文档介绍：火炮设计理论
南京理工大学火炮教研室
§ 火炮发射动力学
1 火炮发射时的受力
炮膛合力
炮膛合力:发射时,火药气体和弹丸对炮身的作用力在后坐方向(轴向)的分量。
火药气体对炮身的作用可以分为以下三个时期。
启动时期;
弹丸膛内运动时期;
火药气体后效作用时期。
在膛内时期:
在弹丸膛内运动时期,炮膛合力与膛内平均压力成正比。
§ 火炮发射动力学
火药气体压力作用在炮身上的合力
炮膛合力
弹丸作用在膛线上的轴向力
p
l
o
当弹丸运动到炮口,弹带脱离膛线的瞬间,膛线阻力突然消失,炮膛合力就突然升高,即由弹丸膛内运动时期终了瞬间的炮膛合力
跃升至后效期开始瞬间的炮膛合力
在对弹丸膛内运动时期的炮膛合力作一般估算时,可简单地采用下式
§ 火炮发射动力学
后效期炮膛合力的计算:
理论公式
经验公式
指数公式
时间常数b越大,衰减越慢,后效期延续时间就越长。
§ 火炮发射动力学
反映炮膛合力衰减快慢的时间常数
以后效期开始为起点计算的时间
后效期开始时的炮膛合力
后坐阻力
火炮的后坐部分在炮膛合力的作用下会向后作加速后坐运动,然后在反后坐装置力的作用下减速,直到后坐终了。
取后坐部分为研究对象,对其在发射时的受力进行分析。
发射时后坐部分所受的主动力有:
作用在炮膛轴线上的炮膛合力Fpt;
作用在后坐部分质心上的后坐部分重力mhg ;
弹丸作用于膛线导转侧的力矩Mhz;
约束反力则包括:
制退机力FΦh;
复进机力Ff;
密封装置的摩擦力F;
摇架导轨法向反力FN1、FN2和相应的摩擦力FT1、FT2;
假设摇架前后导轨的摩擦系数相同,均为f,则:
FT = FT1 + FT2 = f( FN1 + FN2 )
§ 火炮发射动力学
作用在炮身上的主动力和约束反力组成了一个空间力系。为了简化问题,作以下假设:
(1)弹丸作用于膛线导转侧的力矩对后坐方向上的运动影响较小,可以忽略其作用;
(2)发射时所有的力均作用在射面内;
(3)后坐部分和炮架部分均为刚体。
在这些假设条件下,发射时后坐部分的受力和运动就简化为刚体在平面力系作用下的动力学问题。
§ 火炮发射动力学
取火炮后坐的方向为x方向(与炮膛轴线平行),在该方向对后坐部分运用牛顿第二运动定律,即得火炮的后坐运动微分方程后坐运动微分方程。
§ 火炮发射动力学
后坐行程
后坐速度
射角
后坐阻力
后坐部分仅在炮膛合力作用下的运动称为自由运动。
后坐部分在炮膛合力和后坐阻力作用下的运动称为制退后坐。
后坐阻力FR,实际上应该是由炮架提供作用力,作用在后坐部分上,各力都有作用点和方向及施力对象。后坐部分的重力不是有炮架提供的,严格说,后坐部分重力分量不应包括在后坐阻力之中。即后坐阻力
一般还是将后坐部分重力分量计算在后坐阻力之中。
产生后坐的主要因素是炮膛合力,阻止后坐的主要因素是后坐阻力。
炮膛合力在内弹道确定之后几乎就确定了其变化规律。
后坐阻力则取决于后坐部分的运动。
反后坐装置设计就是通过设计反后坐装置的结构,来控制和实现后坐阻力的变化规律,进而控制和实现火炮(后坐部分及炮架)的受力及运动规律。
后坐部分作用在炮架上的力在后坐方向上的分量称为后坐力。
后坐力是后坐阻力的反作用力。
§ 火炮发射动力学
后坐时全炮受力
(1)基本假设
1)刚性假设;
2)平面假设;
3)平衡假设。
基本假设将一个复杂的多体动力学问题,通过简化,转化为平面刚体静力学问题。
§ 火炮发射动力学