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内弹道课件设计

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沈阳理工大学装备工程学院综合课程设计

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摘 要

本文应用MATLAB软件编写程序，在不同装填密度下，得出内弹道方程组的数值解，应用EXCLE表格对数据进行处理，模拟膛压p、弹丸速度随弹丸行程l的变化的关系，即对应用程序所解得的内弹道P～ｌ、Ｖ～ｌ曲线进行分析，并对结果进行分析，最终选取合适的装填密度，完成内弹道设计。

关键词：MATLAB；装填密度；内弹道设计； 沈阳理工大学装备工程学院综合课程设计

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前言

内弹道学是研究弹丸在膛内弹丸运动规律及其伴随的一系列射击现象的一门学科，是兵器发射理论与技术的基础理论之一，是兵器火力系统设计者必备的知识。经典内弹道学是平衡态热力学为基础的，研究膛内弹道参数平均值的变化规律的理论。内弹道学与武器弹药系统的研究、设计、生产和实验都有密切的联系。本课设将内弹道学与电子计算机技术相结合，反映了内弹道学的特征，获得了准确的结果。

内弹道学在枪炮设计中有十分重要的地位与作用，不仅是枪炮设计的理论基础，而且可以协调武器弹药系统设计中的矛盾，在总体上实现武器弹药系统良好的弹道性能，通过装药利用系数等弹道参量评价武器弹药系统的弹道性能。在新能源先发射原理的研究中，内弹道学扮演着导向的角色。开拓了发展的动力和领域。

内弹道计算，也称内弹道正面问题。即已知枪炮内膛结构诸元（如药室容积、弹丸行程等）和装填条件（如装药质量、弹丸质量、火药形状和性质）计算膛内燃气压力变化规律和弹丸运动规律。根据内弹道基本方程求解出lp~,l~的内弹道曲线，为武器弹药系统设计及弹道性能分析提供基本数据。

内弹道设计，也称内弹道反面问题。在已知口径，弹丸质量，初速及指定最大压力的条件下，计算出能满足上述条件的武器内膛构造诸元和装填条件（如装。弹道设计是多解的，在满足给定条件下可有很多个设计方案。因此，在设计过程中需对各方案进行比较和选择。 沈阳理工大学装备工程学院综合课程设计

- 3 - 本次课程设计以122mm加农炮装填条件为研究平台，MATLAB、EXCLE为应用工具，通过改变装填密度实现不同方案的设计，得出lp~,l~曲线，以最大膛压、初速等弹道参量为评价标准，选取合适的方案。 沈阳理工大学装备工程学院综合课程设计

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1.建立数学模型

1.1 设计思想和基本步骤概述

基于内弹道分析解法的一般步骤和计算例题的行进过程，整理出MATLAB软件编写程序编写过程中需要的方程。

先进行人工计算获得一组前期，第一时期的计算常量，并对照例题按数量级分析可行性及正确性。

编写前期，第一时期计算常量的MATLAB计算程序，并根据先前计算所得结果调试程序，这样可以保证程序的正确性。

引入内弹道的计算方程组，编写第一时期的MATLAB计算程序，获得结果。进一步利用第一时期的有关数据结合计算常量编写第二时期的MATLAB计算程序，获得结果，连接第一时期数据，在MATLAB中获得P---L,V---L曲线。

对曲线进行内弹道分析，再改变装填密度，重复前述过程，比较各组曲线挑选最佳方案。

1.2 基本假设

经典内弹道学中的内弹道方程组基于以下基本假设：

（1）火药燃烧遵循几何燃烧定律

（2）药粒均在平均压力下燃烧，且遵循燃烧速度定律。

（3）内堂表面热散失用减小火药力f或增加比热比的方法间接修正。

（4）用系数 来考虑其他次要功。

（5）弹带挤进膛线是瞬时完成，以一定的挤进压力0p标志弹丸的启动条件。

（6）火药力服从诺贝尔—阿比尔状态方程。

（7）单位质量火药燃烧所放出能量及生成燃气的燃烧温度均为定值，在以后膨胀过程中，燃气组分变化不予计及，因此虽然燃气温度因膨胀而下降，但火药力f 、余容及比热比k等均视为常数。 沈阳理工大学装备工程学院综合课程设计

