《火炮弹道学》课程设计-100mm舰炮杀爆弹弹道计算与飞行稳定性分析

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1、沈阳理工大学课程设计说明书前言本次课程设计主要是对弹丸的弹道进行计算，并分析弹丸的飞行稳定性，是以《火炮弹道学》为基础的一门综合课程设计。本次课程设计的任务：“100mm舰炮杀爆弹弹道计算与飞行稳定性分析”，是应用《火炮弹道学》的相关知识，对弹丸所受的摩擦阻力、涡流阻力、波动阻力进行分析，从而得到弹丸的弹形系数和弹道系数。通过对《地面火炮外弹道表》（国防工业出版社）的查找，分析100mm舰炮杀爆弹的各弹道诸元，最终对弹丸进行陀螺稳定性和追随稳定性的计算，并进行结果分析。16沈阳理工大学课程设计说明书目录1弹体零件图和弹丸装配图绘制12弹丸空气动力参数计算22.1弹丸外形的几何参数

2、计算22.2空气动力参数计算22.2.1弹体表面摩擦阻力系数计算32.2.2涡流阻力系数计算42.2.3波动阻力系数计算42.2.4阻力系数计算52.2.5弹形系数和弹道系数计算53弹道诸元计算74飞行稳定性计算94.1陀螺稳定性计算94.1.1翻转力矩特征数计算94.1.2缠度上限的计算94.2追随稳定性计算104.2.1弹道最高点速度的计算104.2.2缠度下限的计算114.3动态稳定性分析115结果分析125.1弹丸空气动力参数分析125.2弹丸弹道参数分析125.3弹丸飞行稳定性分析12致谢14参考文献15附图1：弹体图附图2：装配图16沈阳理工大学课程设计说明书1弹体零

3、件图和弹丸装配图绘制由提供的100mm舰炮杀爆弹弹丸半备图，应用AutoCAD2010软件画弹体图。在绘制过程中应注意几点：（1）绘图前先设置图限、图层；（2）不同类型的对象绘制在不同的图层上，利于以后修改；（3）设置线宽显示比例，使粗细线显示协调；（4）标注前先设置标注样式，包括非圆直径、角度、标准标注等。通过画图可以加深笔者对弹丸的认识和理解，更了解弹丸具体结构。比如：弹丸由三部分（弹头部、圆柱部和弹尾部)组成，弹头部有锥形、圆弧形和抛物线形；有些弹丸还具有稳定装置。这是为了达到减小阻力，加强稳定性和扩大装药量的综合利用。弹丸的内腔由圆柱部截锥圆柱部和圆弧部组成，弹丸的厚度有

4、尾部向头部锐减。此次课程设计也加深了笔者对CAD软件的运用，加强笔者对机械制图的运用。更加熟练的进行利用标注样式管理器，创建尺寸标注样式，根据需要，创建标准标注、带尺寸公差标注、圆柱标注等。为了快捷画图熟练利用镜像、复制、偏移等功能，会用些快捷键在CAD上表示直径、度数和正负号等。对特殊的地方进行放大或者解剖，便于识图和计算等。16沈阳理工大学课程设计说明书2弹丸空气动力参数计算2.1弹丸外形的几何参数计算弹丸弹体形状一般是由一条母线（直线或曲线）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。弹头部是尖拱形，弹尾部为收缩形

5、的船尾（截锥）形。组成旋成体的几何参数有如下一些量：旋成体最大直径——Dm＝100mm；旋成体底截面直径——Dd＝83mm；弹头部长度——Ln＝315mm；圆柱部长度——Lc＝167mm；弹尾部长度——Lt＝35mm；旋成体总长度——Lb＝517mm；弹头部半弹顶角——β0＝8.3°；弹尾部收缩角——βt＝9°。除上述几何参量外，还有几个无量纲量：旋成体长径比：弹头部长径比：圆柱部长径比：弹尾部长径比：旋成体收缩比：16沈阳理工大学课程设计说明书2.2空气动力参数计算2.2.1弹体表面摩擦阻力系数计算摩擦阻力是由空气的粘性所形成的。因为运动着的弹丸表面附面层的不断被形成，也就是在

6、弹丸飞行过程中，沿途的、接近弹丸表面的一薄层空气(即附面层)不断被带动，消耗着弹丸的动能，使弹丸减速。与此相当的阻力，就是所谓摩擦阻力。由于附面层内由层流向紊流的转变，常与一个无因次的量即所谓的雷诺数Re有关：（2.1）式中，Re——雷诺数；——气流的粘性系数，；——气体密度，kg/m3；——弹丸的总长度，=517mm；——弹丸的初速，=900m/s。将数据带入2.1式得=3.07×108考虑到空气的压缩性，值接近，则旋转弹丸在紊流条件下的摩阻系数公式为：（2.2）式中，——摩阻系数；——马赫数；——弹丸的侧表面积；——弹丸的横断面积。其中：=v/C=900/340=2.6516

7、沈阳理工大学课程设计说明书将数据代入2.2式得：2.2.2涡流阻力系数计算在一定条件下，由于气流流动的惯性使弹表的附面层与弹体表面分离，而弹体尾部附近没有气流流过，形成了接近真空的低压区，周围压力较高的气流向低压区闯入填补，造成杂乱无章的旋涡。实验发现，涡流区压力远小于弹头附近气流中的压力，弹头与弹尾的压力差，即构成所谓涡流阻力。因为直到目前为止，还没有较准确的计算涡流阻力的理论方法，因此，涡流阻力通常由测定底部压力来确定。在附面层不分离的条件下，涡流阻力即等于底部阻力，本说明书