中北大学2009届毕业设计说明书1 引言（或绪论）所谓突击炮，就是伴随机械化步兵或者装甲部队提供直接、间接火力支援、反装甲任务打击敌人有防护的目标（比如步兵工事）还可以执行侦查，巡逻等任务。他的优势在于重量轻，机动能力强，价格便宜。有一定得火力劣势是，火力小，无法对现代坦克造成威胁，所以他一般执行火力支援等任务。 纵观当今世界坦克装甲车辆的发展，轮式装甲车辆异军突起。而轮式突击炮则是轮式装甲车辆家族中的一支重要力量。本文分析了未来战场的要求以及我军面临的战场需求，剖析了轮式突击炮在战场上将发挥的巨大作用，提出了我军发展轮式突击炮的几点建议和轮式突击炮在未来战场上的运用。本文作者认为通过发展轮式突击炮可以提升我陆军的战斗力，是有利于打赢我国周边高技术条件下局部战争的。任何一种武器装备的出现和发展，都是由战场需求决定的；而武器装备在战场上的表现又反过来影响武器装备未来的发展走向。自从坦克装甲车辆诞生以来，历经第一次世界大战、第二次世界大战以及二战后的多场局部战争，主战坦克已经成为陆地战场上最主要的突击兵器。第二次世界大战中，在战场第一线冲锋陷阵的都是履带式的装甲车辆（包括坦克和坦克歼击车），轮式车辆主要担负后方的运兵任务。但是自二十世纪七十年代以来，轮式步兵战车逐步兴起，成为了坦克装甲车辆家族里的一支新军。在众多的轮式装甲车辆中，出现了装备大口径直瞄火炮的轮式突击炮（各国称呼不同，有轮式自行反坦克炮、轮式坦克、轮式装甲侦察车之称）。 1.1 身管设计基本知识身管是火炮的一个主要部件，线膛包括药室、坡膛、膛线部等部分。它的主要作用是承受火药气体压力和导引弹丸的运动。身管设计主要包括强度设计和结构设计。结构设计又包括膛内结构设计和外部结构设计。膛内结构设计是要保证满足内、外弹道对身管提出的各个参量（如口径、弹丸行程、药室容积、炮口缠度等）的要求和使炮膛结构合理。外部结构设计主要应考虑身管与各个其他部件的连接，身管与炮尾、炮口制退器的连接，以及火炮总体对身管重量、重心的要求等等。2 炮身的分类在设计上通常采用下述两种分类法。一种是按炮膛的结构来分，另一种是按身管结构来分。按前一种方法，炮身可以分为线膛炮身（图2-1）和滑膛炮身（图2-2）。线膛炮身管使弹丸产生高速旋转运动，以保证弹丸的飞行稳定性。它的炮膛一般由药室、坡膛和线膛三个部分组成。坡膛是弹丸导转部（弹带）开始切入膛线的部分。通常将药室和坡膛统称为药室部，所以线膛身管的内膛一般是分为线膛部和药室部两部分。滑膛身管的炮膛由光滑的圆柱面和圆锥面组成。滑膛身管目前主要用于迫击炮、无后座炮和滑膛反坦克炮。无后座炮药室有扩大部，而且药室后面有喷管，发射时一部分火药气体经喷管向后喷出，达到动量平衡，使炮身不产生后座。按照身管的结构分，有单筒炮身、紧固炮身和衬管炮身三类。 图2-1 线膛身管 图2-2 滑膛炮身管2.1. 单筒炮身这类身管是由一个毛坯制成的，它结构简单，加工方便，因而得到了广泛的应用。目前制式火炮中大部分炮身都是单筒炮身，如85加农炮，37、57、100高射炮以及各种迫击炮和无后座炮等等。单筒炮身发射时，内层产生的应力很大，而外层的应力很小。也就是说，外层材料没有得到充分利用。对高膛压大威力的火炮来说，采用单筒炮身，必须增加壁厚和采用高强度炮钢，对火炮的使用和生产都是不利的。紧固炮身 采取工艺措施使身管内层产生预期工作时方向相反的应力（预应力），外层产生与工作方向相同的应力。