- 5 - （8）弹带挤进膛线后，密闭良好，不存在漏气现象。

1.3 内弹道方程组

任务书给定的火炮口径d=122mm；药室容积W0=9.898dm3;炮膛横截面积S=1.96dm2、弹丸质量m=25kg、弹丸行程dmlg656.49、弹丸初速smv/8000、最大膛压2/2900cmkgpm、dmlw52.50、火药示性数:kgdmkgf/105.95、kgdm/0.13、3/6.1dmkg、06.1、06.0、火药形状特征量06.1，06.0。则，122mm加农炮采用的单一管装药，属于减面燃烧火药，火药形状特征量μ=0。因此采用单一装药的内弹道方程组。

（1）形状函数：

21ZZZ（） （1.1）

式中 ——火药已然百分数，量纲为1；

，，——火药形状特征量 ，量纲为1，其中0

Z——火药已然相对厚度，量纲为1。

最终得到：)1(zZ

（2）燃速方程：

11nupdZdte =n1PIK （1.2）

式中 t——时间，单位为s；

1u——燃速常数，单位为)/(nMpasmm；

p——膛压，单位为Mpa；

n——燃速指数，量纲为1；

1e——2/1火药起始厚度，也称弧厚，单位为mm；

kI——火药燃烧结束瞬间的压力全冲量。 沈阳理工大学装备工程学院综合课程设计

- 6 - （3）弹丸运动方程：

用平均压力和次要功系数表示的运动方程：

dvmSpdt （1.3）

式中 ——次要功系数，量纲为1；

m——弹丸质量，单位为mm；

v——弹丸运动速度，单位为sm/；

S——炮膛横截面积，单位为2mm。

（4）内弹道基本方程：

2()2Spllfmv （1.4）

式中 ])1(1[0pll； （1.5）

1k；

0l——药室容积缩颈长，单位为m；

——装填密度，单位为3/dmkg；

p——火药密度，单位为3/dmkg；

——火药气体余容，单位为kgdm/3；

l——弹丸行程，单位为m；

f——火药力，单位为kgJ/；

——装药质量，单位为kg；

k——绝热指数，量纲为1。

（5）弹丸速度与行程关系：

vtldd （1.6） 沈阳理工大学装备工程学院综合课程设计

- 7 - 1.4 内弹道方程组的化简

由任务书可知，输出结果中不包含时间变量t，因此可对内弹道方程组进行数学处理，消去时间变量t，简化方程组。

由式（1.1）及式（1.5）可知，l是的单值显函数，是Z的单值显函数，因此建模过程中可以保留l与，最后再用Z替换。

式（1.2）与（1.3）消去td得

npmuSeZv111dd （1.7）

式（1.2）与（1.35）消去td得

vpueZln11dd （1.8）

式（1.4）两边对Z求导，得

ZvvSmZSfZlZlpllZpdddd)dddd()(dd （1.9）

由式（1.5）知

ZlZlpdd)1()1(dd0 （1.10）

由式（1.1）知

232ddZZZ （1.11）

式（1.1）、（1.5）、（1.7）、（1.8）、（1.10）、（1.11）代入式（1.8）得

)1()1(1)1(32)1(dd3011120ZZZllpvueZZlpSfZpppnp

（1.12） 沈阳理工大学装备工程学院综合课程设计

- 8 - 式（1.7）、式（1.8）、式（1.12）组成化简后的内弹道方程组。

1.5 RONG-KUNG法

对于一阶微分方程组

niyxyyyyxfxyinii2,1)(),,,,(dd00211　　　　　

四阶RONG-KUNG公式可以写成

niKKKKhyyiiiiiki2,1)22(643211,　　　

其中，步长kkxxh1

),,,()2,,2,2()2,,2,2(),1,(2131421213111121nnkkkiinnkkkiinnkkkiikiihKyhKyhxfKhKyhKyhxfKhKyhKyhxfKynkkyxfK

