1、沈阳工学院课程设计说明书I课程设计成绩评定表课程设计题目 76mm 舰炮杀爆弹空气动力特性分析和弹道计算专 业 弹药工程与爆炸技术班级学号 姓名评语指导教师签字：成绩日期 年 月 日沈阳工学院课程设计说明书II课程设计任务书学 院 能源与水利学院 专 业 弹药工程与爆炸技术学生姓名 班级学号课程设计题目 76mm 舰炮杀爆弹空气动力特性分析和弹道计算 实践教学要求与任务:已知条件： 1 结构尺寸（见附图）2 弹丸直径 76mmD3 弹丸初速 v0 =980m/s4 弹丸射角 455 弹丸质量 m =5.9 kg6 弹丸转动惯量比 0.9478./031.xyJ7 火炮缠度 =30.71(d)8
2、 引信为榴-7 引信，其外露长度为 100 mm，质量为 0.25kg,旋入弹体深度 为 47mm，小端直径为 20mm9 弹丸质心位置（距引信） 115.1 mm0h10 弹体材料 D60设计要求： 1 用 AUTOCAD 绘制弹体零件图和半备弹丸图，用三维软件绘制三维图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4 根据弹丸空气动力参数进行弹道计算5 进行弹道飞行稳定性计算6 总结分析计算结果7 撰写课程设计说明书沈阳工学院课程设计说明书III工作计划与进度安排：第一天：下发任务书，分组，讲解课程设计思路，布置任务。第二天-第三天：绘制弹丸二维及三维图纸第四天
3、-第五天：根据弹丸外形尺寸计算空气动力特性参数第六天-第七天：根据所计算的空气动力特性参数计算弹丸的外弹道诸元第八天-第九天：计算弹丸的飞行稳定性，并撰写课程设计说明书。第十天：答辩指导教师：201 年 月 日专业负责人：201 年 月 日学院教学副院长：201 年 月 日沈阳工学院课程设计说明书IV摘 要我们本次学习研究的课程设计是以弹道学为基础，对 76mm 加农炮杀伤爆破弹的弹道计算和飞行稳定性分析。我们通过对其弹道诸元的分析和飞行稳定性的分析极大地加深了我们对弹道学的认识和理解。本文一共分为 5 个章节去研究以及学习弹丸的弹道计算和飞行稳定性分析，第一章分析计算弹丸的空气动力参数，第二
4、章利用弹道表解法的表格法计算外弹道的弹道诸元，第三章分析了弹丸的飞行稳定性，第四章对计算结果进行了分析，第五章为课程设计后的一些体会。本次课程设计的空气动力参数的计算包括弹丸的结构参数的计算，例如旋成体最大直径，弹体截面直径，弹尾部长度等几何参量以及各类长径比等无量纲。这些数据都将影响弹丸在空气中飞行时受到的阻力系数。同时，此次外弹道计算是用在 1943 年阻力定律和标准下所编的弹道表进行弹道的诸元和修正诸元的查算和反查算。该弹丸在空中飞行的稳定属于旋转稳定，其条件是弹丸具备陀螺稳定性。陀螺稳定性是指高速旋转的弹丸具有定轴性和抗扰性。理论上来说，只要膛线缠度小于某一最大值，即膛线缠度上限就可以
5、保证弹丸具有陀螺稳定性。判断完它的陀螺稳定性后则是计算其追随稳定性。弹丸追随稳定性的物理本质是：弹轴追随弹丸速度矢量的下降而下降。火炮膛线缠度 大于膛线缠度下限 ,弹丸的飞行就满足追随稳定性要求。下判断完弹丸的陀螺稳定性和追随稳定性后，计算方面的工作告一段落。最后是此次课程设计的结论和分析，以及一些能够优化弹丸各项性能的改进。关键词:杀爆弹;弹道计算;陀螺稳定性沈阳工学院课程设计说明书V目 录1 绘制弹体零件图和半备弹丸图 .12 弹丸空气动力参数计算 .22. 1 弹丸结构参数的计算 .22. 2 弹头部波阻系数的计算 .32. 3 弹尾部波阻系数的计算 .42. 4 弹体摩擦阻力系数的计算
6、 .42. 5 弹体底部阻力系数的计算 .52. 6 本章小结 .63 外弹道计算 .73. 1 外弹道计算 .73. 2 本章小结 .84 弹丸飞行稳定性计算 .94.1 弹丸陀螺稳定性计算 .94.2 弹丸追随稳定性计算 .94. 3 本章小结 .105 结果分析 .116 总结 .12参考文献 .13沈阳工学院课程设计说明书11 绘制弹体零件图和半备弹丸图1.由任务书所提供弹体结构简图和尺寸，运用 AutoCAD 绘制 152mm 杀爆弹弹体图和半备弹丸图（见附图 1，附图 2） ，工作内容：1）由弹体结构简图，进行页面的布局设置；2）利用图层管理器创建图层，设定线型、线宽和颜色，如粗实
7、线、细实线、中心线、剖面线、尺寸线等，并设定好不同的颜色以及不同的线型和线宽；3）利用标注样式管理器，创建尺寸标注样式。2.在绘制过程中应注意几点：1) 应设置几处不同的图层，各图层设置的颜色和线型应不同，绘图时在同一类型的图形放在同一图层中，便于修改；2) 由于是用 A3 图纸打印,小于弹体实际尺寸,因此应加大字体和线宽；3) 在标注过程中应该注意其字高的一致。沈阳工学院课程设计说明书22 弹丸空气动力参数计算2. 1 弹丸结构参数的计算弹丸弹体形状可看成是由一条母线绕对称轴旋转而成的，这样的物体称为旋成体。它一般由三部分组成：削尖的弹头部，延伸的圆柱部，收缩的弹尾部。对于尾翼稳定的弹丸还要
