。

火炮设计理论，是火炮工程研究的理论依据，是火炮科研人员必须掌握的基本理论。

火炮设计理论主要研究火炮这样一种特殊机械系统在高温、高压、高速、高应变率状态下的特性及其设计理论。

火炮设计理论课程主要介绍火炮设计的基本概念、基本理论和基本方法，包括火炮设计理论的主要内容和发展，火炮主要零部件（包括炮身、反后坐装置、自动机及炮架等）的设计理论和方法。

教学组织以课堂教学为主，辅助自学、网络教学和实验教学。

教学方式以多媒体课件为主，结合板书、交流互动等多种形式。

课程的教学目标与基本要求1. 教学目标：通过本课程的学习，使学生掌握火炮及其主要零部件设计的基本理论和方法，提高学生综合运用学习过的基础理论和专业基础知识及解决实际工程技术问题的能力。

2. 基本要求：了解火炮设计理论及其发展，熟悉火炮设计理论的基本方法和思路，掌握炮身、反后坐装置、自动机、炮架等火炮主要零部件设计的基本理论和方法。

学时数：总 64 学时，其中：授课56学时，实验8学时教材：张相炎主编，火炮设计理论，北京理工大学出版社，2005年参考书目：①谈乐斌等编，火炮概论，北京理工大学出版社，2005年②伊玲益编，炮身设计，国防工业出版社，1977年③高树滋等编，火炮反后坐装置设计，兵器工业出版社，1995年④张相炎编著，火炮自动机设计，北京理工大学出版社，2010年⑤韩魁英等编，火炮自动机设计，国防工业出版社，1988年⑥孙远孝等编，炮架及总体设计，兵器工业出版社，1995年第1次课(1 绪论)一、教学目的和要求了解火炮设计理论的地位和作用、发展，熟悉火炮设计理论的主要内容。

二、教学内容纲要1 火炮的特点、地位、作用2 火炮设计流程3 火炮设计理论的主要内容、方法4 课程的地位、作用、学习方法与基本要求5 课程的学习安排三、重点、难点课程的特点、学习方法、要求四、教学方法，实施步骤根据本章课的内容特点，运用启发式、分析式等教学方法讲授本课程内容。

炮身设计知识点炮身是火炮的核心组成部分之一，它直接关系到火炮的性能和效果。

炮身设计涉及许多知识点，本文将逐步探讨这些知识点。

1.炮身材料选择：炮身的材料选择对于火炮的性能和使用寿命至关重要。

常见的炮身材料包括钢、铝合金、钛合金等。

钢是最常用的炮身材料，具有较高的强度和韧性，能够承受高压力和高温。

铝合金具有较低的密度和良好的热导性能，适合用于制造轻型火炮。

钛合金具有较高的强度和抗腐蚀性能，适用于制造高性能火炮。

2.炮身结构设计：炮身的结构设计直接影响火炮的稳定性和精准度。

炮身通常由炮管和炮套组成。

炮管是火药燃烧产生高温气体的容器，需要具有较高的耐热性能和热膨胀系数匹配性。

炮套是用于固定炮管和提供支撑的结构件，需要具有足够的强度和刚度。

此外，炮身的长度和直径也是设计中需要考虑的因素，它们直接关系到火炮的射程和威力。

3.炮身制造工艺：炮身制造涉及到许多工艺步骤，如锻造、铸造、热处理、机械加工等。

在炮身制造过程中，需要保证材料的均匀性和强度，消除材料内部的应力和缺陷。

同时，炮身的表面质量也需要得到保证，以确保火药燃烧时的气体流动和炮弹的运动。

4.炮身热流分析：炮身在射击过程中会受到高温气体的冲击和热流影响，因此需要进行热流分析来评估炮身的热应力和变形情况。

热流分析可以通过数值模拟方法进行，通过计算炮身表面的温度分布和应力分布来评估其耐久性和可靠性。

5.炮身防护设计：炮身在作战环境中需要面对各种威胁，如炮弹的打击、敌方火力的攻击等。

因此，炮身的防护设计也是重要的考虑因素之一。

防护设计可以包括增加炮身的厚度、使用爆炸反应装甲、安装反应装甲等。

总之，炮身设计是火炮设计中的重要环节，涉及到材料选择、结构设计、制造工艺、热流分析和防护设计等多个方面。

通过合理的设计和优化，可以提高火炮的性能、精准度和使用寿命，确保其在作战中的有效性和可靠性。

火炮炮身设计任务书日期：年月日目前在提高火炮初速方面往往采用增膛压的方法，例如一些加农炮的强装药膛压已接近400Mpa，有的甚至更高，这就要求有能承受这样高内压的身管。