发射时，由于预应力的存在，身管内层的最大应力降低，外层的应力则提高，整个身管应力的分布趋于均匀一致，因而可以在同样壁厚、同样材料的条件下，使身管能承受更大的内压。我们把这种炮身成为紧固炮身。由于产生预应力的方法不同，紧固炮身又可以分为以下三类：a. 筒紧炮身 身管由两层或多层同心圆筒过盈地套合在一起，这样，内筒存在与发射时方向相反的应力，外筒存在与发射时方向相同的应力，从而提高了身管的强度。这种炮身的层数越多，其径向应力分布越均匀，因而强度提高亦越多，但在工艺上也越困难。b. 丝紧身管以一定的拉力将钢丝（带）缠绕在钢制的衬管上，使衬管（内管）产生预应力，以此来提高身管的强度，这种炮身叫做丝紧炮身。因为钢丝拉力较易控制，这样就可使整个身管的应力分布均匀合理。c. 自紧身管（自增强炮身）这种身管结构同单筒身管完全一样，但在制造时对其膛内施以高压，使身管由内到外局部或全部产生塑性变形。在高压去掉以后，由于各层塑性变形不同，造成外层对相邻内层产生压应力，即内层受压、外层受拉，将向多层筒紧身管一样，因而可以使身管强度提高。由于此种身管结构简单，加之自紧工艺不断改进，在国外一些新设计的火炮中得到了较广泛的应用。 2.2 活动衬管（活动身管）炮身随着火炮初速、膛压、射速的提高，炮膛的烧蚀、磨损问题变得日益严重。烧蚀、磨损造成火炮膛压、初速和射击密集度的下降，最终使火炮寿命终止。这个问题在大口径、高初速的加农炮和小口径自动炮中表现得非常突出。解决这个问题的一个方法是，把身管做成内、外两层，在内层寿命结束后，可换上一个新的内管使火炮恢复原有的战斗性能。为了保证内管更换方便，在内、外管之间留有一定的间隙。在发射时由于内管膨胀，间隙消失，因而外筒也承受内压的作用。此种炮身又可以分为活动衬管炮身（被筒全长覆盖）和活动身管炮身（被筒在身管尾部一定长度上覆盖）。另外有一种活动身管炮身，其被筒和身管之间留有较大的间隙，发射时被筒并不承受内压的作用。采用被筒的目的是为了增加火炮后座部分的重量。由反后坐装置原理可以知道，后坐部分重量的增加将使发射对火炮的作用力减小，因而可以减轻炮架重量。我们把这种叫做带被筒的单筒炮身，例如54式122榴弹炮就采用这种炮身。实践表明，炮膛烧蚀比较严重的部位，仅在由膛线起始部向炮口方向的大约10倍口径的长度上，为此而更换整个内管是不合算的，于是出现了短衬管炮身。衬管的材料可以采用高强度炮钢或是特殊的耐热合金。在设计这种衬管时，要考虑更换方便和膛线准确对正的问题。有的筒紧炮身也采用耐热合金的短衬管，但衬管同身管是过盈配合在一起，衬管不能更换。3 身管的内弹道设计 内弹道学是专门研究弹丸在膛内运动规律的科学。它所研究的对象是膛内的射击现象，主要包括火药的燃烧规律， 弹丸在膛内的运动规律以及膛内火药气体压力变化规律31 弹道设计在武器射击中的地位为了对内弹道设计有一个比较明确的了解，我们首先介绍一下武器的整个设计过程。武器弹药系统的设计，首先应提出对武器的战术技术要求。火炮一般属野战武器。在战场上对于炮兵的要求是发扬我军英勇顽强的战斗精神，用强大的火力，在宽广的正面和不同的纵深之中，能迅速突然的集中火力给敌人以歼灭性的打击。因此，这就要求火炮应具备完成战斗任务所需要的射程（或射高）、弹丸摧毁目标所必需的炸药量、或在一定射程内击穿一定厚度的装甲所必需的弹丸动能、在一定的时间内发射尽可能多的弹丸以及具有良好的武器机动和火力机动的性能。而且要求弹丸能准确的击中目标。因此，要求武器具有良好的射击精度和有效的瞄准指挥系统。