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军队文职弹药工程与爆炸技术专业面试笔记,分享给有需要的同学。
编辑于2020-11-08 14:15:32弹道学
绪论
弹道的定义
一般把弹丸或其他发射体质心运动的轨迹称为弹道
炮弹运动过程
点火过程
挤进膛线过程
膛内运动过程
后效作用阶段
空中运动阶段
目标中运动阶段
研究弹丸运动规律的弹道学分为五个部分
起始弹道学
点火过程
挤进膛线过程
内弹道学
火药在膛内燃烧规律
弹丸运动规律
膛内压力变化规律
中间弹道学
炮口冲击现象
冲击波对弹丸运动状态的影响
外弹道学
弹丸在空气中的运动规律
飞行稳定性
终点弹道学
各种不同弹丸对各种不同目标的作用机理、现象以及目标易损性等方面的内容
弹道体系的运转
起始弹道通过装药的点火燃烧及弹丸的挤进膛线等起始条件,直接影响内弹道规律;内弹道又通过弹丸的初速、膛内弹丸的运动状态、枪炮身的振动和炮口膛压等因素,影响中间弹道进而影响外弹道;而外弹道则通过弹丸的落速、落角等因素影响终点弹道。
内弹道学研究的设计现象的特点
高温
高压
高速
时间短
弹丸运动过程中,根据其受约束的情况,可分为以下几个时期
约束期
弹丸前定心部没有脱离炮口之前,由于炮管与定心部之间的间隙很小,故弹丸的角运动受到严格限制,此期间称为约束期。
半约束期
从弹丸前定心部出炮口到后定心部(或弹带)脱离炮口之前,弹丸可以绕后定心部转动,但后定心部仍受一定限制,此期间称为半约束期(枪弹的约束期与半约束期无明显的界限)
自由飞行期
从弹丸后定心部出炮口之前在空中飞行的整个过程,其角运动和质心运动都不受任何限制
根据火箭弹的受力情况又将其自由飞行阶段分为两个阶段
主动段
发动机工作期间所经历的弹道
被动段
发动机工作结束后的弹道段,亦称自由飞行段
用火炮发射的火箭称为火箭增程弹,它的飞行过程分为以下三个阶段
起始段
从弹丸脱离炮口到火箭发动机点火之前的弹道段
增速段
亦称主动段,及火箭发动机工作的这一段弹道
被动段
火箭发动机停止工作后的弹道段
在弹道计算中常用到的术语
射出点
半约束期结束的瞬间弹丸质心所在位置,为了方便起见,对炮弹常近似将炮口当做射出点。
弹道起点
对于炮弹就是射出点,对于火箭弹将看是运动时质心所在的位置作为弹道的起点。
初速
射出点的速度,对于枪炮弹丸来说,是根据弹道实测速度外推到炮口那一点的速度,对于火箭弹来说,必须严格取半约束期结束那一点的速度。
射击面
包含初速的铅直面
弹道起点水平面
包含弹道起点的水平面
地面坐标系
与地面固连的坐标系,以弹道起点为坐标原点,以射击面和弹道起点水平面的交线构成XY轴,顺射和向上为正,Z轴遵循右手法则
主动段终点
火箭发动机停止工作时的质心位置
弹道顶点
弹道的最高点
落点
弹丸自射出点飞出后,再回到弹道起点水平面上的一点
升弧段和降弧段
自射出点到弹道顶点的弹道称为升弧段,从弹道顶点至落点的弹道称为降弧段
弹道诸元
弹丸在空中飞行时各个时刻所对应的的质心坐标,速度和弹道倾角统称为弹道诸元
射角
初始弹道的倾角
射程
落点诸元中的X坐标
最大弹道高
顶点诸元中的Y坐标
全飞行时间
弹丸飞行至落点所经历的时间
落速
弹丸落点质心速度
落角
弹丸在落点的弹道倾角
攻角
弹轴与速度矢量之间的夹角
火药燃烧的规律性
火药的几何燃烧定律
装药中所有药粒的各个表面由于点火药燃烧的作用而在同一瞬间被引燃
每一个药粒在相同的条件下按平行层(同心层)的规律燃烧
装药中每个药粒的几何形状与尺寸严格一致
可按燃烧过程将燃烧变化范围划分为五个阶段
火药加热区
火药软化但还没有发生化学变化,火药温度升高仅由于传热,属于物理变化过程
固相化学反应区
火药开始产生融化、蒸发、升华等物理现象,同时火药中的活性成分开始热分解,分解产物发生化学变化
混合区
尚未完全分解的固体、液体、气体和固相分解产物等形成混合相区,相互之间继续作用。正常情况下,火药完全气化,但在低压下,容易发生热能供应不足,反应停止
暗区
中间产物继续反应,火药气体不发光而形成暗区。暗区的长短随火药燃烧条件而变化。在低压或低初温下,燃烧气体散热较大,反应难以进行而使燃烧过程中断或终止,在高压下,气体浓度增大,温度升高,化学反应速度加快