一般身管很难满足要求，而筒紧身管就是一个很好的选择。

筒紧身管由两个或多个圆筒构成，其外筒内径比内筒外径略大，外筒加热膨胀后套在内管上，冷却后外筒对内筒产生压力。

新研制的火炮身管设计，大多采用高低温压力曲线作为身管强度设计的依据。

故本次设计利用高低温压力曲线来设计筒紧身管。

相信在教研室各老师的悉心指导下能很顺利的完成此次身管设计。

关键词：高低温压力曲线；筒紧1 计算并绘制绘制作用于身管壁的压力曲线 (4)1.1 有关参量的计算 (4)3.1确定筒紧身管弹性强度极限P1 (10)3.2确定配合面直径2r2 (10)3.3选择内、外筒材料强度类别 (10)3.4确定紧缩量 (11)3.5实际强度的校核 (12)351紧缩量最小时校核内管强度 (12)3.52紧缩量最大时校核外筒的强度 (12)总结 (13)致谢 (14)参考文献 (15)1 计算并绘制绘制作用于身管壁的压力曲线已知参数：121.92d dm = 21.761q dm =3.77o w dm = 1.196s dm = g 23.84l dm = 2.86st l dm =()230.3m T p Mpa = 0 3.15l dm =1.1 有关参量的计算2.30.613.77ow ω∆=== 0 3.15 1.102.86ys l l χ=== g 023.847.583.15g l l Λ=== 110.49482(1)g g χλΛ+==+Λ210.32983(1)g g χλΛ+==+Λ由∆、()m T p 查IK m 系数表得压力全冲量系数1.44Ik m =因为采用硝化棉火药，所以温度修正系数0.00270.0027 1.440.00389t Ik m m ==⨯=因为身管全长23.84 2.8626.7sg L dm =+=比值26.721.9251.22sgL d==<因此取1.06∂=又因2.30.105721.76qω==所以次要功计算系数21.060.32980.1057 1.095qωϕλ=∂+=+⨯=1.1 确定高温膛底最大压力50()(1)(10.0038935)230.3262m T t p m t Mpa +=+⋅=+⨯⨯= 5050()1.12293tm m T p p Mpa ++==1.2确定高温弹底最大压力 取1 1.02ϕ=，并有护膛剂，则50m(T)50dm 111.065 1.065262265.4110.05126p p Mpa q λωϕ++⨯===++1.3 确定高温弹道最大压力50m p +5050m 21(1)(10.32980.1036)265.4274.5dm p q p Mpa λωϕ++=+=+⨯⨯=1.4 确定m L 、k L 及50dk p +根据50274.5mp Mpa +=，及061=，由内弹道压力表求出，由内弹道压力表求出1.675B =，按 1.6B =和 1.7B =插值即可求得50k +Λ、50k p +和50m +Λ，插值数据均列表1.1中。

课程名称： 火炮设计理论 学分： 4.5 教学大纲编号：01023202试卷编号：010******* 考试方式：闭卷 满分分值： 100 考试时间： 120 分钟二、试推导图所示简单筒后坐驻退机液压阻力计算式，并说明所用符号的意义。

图中V 为筒后坐速度。

（15分）解：1）连续方程： wa VA =，即V a A w =；（5分） 2）能量方程：()222222212221222V a A K w K w w w V p ⎪⎭⎫ ⎝⎛==+=+=+ξξρ，即 2222222122V a KA V a a KA p ρρ≈-=（5分） 3）液压阻力：223102V a A K A p ρ≈=Φ（5分） 三、图示为某自动机构后坐时的机构简图。

