火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算方法技术

本发明专利技术涉及一种火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算方法，首先计算自紧身管高低温压力曲线，而后计算自紧身管理论强度曲线和理论外形，最后将自紧身管实际外形与理论外形相减，得到压坑允许深度曲线；其安全系数选取以及理论外形计算与单筒身管压坑允许深度曲线计算有较大差异。本发明专利技术为火炮自紧身管的战场保障提供了依据，可用于院校、科研所和武器生产厂的火炮身管研制和部队的火炮身管保障。

Calculating Method of Permissible Depth Curve for Pressure Pit of Gun Self-Tightening Barrel

The present invention relates to a method for calculating the allowable depth curve of self-tightening barrel pressure pit of artillery. Firstly, the high and low temperature pressure curve of self-tightening barrel is calculated, and then the theoretical strength curve and theoretical shape of self-tightening barrel are calculated. Finally, the allowable depth curve of pressure pit is obtained by reducing the actual shape of self-tightening barrel from the theoretical shape. The calculation of depth curve is quite different. The invention provides a basis for the battlefield support of self-tightening barrel of artillery, and can be used for the development of artillery barrel of colleges, scientific research institutes and weapon factories and the support of artillery barrel of troops.

【技术实现步骤摘要】
火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算方法
本专利技术属于武器装备研制和保障领域，具体涉及一种火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算方法。
技术介绍
身管是火炮的基础部件，在射击时承受高压火药气体的压强并将弹丸高速抛射出去。目前常用的火炮身管主要有两种：单筒身管和自紧身管。单筒身管是传统的身管，身管管壁内不存在预应力，目前大部分枪炮都采用单筒身管；自紧身管在制造时使身管膛壁发生塑性变形，制造后在管壁内形成预应力，预应力可以使身管承受更高的内压，从而提高了身管的强度，目前自紧身管已经成为高膛压火炮(大口径压制火炮、坦克炮等)的标准配置。单筒身管火炮勤务保障中有一种重要资料——单筒身管压坑允许深度曲线，当身管上弹坑或压痕深度超过压坑允许深度曲线数值时，认为身管强度已经不够，火炮不能继续射击。理论上对于自紧身管火炮也应该有类似的身管压坑允许深度曲线，但是由于自紧身管火炮装备部队较晚，暴露在战场的机会较少，目前还没有人提及自紧身管压坑允许深度曲线的概念。单筒身管压坑允许深度曲线确定步骤主要包括：计算身管高低温压力曲线；计算身管理论强度曲线；计算身管理论外形；计算身管压坑允许深度曲线。自紧身管压坑允许深度曲线的确定思路与单筒身管类似，但是计算过程要更为复杂，尤其是自紧身管管壁包括弹性区和塑性区，求取身管理论外形需要特殊的数值计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算方法。本专利技术采用如下技术方案：一种火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算方法，首先计算自紧身管高低温压力曲线，而后计算自紧身管理论强度曲线和理论外形，最后将自紧身管实际外形与理论外形相减，得到压坑允许深度曲线。进一步的，所述计算自紧身管高低温压力曲线包括如下步骤：(a)计算膛压曲线：利用式(1)所示的内弹道方程组求解特征参数lm、lk、lg、pm、pk、pg，计算膛压曲线；式(1)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-弹丸重量，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；(b)计算高低温压力曲线：其包括依次连接的两段直线和两段曲线组成；所述两段直线为与的连线以及与的连线；所述曲线为与之间数个不同药温t下的数据点连线以及与之间数个低温dw下的数据点连线。进一步的，其中L＝l+lys(2)式(2)中lys为身管药室长度；进一步的，所述为只考虑弹丸摩擦和旋转的次要功计算系数，火炮取1.02。进一步的，所述计算自紧身管理论强度曲线的步骤为：身管各截面高低温压力曲线对应压强p1与该截面安全系数n相乘得到理论强度pl的连线。进一步的，所述安全系数n通过如下方法确定：将火炮身管分为3段：药室部为0～lys、导向部为lys～Lg-2d、炮口部为Lg-2d～Lg；所述药室部的安全系数取1.25；所述导向部的安全系数取1.38；所述炮口部的安全系数取1.8。