火焰区
温度升高,火药开始发光,化学反应激烈。反应完成后,生成最后燃烧生成物,温度升高至最高温度
影响燃速的因素
火药成分
一般来说,火药能量越大,燃速越大。对于硝化棉火药而言,含氮量越高,燃速越大。对于硝化甘油炸药而言,所含硝化甘油比例越大燃速越大
火药初温
初温越大,固相分解速度增高,从而使整个燃烧速度增加
火药密度
一般情况,密度增加使火药气体渗透到药粒内部的可能性减小,因而使燃速减小
压力影响
压力增加时
暗区和混合区压缩,高温火焰区接近火药表面,加速了火焰区向火药表面的热传导作用,从而促进了固相的火药分解速度。此外压力增加时,气相物质的密度增加,气相化学反应速度加快,气相的热传导系数增大。这些因素使火药燃烧速度加快
不同压力时
高压时
中间区域被压缩的很薄,火焰区距火药表面很近,而且火焰区的反应很快,火焰区起主导作用,火药燃烧速度主要取决于火药区间的反应速度
压力较低时
火焰区距离火药表面比较远,火焰区的反应速度大大降低,甚至不产生火焰区,而且暗区放出的能量不多,因此火药燃烧表面的热量主要靠混合区供给,这时候混合区在燃烧过程中居于主动地位,火药的燃烧速度主要取决于这一区的反应速度
压力更低时
火药燃烧知道混合区,且这一区的反应速度也很小,离开火药燃烧表面也比较远,这时候固相化学反应区起主导作用。压力越低固相化学反应区约占优势。在这种情况往往产生不完全优势,大量的二氧化氮没有分解而形成黄烟,这就是不完全燃烧的特征
火药表面气流影响
由于气体流动状况对热量的传递和燃烧产物的质量运输起着重要作用
射击过程中的能量方程
火炮的膛内结构
药室
指炮膛内装填药筒或药包的地方
坡膛
连接药室和线膛的部分,是弹丸的弹带挤入膛线的地方,有时也称膛线的起始部
线膛
在线膛炮中,为了保证飞行的稳定性,炮膛表面都刻成具有与炮身轴线成一定角度的额膛线,使弹丸在前进运动的同时产生旋转运动
能量损失考虑方面
弹丸旋转运动的能量
克服膛壁阻力损失的能量
火药气体和未燃火药的动能
身管及其他部件后座运动的动能
攻角不为零时候的空气作用力
阻力
对于轴对称无自转的弹丸,空气阻力可以分解为平行于速度方向的分量和垂直于速度方向的分量,其中平行于速度方向的分量即为阻力
升力
静力矩
由于空气阻力作用点不在质心上,因而产生一定使攻角减小或增大的力矩,此力矩使弹丸稳定(对尾翼弹)或翻转(对旋转弹)的力矩,称为静力矩
赤道阻尼力矩
赤道阻尼力矩的形成,一方面由于弹丸围绕其赤道轴(过重心与弹轴垂直的轴)摆动时,在弹丸的空气受压缩的一面,必因空气受压缩而压力增大,另一面必因弹丸的离去、空气稀薄而压力减小,这样形成一个反对弹丸的摆动的压力偶;另一方面,由于空气的粘性,在弹丸表面两侧产生阻止其摆动的摩擦力偶。因此当弹丸绕赤道轴摆动的同时,形成了反对其摆动的压力偶和摩擦力偶。此二力偶的合力矩,就是阻尼弹丸摆动的赤道阻尼力矩
极阻尼力矩
弹丸在绕几何轴线(极轴)自转时,由于空气的粘性,在弹丸表面的附面层随着弹丸的自转而旋转,消耗着弹丸的自转动能,使其自转角速度逐渐减缓。这个阻止弹丸自转的力矩叫做极阻尼力矩
尾翼导转力矩
为了使弹丸绕弹轴旋转,常采用斜置尾翼,即使翼面与弹轴构成一个夹角,此角称为尾翼尾翼斜置角。在有尾翼斜置角的情况下,即使在弹丸攻角为零时,尾翼上也会产生升力。此升力产生绕弹轴的力矩,而且每片尾翼所产生的力矩都朝向一个方向,称这些力矩的总和为尾翼导转力矩
马格努斯力矩
当具有攻角的弹丸自转并同时摆动的时候,由于弹表面附近流场的变化而产生于攻角平面垂直的力,称为马格努斯力,其质心的矩称为马格努斯力矩。
弹丸飞行时由于空气粘性而产生随弹体自转的,包围弹体周围的空气附面层,由由于有攻角的存在,因而在与弹轴垂直方向上有气流分量流向弹体。此气流与伴随弹体自转的两侧气流合称的结果,使得在弹体一侧气流速度增大,另一侧弹体速度减小,根据伯努利定理知道,速度小的一侧压力大于速度大的一侧,这就形成了一个与攻角平面垂直的力
弹丸飞行稳定性
影响弹丸角运动的方面
起始扰动
重力矩的作用
动不平衡和静不平衡
炮管的横向运动
弹炮间隙
风
弹丸本身的不对称性
外形不对称
质量分布不对称
火箭推力的不对称