其中加速臂1的质心与转轴O 重合。

试写出自动机运动微分方程，并说明方程中各项的意义；写出自动机附加阻力T 的表达式。

（15分）解：1）运动微分方程为：F x A x M =+•••2（5分） 其中：442433232222112120m K m K J K m K m m M ηηηη+++++= dxdK m K dxdK m K dxdK J K dxdK m K A 4444333322221111ηηηη+++= 一、回答下列问题：(每题5分，共60分)1．炮身的主要作用是什么？（承受火药气体压力和引导弹丸运动。

）主要包括哪几个部件？（身管、炮尾、炮闩。

）2．采用自紧身管提高身管强度的原理是什么？(自紧身管在制造时对其内膛施以高压，使内壁部分或全部产生塑性变形；内压消除以后，由于管壁各层塑性变形不一致，在各层之间形成相互作用，使内层产生压应力而外层产生拉应力；由于内壁产生与发射时方向相反的预应力，因此使发射时身管壁内应力趋于均匀一致，从而提高身管强度。

) 3．什么是单筒身管弹性强度极限？（单筒身管不产生塑性变形时所能承受的最大内压力。

）单筒身管弹性强度极限主要取决于什么？（材料、结构尺寸、强度理论。

火炮设计理论火炮设计是指根据作战需求和技术要求，从总体方案到详细设计，对火炮系统进行分析和设计。

火炮作为一种重要的作战装备，具有重要的作用和战斗力。

一个优秀的火炮设计必须考虑到多个方面的因素，包括火炮的性能指标、使用环境、作战任务以及可靠性等。

首先，火炮设计需要明确火炮的性能指标。

性能指标包括火炮的射程、射速、精度、弹药威力等。

这些性能指标直接关系到火炮的实际作战效果。

射程决定了火炮的打击范围，射速决定了火炮的快速反应能力，精度决定了火炮的打击精度，弹药威力决定了火炮的杀伤效果。

因此，在火炮设计中，需要根据实际情况和需求，合理确定这些性能指标。

其次，火炮设计需要考虑使用环境和作战任务。

使用环境包括地形、气候和电磁环境等因素，这些因素都会对火炮的使用造成一定的影响。

地形和气候的复杂性可能会影响火炮的射击精度和射程，电磁环境可能会影响火炮的通信和导航系统。

作战任务包括火炮的部署、指挥和作战使用等方面，火炮设计需要根据实际战场需求，提供相应的解决方案。

此外，火炮设计需要考虑火炮的可靠性和安全性。

可靠性是指火炮在各种条件下正常工作的能力，包括火炮的寿命、故障率和维修便捷性等。

火炮应该能够在恶劣环境中稳定地工作，并能够在需要时进行维修和保养。

安全性是指火炮在使用过程中的安全性能，包括火炮的防火、防爆和防燃能力等。

合理设置火炮的安全装置和系统，提高火炮的安全性能，对于减少意外事故和保护人员财产安全具有重要意义。

最后，火炮设计需要注重新技术的应用和创新。

随着科技的不断发展，新材料、新工艺和新技术的应用，将使火炮设计更加先进和高效。

例如，纳米技术的应用可以改善火炮的材料性能和强度，电子技术的应用可以提高火炮的控制和自动化水平，激光技术的应用可以提高火炮的定位和瞄准精度。

因此，火炮设计需要紧跟科技进步的步伐，不断进行技术创新和改进，以适应未来战争的需求。

总之，火炮设计是一项复杂而重要的任务，需要考虑多个方面的因素。

《火炮设计理论》课程教学大纲课程代码：110441002课程英文名称：Artillery design Theory适用专业：武器发射工程课程总学时：48 讲课：42 实验：6 上机：0大纲编写（修订）时间：2017年5月一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是武器发射工程专业的必修专业课，是本专业的学位课程。