进一步的，计算自紧身管理论外形的方法为：依照自紧身管截面的实际内半径r1以及与其对应的理论强度pl，计算自紧身管该截面的理论外半径r2l，将各截面的理论外半径r2l相连，得到自紧身管理论外形曲线；进一步的，自紧身管各截面的理论外半径r2l计算方法为：对于每一个截面，取r2l从r2逐渐减小到r1，对于每一个r2l，按照式(5)计算对应的实际强度ps，如果ps＞pl，则继续减小r2l并计算ps，直到ps≤pl，不再往下计算，此时的r2l就是求得的身管理论外半径；进一步的，所述自紧身管压坑允许深度曲线通过如下方法确定：各截面r2减去r2l就得到各截面的压坑允许深度h，各截面的压坑允许深度h连线，形成压坑允许深度曲线。本专利技术的有益效果在于：本专利技术给出了火炮自紧身管压坑允许深度曲线的确定方法，为火炮自紧身管的战场保障提供了依据，可用于院校、科研所和武器生产厂的火炮身管研制和部队的火炮身管保障。附图说明图1为身管理论外形和实际外形曲线；图1中，L-身管距离膛底长度，r-身管半径，1-身管内半径曲线，2-身管理论外形，3-身管实际外形。图2为身管膛压曲线；图2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3为身管高低温压力曲线；图3中，-x温度下时弹后膛压达到最大时弹丸底部距离膛底距离，-x温度下时发射药燃烧结束瞬间弹丸底部距离膛底距离，-x温度下时弹后膛压达到最大时膛底压强，-x温度下时弹后膛压达到最大时弹底压强，-x温度下时发射药燃烧结束时弹底压强，-x温度下时弹丸出炮口瞬间弹底压强。图4为自紧身管安全系数曲线；图4中，n-安全系数，lys-药室长度。图5为某型火炮自紧身管的高低温压力曲线和理论强度曲线；图5中，1-高低温压力曲线，2-理论强度曲线。图6为某型火炮自紧身管的外形曲线；图6中，1-内半径曲线，2-实际外形，3-自紧半径曲线，4-理论外形。图7为某型火炮自紧身管的压坑允许深度曲线。具体实施方式火炮自紧身管也需要身管压坑允许深度曲线作为战场上判定身管能否继续使用的依据；自紧身管压坑允许深度曲线计算思路和单筒身管类似；自紧身管安全系数和单筒身管不同；自紧身管的强度计算公式和单筒身管不同；自紧身管理论外形确定涉及弹性区和塑性区的差异，需要特殊的数值计算方法。对于确定的火炮，其自紧身管材料是确定的(材料屈服强度极限σs已知)，各截面(用离散数据点表示，见表1)的内半径r1、外半径r2以及自紧半径ρ都是已知的。各截面还有一个理论外半径r2l，r1与r2l之间的壁厚刚好能够承受该截面承受的理论强度pl(该截面承受最大压强p1乘上安全系数n)，r1与r2之间的壁厚承受pl是有安全余量的，这个安全余量就对应压坑允许深度h＝r2-r2l。如图1所示，以身管各截面位置距离膛底距离L为自变量，各截面r2形成实际外形，r2l形成理论外形。类似的，以身管各截面位置距离膛底距离L为自变量，各截面h形成压坑允许深度曲线，pl形成理论强度曲线，p1形成高低温压力曲线。计算火炮自紧身管的压坑允许深度曲线，就要首先计算身管高低温压力曲线，而后计算身管理论强度曲线和理论外形，身管实际外形与理论外形相减即得到压坑允许深度曲线。表1身管各截面数据一、确定高低温压力曲线1、计算膛压曲线膛压曲线计算利用计算机编制程序求解内弹道方程组得到。所用的内弹道方程组如式(1)所示。计算时要用到具体火炮的参数。式(1)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-弹丸重量，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。每条膛压曲线都包括一系列离散数据点，如表2所示。其中，lm、lk、lg、pm、p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算方法，其特征在于，首先计算自紧身管高低温压力曲线，而后计算自紧身管理论强度曲线和理论外形，最后将自紧身管实际外形与理论外形相减，得到压坑允许深度曲线。

【技术特征摘要】
1.一种火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算方法，其特征在于，首先计算自紧身管高低温压力曲线，而后计算自紧身管理论强度曲线和理论外形，最后将自紧身管实际外形与理论外形相减，得到压坑允许深度曲线。2.根据权利要求1所述的火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算方法，其特征在于，所述计算自紧身管高低温压力曲线包括如下步骤：(a)计算膛压曲线：利用式(1)所示的内弹道方程组求解特征参数lm、lk、lg、pm、pk、pg，计算膛压曲线；式(1)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-弹丸重量，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；(b)计算高低温压力曲线：其包括依次连接的两段直线和两段曲线组成；所述两段直线为与的连线以及与的连线；所述曲线为与之间数个不同药温t下的数据点连线以及与之间数个低温dw下的数据点连线。3.根据权利要求2所述的火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算方法，其特征在于，其中L＝l+lys(2)式(2)中lys为身管药室长度；4.根据权利要求3所述的火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算方法，其特征在于，所述为只考虑弹丸摩擦和旋转的次要功计算系数，火炮取1.02。5.根据权利要求1所述的火炮自紧身管压坑允...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜中华，狄长春，李玥，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32