8、加上稳定装置（如尾翼） ，弹丸的各部分的外形结构、重量与质量的分布设计是否合理，对弹丸的弹道性能、气动力好坏和威力的大小有很大的影响。头部的头顶角记为 0， 一般不大于 20；在高速飞行时，头部越长，波阻越小，头部母线和圆柱部相割（而不是相切）有利。圆柱部长度约为 12 d，圆柱部较长可以保证弹丸在膛内稳定和一定的装药空间而保证弹丸威力。弹带离弹尾部距离要大于 d/4，以避免附面层因弹带存在而和弹体分离，致使涡阻增大。但是圆柱部增长，摩阻要增大。为了减小尾部的波阻，采用截头锥形尾部，尾部收缩角记为 t，在 69 为好，一般小于10。弹体的长细比不一样，一般的旋成体长细比在 4.56。组成旋成体
9、的几何参量如下： 1. 弹底截面直径 Dd72mm；2. 旋成体最大直径 Dm76 mm；3. 弹头部长度 Ln159 mm；4. 圆柱部长度 Lc144.3mm；5. 弹尾部长度 Lt13.2mm；6. 旋成体总长度 Lb316.5mm；7. 弹头部顶角 012；8. 弹尾部收缩角 t9；除上述几何参量外，还有几个无量纲量：9. 旋成体长径比: 4.1645；b10. 弹头部长径比: 2.0921；nmLD11. 圆柱部长径比: 1.8987；c沈阳工学院课程设计说明书312. 弹尾部长径比： 0.1737；ttmLD13. 旋成体收缩比： 0.8975。2d=S当迎角为零时，由于对称关系，
10、弹体只受到轴向力，法向力和俯仰力矩均等于零，阻力的一般表达式可写为： 20m1xXCVS其中 为迎角为零时的阻力系数，在超音速下可写为：0xC（2.1）0dntxfxxC式中，头部波阻系数；nxC尾部波阻系数；t弹底部阻力系数；dx弹体摩阻系数。f2. 2 弹头部波阻系数的计算弹头的形状对弹头波有影响：弹体越钝，扰动越强，激波越强。消耗的弹的动能越多。减小波阻的方法可以使弹头部锐长。马赫数 2.8821，为超音速。98034VMa尖拱形弹头部的阻力系数由（2.21.7n 2n9610.2(.16)(4(8)x oCM ）=21.72 20. 96.016(.16) 84(8).9.43所以弹头
11、波阻系数为： 。n0.xC引信前端面为平头，其前端面横截面积所带来的阻力需估算进去。引信前端提供的附加阻力系数为:沈阳工学院课程设计说明书4nm()axaSC（2.3）= 314.60.85.其中， 由空气动力学2查得 =1.6；()xnaCn()xa前端面横截面积， = =314mm2；S24aDS203.14弹丸最大横截面积， = 4534.16mm2；m2m276.所以弹头部波阻系数为 =0.043+0.1108=0.1538。nxxaC2. 3 弹尾部波阻系数的计算弹尾部有收缩形和扩张形，采用收缩是为了减小底阻，通过减小底部面积从而减小底阻力，但是收缩又出现了波阻，此外，收缩形弹尾对全
12、弹的纵向稳定不利。对截锥形收缩尾部，波阻系数为0.5 （2.4）1.7t td20.(.16)()xCSM1.72.(.)(90.8580.247所以弹尾波阻系数： =0.0247。txC2. 4 弹体摩擦阻力系数的计算摩阻是由于空气相对摩擦产生的阻力，弹丸在空气飞行中，带动弹丸表面薄空气从而消耗了弹丸的动能，减小了速度，摩阻和弹丸的表面光洁有关，制造粗糙的弹丸可以使弹丸的摩阻增加 23 倍，在表面涂漆可以改善表面光洁，可以使射程提高0.52.5%，在亚音速时，弹丸的摩阻占总阻的 3540%，超音速只占 10%左右。目前求摩擦阻力系数时，基本上是利用平面物体的研究结果。这样就把弹体展成一“相等
13、平板”来处理，它的单面积等于弹体实际受摩擦表面积 ，长度等于弹体长fS沈阳工学院课程设计说明书5Lb。雷诺数 8e 61.2098.3152.01vlR式中 , 均由查表 2 得。51.820kg/ms3.kg/一般情况下取临界雷诺数 6.5106。*e，对于高速弹丸（尤其是旋转弹丸）的摩阻计算，常把附面层全部视为*eLR紊流状态，则其弹体摩擦阻力系数 为xfC 20.4670.145e m3(.)fxfLSMR（2.5）20.4670.1457 056.823(.8)13413.28式中， 形状修正系数，由空气动力学查得 1.23； 弹体侧面积， fSfSS引 信 弹 头 圆 柱 弹 尾02
14、()()()cos32cosmdmdtcDDldl0()()()ddtcll。2645.83=2. 5 弹体底部阻力系数的计算由于附面层的分离，形成旋涡而使弹丸前后出现压力差，造成底部阻力。对于超音速弹丸，底阻占 30%左右，而亚音速弹丸，底阻占 6060%左右，所以对于减小底阻是有很大意义的，现在有采用底凹或者底排，提高底亚，减小底阻。超音速时，底阻的形成原因不仅与外部气流的引射作用有关，而且与尾激波有关。影响底部阻力的主要因素有： 数、附面层特性、尾部外形、底部热状态、有无喷流、eR马赫数、迎角、飞行高度等。可利用近似公式估算底阻。有效长径比 ； ；e_d4.1652.0897S1e2.8531.Mk
