火炮试验与相关设计理论

　　《火炮试验与相关设计理论》主要介绍火炮试验相关的设计理论与计算方法。任何动力机械的设计过程以及设计完成后．都要进行鉴定试验，其目的一是鉴定产品是否符合设计要求，二是验证设计理论与计算方法的正确（准确）性。只有不断总结产品设计理论与计算方法．才能不断提高设计水平。《火炮试验与相关设计理论》从内弹道性能试验与相关理论、外弹道性能试验与评价、动力学性能试验与相关设计理论、身管寿命试验与衬管式身管改制和设计以及炮口装置性能试验与相关设计理论等5个方面进行了总结，给出一系列与传统设计理论和计算方法不同的方法。大量试验结果表明，理论分析和计算结果与实际试验结果具有良好的一致性。《火炮试验与相关设计理论》可供火炮、自动武器及弹药等相关专业科研人员在研制工作中参考使用。

　　张福三工程师，1965年毕业于太原机械学院火炮设计与制造专业，同年分配到中国白城兵器试验中心工作，一直从事火炮试验与相关设计理论研究。先后完成“火炮定型试验有关问题”、“火炮发射动力学特性等问题的应用研究”、“火炮弹道自由后坐试验的工程实践与应用”、“炮口装置性能计算方法”和“提高火炮身管作战使用寿命”等课题的研究工作。获科技进步奖9项，其中军队科技进步二等奖两项，三等奖四项。编著代国军标“迫击炮定型试验方法”和“无坐力炮定型试验方法”，出版“火炮定型试验中的理论与实践”、“火炮发射气体动力学特性与工程应用”、“火炮试验与动力学性能设计计算新方法”。

目录 章 概述………………………………………………………………………1 第2章 内弹道性能试验与相关理论……………………………………………13 2．1 概述……………………………………………………………………………13 2．2 关于膛内时期火药气体压力…………………………………………………13 2．2．1膛内时期火药气体压力与其质量密度和温度的关系……………………13 2．2．2膛内时期火药气体压力时间曲线变化规律………………………………15 2．3 实际测试得到的弹底与膛底压力的关系……………………………………17 2．3．1火药气体本身具有的压力…………………………………………………17 2．3．2实际测试时得到的火药气体压力…………………………………………18 2．4采用微波干涉仪测量弹底与膛底火药气体压力的新方法…………………28 2．4．1微波干涉仪测量弹底与膛底火药气体压力的分析………………………28 2．4．2微波干涉仪测得的弹底与膛底火药气体压力一致性检验………………30 2．5 火炮弹丸初速测量误差………………………………………………………32 2．5．1 减小测量误差的意义………………………………………………………32 2．5．2 对火炮弹丸初速测量误差的分析…………………………………………32 2．6 后坐动量大小在强装药中的应用……………………………………………35 2．6．1强装药及其使用的要求……………………………………………………35 2．6．2 选配与使用强装药原则……………………………………………………37 2．7 火炮系统内弹道性能设计指标给出原则 …………………………………40 2．7．1某坦克炮内弹道性能规定值和实际试验结果的分析……………………40 2．7．2 改变初速对后效期结束后坐部分具有的优选自由后坐动能的影响……44 2．8 加药法强装药对火炮受力影响的分析………………………………………47 2．8．1 加药法与保温法获得强装药对火炮受力的影响…………………………47 2．8．2 在火炮身管寿命中期使用加药法强装药对火炮受力的影响……………53 2．8．3 在火炮寿命中期使用加药法强装药可以适当减小弹丸初速……………54 2．9火药气体作用全冲量的计算方法 ……………………………………………56 2．9．1目前使用的火药气体作用全冲量计算方法 ………………………………56 2．9．2本书给出的火药气体作用全冲量计算方法 ………………………………56 本章参考文献 ………………………………………………………………………59 第3章外弹道性能试验与评价……………………………………………………60 3．1 概述 ……………………………………………………………………………60 3．2 具有倾向性影响时试验结果平均值计算方法 ………………………………60 3．2．1使射弹产生倾向性散布的原因 ……………………………………………60 3．2．2具有倾向性影响时试验结果平均值应进行修正计算 ……………………61 3．2．3 对散布密集度的修正计算方法 ……………………………………………62 3．2．4不同计算方法对试验结果的影响 …………………………………………63 3．2．5 计算方法的应用……………………………………………………………64 3．2．