从上述分析看出，武器的射程、弹丸威力、射击精度及机动性等是设计武器的最基本的战术技术要求。但是，在这些战术技术要求当中，它们之间往往是互相矛盾的、互相制约的。例如，要求增加武器的威力，就要增加弹丸的炮口动能，因此火炮的后坐动能也就随着增加，为了保证射击的稳定性，就要求相应的增加武器的重量，这又引起武器机动性的破坏。影响武器威力的因素主要是弹丸的重量，弹丸的初速及发射速度等。影响机动性的主要原因是武器的战斗全重。弹丸的重量和初速，又可以用炮口动能来表示。因此，用炮口动能和战斗全重的比值 （3.1）其中 在一定程度上可以反映出威力和机动性的关系。这个比值通常称为金属利用系数。一些典型武器的金属利用系数如表（3.1）中所示。由于上表（3.1）中看出：随着炮口动能的增加，一般来说武器的战斗全重也相应的增加；另外，由于射速的提高或方向射界的扩大，武器的战斗全重也都相应地增加。因此，高射炮和自动武器的金属利用系数都比较小，从表中还可以看出：使用炮口制退器，在一定程度上解决了威力和机动性之间的矛盾，使得金属利用系数显著的增加。例如，1960年式122毫米加农炮使用了炮口制退器以后，与苏1931/37年式122毫米加农炮相对比，金属利用系数由112.5公斤米/公斤增加到了197公斤米/公斤。但是随着炮口制退器效率的增加，炮口冲击波的强度也随之增大，造成了对炮手的危害。应当指出：威力和机动性这对矛盾之间，威力是矛盾的主要方面，武器的设计首先应满足不同威力的要求，同时又要考虑到武器机动性的问题。但是，当威力超过一定限度以后，武器的机动性也会转化为矛盾的主要方面。所以，在战术技术论证时，必须根据具体情况进行全面的考虑，分析各种矛盾，找出主要矛盾，提出合理的战术技术要求。当然，这些要求也不是一成不变的，而是随着技术的发展和战术的改变而改变。 表3.1火 炮 名 称炮口动能(吨米)战斗全重(公斤)金属利用系数() 炮口制退器效 率(%)1955年式57毫米战防炮 157.01250125.5_1956年式85毫米加农炮306.0172517752.71960年式122毫米加农炮1090555019750苏1931/37年式122毫米加农炮816.07250112.5_1959年式130毫米加农炮1475770019235.91959年式152毫米加农炮13157700170.828.51954年式122毫米榴弹炮2942450120_1955年式37毫米高射炮28210013.3_1959年式57毫米高射炮142.8450031.8381959年式100毫米高射炮644935068.935当我们确定出武器的战术技术要求以后，就可以在这个基础上确定出武器的口径d，最大射程和弹丸击中目标时所必须具有的动能或炸药量。然后根据目标的性质，利用弹丸设计的有关知识确定弹重q。在口径d弹重q确定以后，又可根据弹丸的性质选取合理的弹形，确定出弹形系数i，从而计算出弹道系数C。由于外弹道学可知，最大射程是初速、弹道系数C及最大射程角的函数，即 （3.2）其中 表3.2弹 丸 种 类弹 形 系 数 海25毫米舰炮杀伤燃烧曳光弹1.3海30毫米舰炮杀伤爆破燃烧弹1.41956年式85毫米加农炮杀伤榴弹1.11960年式122毫米加农炮杀伤爆破榴弹1.01959年式130毫米加农炮杀伤爆破榴弹1.01959年式152毫米加农炮杀伤爆破榴弹1.11959年式122毫米榴弹炮杀伤爆破榴弹1.21956年式57毫米高射炮曳光杀伤榴弹