内容涉及火炮结构设计的基本理论和设计准则。

重点介绍火炮炮身的基本知识和炮身种类构造特点及设计理论。

通过本课程的学习，使学生能够理解火炮的基本构成和作用特点，具有能够进行火炮炮身分析和设计的能力。

为培养学生将来从事火炮设计与生产工作奠定基础。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求重点掌握火炮系统的组成。

掌握火炮身管的设计理论。

了解火炮的各个组成部分的特性和相互作用的关系。

使学生具有分析和火炮总体结构的能力，具有设计火炮身管的能力。

（三）实施说明本教学大纲是依据本科生武器发射工程专业的2017版教学计划而编写。

在教学中应采用先进的、直观的教学手段——多媒体教学，以使学生很容易理解教学内容。

（四）对先修课的要求枪炮内弹道学等相关课程（五）对习题课、实验环节的要求重点章设有1-2道习题，以巩固所学内容。

（六）课程考核方式1．考核方式：考试。

2．考试方法：笔试，闭卷。

3．课程总成绩：期末考试成绩、实验成绩，平时考核（包括中期考试、作业、小测验、提问以及出勤等）、上机环节考核成绩的总和。

其中期末笔试成绩占70%，平时考核占20%。

实验占10%.（七）参考书目《炮身设计》，中北大学翻印《火炮设计理论》，张相炎等，北京理工大学出版社，2005二、中文摘要本门课程是武器发射工程专业的基础必修课，它包含了火炮设计的基本理论。

重点在于火炮身管的基本理论、类型及结构特征。

通过本门课程的学习，学生能理解火炮身管的基本理论、类型及结构特征，从而提高学生设计火炮的能力。

三、课程学时分配表四、教学内容及基本要求第1部分火炮系统的概念及构成总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0具体内容：1）火炮概述;2）火炮的战术技术指标;3）火炮总体设计任务与内容。

炮身设计知识点炮身是指火炮的主要结构组成部分，它直接承受着极高的压力和瞬间的冲击力。

在现代军事中，炮身的设计非常重要，关系到火炮的射程、精度和使用寿命等方面。

本文将介绍炮身设计的一些重要知识点。

一、材料选择炮身的材料选择是决定其性能的重要因素之一。

传统的火炮炮身多采用高强度低合金钢材，有较好的耐磨损性和耐腐蚀性。

随着科技的发展，一些新型材料如合金钢、复合材料等也被应用于炮身设计中，能够提升炮身的强度和轻量化程度。

二、内、外径设计炮身的内径与外径设计是保证火炮射击性能的重要方面。

内径的尺寸直接影响火炮的口径，与弹药的匹配度密切相关。

外径的尺寸决定了火炮的外形尺寸和重量，也关系到其机动性和便携性。

三、膛线设计膛线设计是指炮身内壁的螺旋纹路设计。

膛线的设计直接影响火炮弹丸的旋转速度和稳定性，影响射击精度。

常见的膛线形式有线条膛、矩形膛等，每种膛线形式都有其适用的射击需求和优势。

四、炮身长度炮身长度是指火炮的整体长度。

炮身长度的选择往往需要综合考虑射程、口径、弹药威力等因素。

炮身长度的合理设计可以提高火炮的射程和精度，同时也要考虑到便携性和机动性的需求。

五、冷却系统炮身设计中的冷却系统是为了控制高温产生和排出的热量。

冷却系统可以采用空气冷却、液体冷却等方式，通过有效降低炮身温度，延长炮身的使用寿命。

冷却系统的设计要兼顾降温效果和冷却介质的供给方式。

六、刚度与强度炮身的刚度和强度是保证其可靠性和安全性的基本要求。

刚度的设计可以避免炮身的变形和振动，在射击时保持稳定的定位。

强度的设计要能够承受高压力和冲击力的影响，避免发生爆破或者失效的情况。

七、炮口设计炮口是火炮的射击口，其设计对于弹丸的发射速度和稳定性有着直接影响。

炮口设计可以包括喷嘴、制动器等结构的设计，用于控制火炮的后座力和提高射击精度。

综上所述，炮身设计涉及许多重要的知识点，包括材料选择、内外径设计、膛线设计、炮身长度、冷却系统、刚度与强度以及炮口设计等。