轻量化82mm无后坐力炮关键技术研究

摘要

无后坐力炮具有近战武器火力大，打击精度高，成本低，伴随士兵作战时轻便等特点，符合现代战争对近战的要求，填补了近程反坦克武器与反坦克导弹之间的火力空白。无后坐力炮的轻量化是提高其作战性能的关键因素之一。 本文采用带状变燃速药作为无后坐力炮的发射药，建立了带状变燃速发射药燃烧数学模型，根据经典无后坐力炮内弹道理论，建立基于变燃速发射药的内弹道数学模型。模型计算结果与该口径无后坐力炮实验结果相吻合。求解的得到的内弹道最大膛压57.6Mpa，炮口初速221m/s，与相同弹丸质量，相同装药量的常规装药相比，膛压下降11.4%速度提高7.3%。基于该模型分析发射药内外层密度，内外层燃速比以及外层与总厚度比对最大膛压，炮口初速，不平衡冲量的影响。计算结果表明为了减少膛压和不降低初速，变燃速药内外层密度之比不能过大，内外层燃速比应适当取较大值，外层厚度与药片弧厚之比取较小值。 基于变燃速发射药的内弹道数学模型得出的内弹道参数，采用钛合金设计无后坐力炮身管，运用碳纤维丝缠绕的方法，进一步轻量身管。 针对锥形尾喷管，随着锥角的增加，即喷管长度减小，喷管推力降低的特点，采用最大推力喷管型面法设计喷管型面，建立满足无后坐力炮无后座要求的喷管长度优化数学模型，以达到短化喷管长度的目的。通过求解得到在不改变无后坐力炮初速和不平衡冲量的情况下，设计喷管长度比锥形喷管短16.7％，质量轻14.3％。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与国内外研究现状

1.1.1 无后坐力炮国内外研究现状

1.2 本文的主要工作

第二章 基于带状变燃速药的无后坐力炮内弹道计算与分析

2.1 引言

2.2 带状变燃速发射药燃气生成规律数学模型

2.2.1基本假设

2.2.2 带状变燃速发射药的已燃质量分数Ψ

2.3 带状变燃速药无后坐炮内弹道模型

2.4 数值仿真计算结果及其分析

2.4.1 内弹道已知条件

2.4.2 实验数据与理论数据对比

2.5内弹道分析

2.5.1 变燃速药对内弹道影响研究

2.5.2 喷孔喉部面积对内弹道的影响

2.5.3 装药量对内弹道的影响

2.6 本章小结

第三章 无后坐力炮身管设计

3.2 基于钛合金的身管设计

3.1 钛合金简介

3.2.1 高低温压力曲线的确定

3.2.2 计算膛压曲线

3.2.3 确定材料及其强度类别

3.2.4 确定安全系数

3.2.5 确定允许壁厚误差??

3.2.6 膛线轮廓与尺寸计算

3.2.7 确定外部结构尺寸(在不使用碳纤维丝的情况下)

3.3 身管轻量化

3.3.1 碳纤维材料

3.3.2纤维缠绕

3.3.3 碳纤维缠绕身管的结构设计

3.3.4钛合金内衬筒厚度

3.3.5 碳纤维缠绕强度计算

3.4 复合身管质量估算

3.5 本章小结

第四章 无后坐力炮尾喷管轻量化设计

4.1 引言

4.2 火药气体在药室和喷孔内的流动

4.2.1 基本关系式

4.2.2 药室内气流的压力和温度

4.2.3 喷孔内气流的温度、压力和比重

4.2.4 喷孔内的气体速度μ

4.2.5 入口断面处流速与面积的关系

4.2.6 喷孔任一断面处的压力与面积的关系

4.2.7 喷孔内的气体流量Q

4.2.8 推力系数ξ

4.3 炮身平衡条件

4.3.1.炮身动量方程

4.3.2 平衡关系

4.3.3 尾喷管截面积

4.4 喷管短化设计

4.4.1 最大推力型面

4.4.2 喷管内流场数学模型

4.4.3 无后坐力炮尾喷管短化设计数学模型建立

4.4.3 模型求解

4.4.4 尾喷管推力数值计算

4.4.5 计算结果及分析

4.4.6 喷管最优型面曲线

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 论文工作总结

5.2 展望和后续工作

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