6 对引进GHN155㎜加榴炮地面密集度产生倾向性原因的分析…………67 3．2．7 考虑倾向性影响时单发命中率的计算方法………………………………74 3．3 对火炮弹丸立靶密集度进行综合评定的分析………………………………77 3．3．1 立靶密集度的综合评定……………………………………………………77 3．3．2综合评定的原因与原则……………………………………………………78 3．3．3 综合评定的应用……………………………………………………………83 3．3．4 在评定时要区分射表值和战技指标值的关系……………………………84 3．4 对火炮校正射击试验方法的分析……………………………………………85 3．4．1 校正射击的目的……………………………………………………………85 3．4．2 校正界限值的确定…………………………………………………………86 3．4．3射弹发数与界限值L的关系………………………………………………87 3．4．4反常值的确定………………………………………………………………90 3．4．5试射靶上立靶密集度值的选取……………………………………………92 3．4．6 试射靶制作时弹道下降量的计算…………………………………………92 3．4．7校正射击时必需收集和计算的数据………………………………………93 本章参考文献………………………………………………………………………95 第4章 动力学性能试验与相关设计理论………………………………………96 4．1 概述……………………………………………………………………………96 4．2 无后坐力炮动力学性能试验与相关设计理论………………………………97 4．2．1传统使用的无坐力炮动量平衡方程 ………………………………………97 4．2．2 本书给出无坐力炮动量平衡方程…………………………………………99 4．2．3 理论不支持从尾喷管和从炮口喷出的火药气体质量相等的设定………101 4．3 无后坐力炮不平衡能量计算公式的推导……………………………………104 4．3．1 概述…………………………………………………………………………104 4．3．2不平衡能量计算公式的推导………………………………………………105 4．3．3不平衡能量值的修正计算方法……………………………………………107 4．4 按无坐力炮原理设计某100㎜滑膛炮的分析………………………………108 4．4．1 某100㎜火炮动力学性能试验结果………………………………………108 4．4．2 对设计计算的分析…………………………………………………………110 4．4．3 按膨胀波原理设计某100mm滑膛炮的分析………………………………112 4．4．4 结论与看法…………………………………………………………………115 4．5 迫击炮动力学性能试验和计算方法的分析…………………………………115 4．5．1 概述…………………………………………………………………………115 4．5．2 几种迫击炮内弹道性能参数、动力学特征量的统计……………………115 4．5．3 传统计算方法的不足之处…………………………………………………116 4．6 对迫击炮发射时动量守恒的分析……………………………………………119 4．6．1对迫击炮发射时膛内时期动量守恒的分析………………………………119 4．6．2 两种计算方法计算结果的对比……………………………………………123 4．6．3 结论与建议…………………………………………………………………124 4．7 滑膛炮、线膛炮和滑膛与线膛混合型火炮 动力学性能试验与相关设计理论……………………………………………125 4．7．1 两个小球发生碰撞时的动量守恒问题……………………………………125 4．7．2 火炮发射时的动量守恒问题………………………………………………126 4．7．3 两种火药气体冲量相对变化率计算方法…………………………………134 4．7．4 两种方法计算自由后坐动量与实测值的比较……………………………137 4．7．5自由后坐诸元与运动动能的计算方法……………………………………143 4．7．6 炮口动能与后座动量对火炮受力影响的分析……………………………148 4．7．7后效期火药气体动力学性能的分析………………………………………155 4．7．8 等效推力喷射速度“A”的统计结果 ……………………………………160 4．7．9 带炮口制退器对弹丸初速的影响…………………………………………167 4．7．10自由后坐车车轮转动对自由后坐性能数据的修正计算方法 …………169 4．7．11 对GHN-155mm榴弹炮弹道自由后坐试验结果的分析…………………174 4．7．