1.6 建立数学模型

由式（1.7）、（1.8）、（1.12）联立方程组后，可以得到关于p、v、l、Z的一阶微分方程组，可以以4阶定步长RONG-KUNG法为基本算法，编写程序。

1.5.1 前期

当射击开始时，击发底火点燃火药。通常点火药都燃烧的很快，可以认为几乎瞬时燃完而达到所谓的点火的压力。

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弹道学课程设计

一、教学目标

本课程的教学目标是让学生掌握弹道学的基本概念、原理和方法，培养学生对弹道学的兴趣和热情，提高学生的科学素养和创新能力。具体来说，知识目标包括：了解弹道学的基本概念、原理和方法；掌握不同弹道方程的建立和求解；了解弹道学在军事、航天等领域的应用。技能目标包括：能够运用弹道学知识解决实际问题；能够运用科学的方法进行实验和数据分析。情感态度价值观目标包括：培养学生对科学的热爱和好奇心；培养学生勇于探索、创新的精神；培养学生对弹道学应用领域的兴趣和责任感。

二、教学内容

根据课程目标，本课程的教学内容主要包括弹道学的基本概念、原理和方法，以及不同弹道方程的建立和求解。具体安排如下：

第1-2课时：弹道学的基本概念和原理，介绍弹道学的定义、发展历程和基本原理。

第3-4课时：不同弹道方程的建立和求解，包括经典弹道方程和现代弹道方程的推导和应用。

第5-6课时：弹道学在军事、航天等领域的应用，介绍弹道学在军事武器设计和航天器发射中的应用案例。

三、教学方法

为了达到本课程的教学目标，将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。具体安排如下：

第1-2课时：采用讲授法，介绍弹道学的基本概念和原理，引导学生理解和掌握相关知识。

第3-4课时：采用讨论法和案例分析法，引导学生通过讨论和分析不同弹道方程的建立和求解过程，提高学生的科学思维能力。

第5-6课时：采用实验法，学生进行弹道实验，让学生通过实践操作和数据分析，深入了解弹道学在军事、航天等领域的应用。

四、教学资源

为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，将选择和准备适当的教

五、教学评估 为了全面、客观地评估学生在弹道学课程中的学习成果，将采用多种评估方式，包括平时表现、作业和考试等。具体安排如下：

平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问和回答问题的表现，以及学生在实验和实践环节的表现，评估学生的学习态度和动手能力。

弹道学课程设计

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弹道学课程设计

一、课程目标

知识目标：

1. 学生能够理解弹道学的基本原理，掌握影响弹丸运动轨迹的因素，如重力、空气阻力等。

2. 学生能够描述不同类型弹丸（如步枪子弹、炮弹）的弹道特性及其在实际应用中的差异。

3. 学生能够运用物理知识解释弹道学中的关键概念，如初速、射程、精度等。

技能目标：

1. 学生能够运用弹道学原理，分析并计算特定条件下的弹丸飞行轨迹。

2. 学生能够设计简单的实验，验证弹道学相关理论，提高实验操作能力和问题解决能力。

3. 学生能够通过案例研究，分析弹道学在军事、射击运动等领域的应用，提高跨学科综合运用能力。

情感态度价值观目标：

1. 学生培养对物理学，尤其是弹道学领域的兴趣，提高探索科学奥秘的热情。

2. 学生树立正确的价值观，认识到科学技术的进步对国家和社会发展的意义，增强爱国主义情怀。

3. 学生通过学习弹道学，培养严谨、客观、理性的思维方式，提高批判性思维能力。

本课程针对高中年级学生，结合弹道学原理和实际应用，注重知识、技能和情感态度价值观的全面培养。课程旨在帮助学生掌握弹道学基本知识，提高实际问题解决能力，同时激发学生对物理学科的兴趣和热爱，培养正确的价值观。通过分解课程目标为具体的学习成果，为教学设计和评估提供明确依据。

