一种确定火炮身管设计压力曲线的简易方法与流程

本发明属于武器研制和保障领域，具体涉及一种确定火炮身管设计压力曲线的简易方法。

背景技术：

火炮身管在射击时要承受高温高压的火药气体，因此必须合理确定身管各截面的壁厚，使得身管具有足够的强度，同时身管也不能过重。

设计火炮身管的一项重要的前期工作就是确定火炮各种射击条件下身管各截面要承受的最大压强，各截面最大压强的连线就是身管设计压力曲线，该曲线是设计身管壁厚的重要依据。

目前火炮设计中确定身管设计压力曲线的方法主要是高低温压力法，该方法考虑了身管内弹丸后方火药气体压力分布的不均匀性以及装药温度对膛压曲线的影响，最终确定的身管设计压力曲线为两段直线和两段曲线，第一段曲线由不同药温下的燃烧结束点位置弹底压强组成，第二段曲线由-40℃时燃烧结束点后面的弹底压强组成。

很明显，确定身管设计压力曲线时，后面两段曲线的确定要进行大量的计算，尤其是第一段曲线的确定要获知不同药温下的膛压曲线，计算工作量更大。这为身管设计压力曲线的实际应用带来了不便。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提出一种确定火炮身管设计压力曲线的简易方法，减小运算工作量。

本发明的原理为：将身管设计压力曲线的后面两段曲线用直线代替，用5个数据点即可确定身管设计压力曲线，大大减小运算工作量。

这样处理的合理性在于：首先，设计压力曲线后面两段压强略有增大，设计的身管偏于安全；其次，身管后面两段尺寸不会增大很多，考虑到后续身管理论外形的调整，最终确定的身管实际外形变化不会很大；再有，身管设计压力曲线的前两端直线严格来说也应该是曲线，只是为了简化计算而用直线代替，不妨将这种简化进一步拓展到后面两段曲线。

本发明采用如下技术方案：

一种确定火炮身管设计压力曲线的简易方法，其包括如下步骤：

(1)计算膛压曲线；

(2)根据膛压曲线找到特征参数；

(3)根据特征参数计算特征点数据；

(4)依次连接特征数据点，得到简化的身管设计压力曲线。

进一步的，所述步骤(1)为：在最强装药号和新炮(药室增长量为0)的前提下，通过求解内弹道方程组或者试验测试，得到对应-40℃和+50℃的两条膛压曲线。

进一步的，所述步骤(2)为：通过-40℃和+50℃的两条膛压曲线分别得到-40℃对应膛压曲线的特征参数以及+50℃对应膛压曲线的特征参数

进一步的，所述步骤(3)为：考虑药室部分的长度lys，由lg用式(a)计算lg；

l＝l+lys(a)

式(a)中，lys-身管药室长度；

由用式(b)计算由用式(c)计算

式(b)和(c)中，mω-发射药质量，mq-弹丸质量，-只考虑弹丸摩擦和旋转的次要功计算系数，火炮取1.02；

如此得到5个特征点数据：(0，)、

进一步的，所述步骤(4)为：将步骤(3)得到的5个特征点数据(0，)、(lg，)依次连接起来，即得到简化的身管设计压力曲线。

本发明的有益效果在于：本发明大大简化了身管设计压力曲线的计算，实际应用中十分方便。本发明可用于院校、科研所和火炮生产厂的火炮身管研制。

附图说明

图1为身管膛压曲线。

图2为简易身管设计压力曲线组成图。

图1中，l-弹丸相对身管行程，p-弹后空间平均压强，

p0、pm、pk、pg-对应弹丸启动时、膛压最大时、发射药燃烧完毕时、弹丸出炮口时膛内平均压强，lm、lk、lg-对应膛压最大时、发射药燃烧完毕时、弹丸出炮口时的弹丸相对身管行程。

图2中，l-身管距离膛底长度，pj-身管各截面承受最大压强，d-火炮口径，

lg-身管长度，-x℃时弹后膛压达到最大时弹丸底部距离膛底距离，

-x℃时发射药燃烧结束瞬间弹丸底部距离膛底距离，

-x℃时弹后膛压达到最大时膛底压强，-x℃时弹后膛压达到最大时弹底压强，-x℃时弹丸出炮口瞬间弹底压强。

具体实施方式

首先，在最强装药号(国内为0号装药)、新炮(膛线起始部无磨损，药室增长量为0)前提下，通过求解内弹道方程组或者试验测试，得到对应-40℃和+50℃的两条膛压曲线(如图1所示)。

所述内弹道方程组如式(d)所示。计算时要用到具体火炮的参数。

式(d)中，ψ-火药燃去百分数，z-火药燃去相对厚度，t-时间，λ，μ-药粒的形状特征量，u1-燃烧速度系数，e1-药粒初始厚度的一半，p-膛内火药气体平均压强，ik-压力全冲量，n-燃烧速度指数，s-炮膛横截面积，-次要功计算系数，mq-弹丸质量，v-弹丸速度，l-弹丸行程，lψ-药室自由容积缩径长，f-火药力，mω-装药质量，k-比热比。

膛压曲线是由一系列数据点组成的，格式如表1所示。-40℃对应膛压曲线的特征参数包括+50℃对应膛压曲线的特征参数包括由于火炮身管长度是确定的，弹丸出炮口时相对身管的位移也是确定的，故-40℃和+50℃的两条膛压曲线的lg是一致的。这里要指出的是，-40℃～+50℃是我国火炮的使用温度范围。

表1膛压曲线的数据点

其次，考虑火炮药室部分的长度lys，由lg用式(a)计算lg。

l＝l+lys(a)

如，

接下来，由用式(b)计算由用式(c)计算

式(b)和(c)中，mω-发射药质量，mq-弹丸质量，-只考虑弹丸摩擦和旋转的次要功计算系数，火炮常取1.02。

式(c)的使用如，

最后，如图2所示，将上面得到的5个数据点(0，)、(lg，)依次连接起来，即得到简化的身管设计压力曲线，它是由4段直线组成的。

对于有的火炮，由于身管长度较短，此时身管设计压力曲线只有前面三段。

可以看出，这种确定火炮设计压力曲线的简易方法(四段直线)，只需要借助-40℃和+50℃的两条膛压曲线上的特征参数即可得到，不需要多个温度下的燃烧结束点参数，也不需要-40℃时膛压曲线上燃烧结束点后面的多个数据点，远比目前采用的高低温压力法(两段直线和两段曲线)简单，大大减小了运算工作量，实际应用中十分方便。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，但并不限于此，本领域的技术人员很容易根据上述实施例领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围之内。