12 对国外后效期火药气体动力学特性分析的看法 ………………………176 本章参考文献………………………………………………………………………181 第5章 身管寿命试验与衬管式身管改制和设计 ………………………………183 5．1 概述……………………………………………………………………………183 5．2 火炮“身管弹道寿命”试验与评定标准……………………………………184 5．3理论分析表明衬管式身管可大幅提升火炮作战效力………………………185 5．3．1问题的提出…………………………………………………………………185 5．3．2 散布密集度的变化对命中率的影响………………………………………186 5．3．3 单发命中率的变化对毁伤（命中）概率所需发射炮弹数量的影响……192 5．3．4火炮对矩形目标射击时命中概率计算软件程序…………………………198 5．4衬管式身管可大幅度提升炮兵作战效力……………………………………201 5．4．1．发射榴弹时对优选射程影响的分析………………………………………201 5．4．2．发射穿甲弹时对穿透射程的影响的分析…………………………………204 5．4．3 对破甲弹不同射角时的优选射程的影响…………………………………209 5．5衬管式身管的改制与设计……………………………………………………210 5．5．1 概述…………………………………………………………………………210 5．5．2 某130㎜加农炮身管改制成衬管式身管…………………………………211 5．5．3某130㎜加农炮身管设计成活动衬管式身管……………………………212 5．5．4 滑膛炮身管设计成活动衬管式身管………………………………………212 5．5．5迫榴炮身管设计成活动衬管式身管………………………………………213 本章参考文献………………………………………………………………………213 第6章 炮口装置性能试验与相关设计理论……………………………………214 6．1概述……………………………………………………………………………214 6．2 目前国内外使用的炮口装置性能计算方法…………………………………217 6．2．1 炮口装置结构特征与工作原理……………………………………………218 6．2．2 目前使用的炮口装置能量效率计算方法…………………………………220 6．2．3 第二种炮口装置能量效率计算方法………………………………………221 6．3 现行炮口装置性能计算方法应用的局限性…………………………………222 6．3．1不能准确反映炮口装置本身在后效期具有的动力学性能………………223 6．3．2 不能在不同弹药（种）上通用……………………………………………223 6．4 炮口装置本身具有的动力学性能的测试与计算方法………………………224 6．4．1 后效期炮口装置冲量特性的测试与计算方法……………………………224 6．4．2 后效期炮口装置能量效率的测试与计算方法……………………………226 6．5 现行方法与本章给出方法计算结果的比较…………………………………229 6．5．1 同一种火炮发射不同弹药（种）时计算结果的比较……………………229 6．5．2 采用两种不同方法计算不同火炮炮口装置性能结果的比较……………234 6．6 在炮架上射击时炮口装置动力学性能的测试与计算方法…………………237 6．6．1 带与不带炮口装置火药气体冲量相对变化率计算方法…………………237 6．6．2 后效期炮口装置动力学性能计算方法……………………………………241 6．6．3 某130mm加农炮后效期炮口装置动力学性能计算结果…………………246 6．7 炮口装置能量效率与后座动量变化率和后效期后动量效率的关系………247 6．7．1 后效期火药气体推力冲量特征量…………………………………………247 6．7．2 后坐动量变化率λ的定义式（不考虑炮口装置质量影响时）…………247 6．7．3 火药气体冲量相对变化率的定义式……………………………………248 6．7．4 炮口装置能量效率的定义式 …………………………………………249 6．7．5 炮口装置三个性能特征量(、、)之间的关系……………………249 6．7．6火炮后坐动量相对变化率的计算方法……………………………………252 6．7．7炮口装置能量效率计算的另一种方法……………………………………252 6．8 枪口制退器在后效期具有的动力学性能计算方法…………………………253 6．8．1 12．7mm高射机枪枪口制退器效率试验结果………………………………253 6．8．2 枪口制退器动力学特性计算方法比较……………………………………254 6．8．3 枪口制退器后效期能量效率计算结果……………………………………255 6．9 炮口装置后效期动力学性能综述…………………………………………256 本章参考文献……………………………………………………………………259