二、教学内容

1. 弹道学基本原理：介绍弹丸运动轨迹的影响因素，包括重力、空气阻力、发射角度等，对应教材第二章。

2. 弹丸类型与弹道特性：分析不同类型弹丸（步枪子弹、炮弹等）的弹道特性，对应教材第三章。

3. 弹道学关键概念：讲解初速、射程、精度等概念，并通过实例进行说明，对应教材第四章。

4. 弹道计算与分析：教授弹丸飞行轨迹的计算方法，结合实际案例进行分析，对应教材第五章。

5. 实践应用：探讨弹道学在军事、射击运动等领域的应用，结合教材第六章进行讲解。

6. 实验设计与操作：引导学生设计实验，验证弹道学相关理论，提高实验操作能力，对应教材第七章。

弹道学课程设计 2

弹道学课程设计 2

沈阳理工大学装备工程学院综合课程设计任务书

IV 课程设计（论文）评语及成绩评定

指导教师评语：

评分_______ 指导教师（签字）_______________ ________年____月____日

课程设计（论文）及答辩评分：

1．学生工作态度和平时表现（共20分）__________；

2．论文格式规范、语言流畅（共20分）__________；

3．数据完整、分析论述充分合理，结论正确（共20分）__________；

4．答辩表述能力（共20分）__________；

5．基本概念及回答问题情况（共20分）_________。

课程设计总成绩______ 答辩组成员（签字）_______________ _____年___月__日

沈阳理工大学装备工程学院综合课程设计任务书

V 综合课程设计（B2）任务书

一、设计题目：100mm加农炮杀伤爆破弹空气动力特性分析和弹道计算

二、已知条件： 1 结构尺寸（见附图）

2 弹丸直径 D=100 ㎜

3 弹丸初速 v0 = 900 m/s；

弹丸总长度 L 560 ㎜

4 弹丸射角 045

5 弹丸质量 m =15.6 ㎏

6 弹丸转动惯量比 Jy/Jx=2.0354㎏㎡/0.2152㎏㎡=9.46

7 火炮缠度 η=32(d)

8 引信为海-时1引信，其外露长度为129 ㎜，质量为0.641㎏

旋入弹体深度为29㎜，小端直径为8㎜；

9 弹丸质心位置（距弹底） X=172 ㎜

10弹体材料 D60

三、设计要求： 1 用AUTOCAD绘制弹体零件图和半备弹丸图

2 对弹丸结构进行空气动力特性分析

3 利用所学方法进行弹丸空气动力参数计算

火炮内弹道设计-毕业论文资料

火炮内弹道设计-毕业论文资料

第 1 页 共 30 页 1 绪论

内弹道（internal ballistics）是弹道的一部分，内弹道研究弹丸从点火到离开发射器身管的行为。内弹道学研究对各种身管武器都有重要意义。击发方法：任何类型的身管武器第一步需要击发火药。最早的枪支、大炮由一个一端密封的金属管组成。

1.1 内弹道学研究对象

内弹道学是研究发射过程中枪炮膛内及火箭发动机内的火药燃烧、物质流动、能量转换、弹体运动和其它有关现象及其规律的弹道学分支学科。燃烧的发射药产生具有很高压力的气体，使弹丸加速穿过炮膛，直到以预定初速离开炮口。初速是具有一定质量和形状的弹丸最终要达到的整个射程的基础。在设计火炮时必须进行计算以保证最正常、最有效地产生所需要的初速。发射装药产生的能量用于完成好几种工作。大部分能量用于赋予弹丸速度。能量还消耗在做下述功上：使弹丸旋转，克服弹丸与膛壁之间的摩擦力，使发射药和发射药气体在膛内运动以及使火炮后坐部分后坐。有些能量还以热能的形式损失在身管、炮尾、弹丸和药筒（如果使用药筒的话）上。

发射过程都是从点火开始，通过机械击发、电热或其他方式将点火药点燃，所产生的高温气体及灼热粒子再点燃火药装药，迅即扩展到整个装药表面，并同时沿着药粒厚度向内层燃烧。燃烧进行在一个封闭的空间中，这个空间前由弹丸的弹带封闭，后有火炮所采用的紧塞装置封闭，紧塞装置用于防止火药气体从后面逸出。在发射药气体的压力达到能使弹丸运动的程度之前，发射药的燃烧速度与膛压增加的速度是成正比例的。所谓“弹丸启动压力”就是指使弹丸开始向前运动的压力。当弹丸沿身管向前运动时，供发射药气体占用的空间增大，因此膛压的增加速度减小。当空间增加所导致的压力的增加相等时，膛压达到最大值。自此以后膛压开始下降，同时弹丸却在继续加速，甚至在发射药全部燃尽后弹丸仍在继续加速，只是加速度逐渐减小，弹丸一出炮口即变为减速。下图说明膛内压力、弹丸膛内行程和弹丸速度间的关系。