火炮首发初速偏差形成原因及机理研究

论文摘要

现役部分类型火炮均发现有首发炮弹射程偏差的现象,然而长期以来在理论与技术上都没有得到足够重视,严重影响“首群覆盖”这一目标的实现。随着信息化战争对火炮系统首发精度需求的提高,该问题也日益突出。本文围绕造成首发射程偏差所存在的各种可能的因素或系统偏差,特别是炮群首发初速偏差产生的原因与机理,进行了一系列试验与理论研究,主要研究内容包括:(1)运用数理统计的方法,对分别来自我国南方和北方两个靶场的某130加农炮首发与后续各发射弹的射程、跳角与初速各偏差量典型试验数据,进行了系统分析与论证。结果表明,首发射程偏差不是偶然误差而是系统误差,是随外界因素变化的变值系统误差,尽管影响原因复杂,但有规律可循,因而有可能设法排除。通过论证,可以认为,首发射程偏差的主要原因是首发初速相对后续各发存在系统误差,而跳角是次要因素。从而指明了寻求和排除首发射程偏差的研究方向。但不排除某种情况下,跳角也会成为主要因素。(2)在科学阐明弹丸实时初速概念的基础上,给出了弹丸在炮口点各速度量的确切关系。由内弹道分析解结果出发,推导获得影响弹丸初速各敏感参量的敏感因子微分表达式,利用这些表达式,在代入发射诸元和装填参量的条件下,则可得到初速实时修正量。从而为初速实时修正提供理论依据和方法,摆脱了初速修正系数完全依赖试验数据事后拟合的历史。(3)首发射击时,炮膛表面残留油膜,这是不可避免的。本文对火炮坡膛残留油膜条件下弹带挤进润滑状态进行了分析,建立了挤进摩擦的模型,计算了弹带塑性变形区的油膜厚度,得到了弹带挤进摩擦系数的表达式。对弹丸在膛内高速运动中的弹炮接触熔化进行了分析,计算了弹带熔化液膜的熔化速度和厚度及其对弹丸摩擦系数的影响,计算值与实验值吻合较好。研究了内壁残留油膜在旧炮管与新炮管的不同作用机理,对旧炮管漏气情况进行了计算。将这些结果嵌入现有火炮内弹道模型,计算出了不同情况下炮膛残留油膜对初速的影响大小。(4)火炮身管温度是造成首发与尔后各发射弹之间射击条件差异的重要因素,对身管热散失和受热膨胀对弹丸初速的影响作了定量分析,建立了身管热散失和热膨胀的数学模型,并进行了数值计算,预估了对初速的影响。(5)对首发射弹跳角偏差进行机理分析,建立了身管弯曲模型,从原理上讨论了首发跳角偏差影响因素及其由此产生的首发射程偏差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概述
• 1.1 背景
• 1.2 国内外研究状况及发展趋势
• 1.2.1 首发射程偏差是近弹还是远弹的争论
• 1.2.2 火炮首发射程偏差影响因素
• 1.2.3 火炮首发偏差与初始状态及地区性的疑惑
• 1.3 本文的主要工作
• 2 首发偏差的试验与分析
• 2.1 首发射程偏差由系统误差所决定的论证
• 2.1.1 射击试验条件及坐标换算
• 2.1.2 首发炸点与后四发炸点中心距离偏差的假设检验
• 2.1.3 首发炸点与后四发炸点中心方向偏差的假设检验
• 2.1.4 首发炸点与后四发炸点分布的假设检验
• 2.1.5 单炮炸点的倾向性检验
• 2.1.6 误差分析与讨论
• 2.2 首发初速及跳角偏差的试验与分析
• 2.2.1 试验条件
• 2.2.2 跳角数据分析
• 2.2.3 初速数据分析
• 2.2.4 初速及跳角试验结论
• 2.3 本章小结
• 3 初速敏感参量及敏感系数的理论推导
• 3.1 实时初速的定义
• g误差微分式及敏感系数'>3.2 炮口初速v_g误差微分式及敏感系数
• 3.2.1 简化模型及敏感参量
• 3.2.2 敏感系数表达式推导
• 3.2.3 应用举例
• hg的误差微分式及敏感系数'>3.3 后坐速度v_hg的误差微分式及敏感系数
• 3.3.1 后坐速度的误差微分式
• 3.3.2 关于驻退机力的修正系数表达式
• 3.3.3 关于复进机力的敏感系数表达式
• 3.3.4 关于摩擦力的敏感系数
• 3.3.5 驻退液温升对后坐速度的影响
• 3.4 本章小结
• 4 火炮内膛残留油膜对首发初速偏差的作用机理
• 4.1 坡膛残留油膜分析
• 4.1.1 弹带挤进过程受力分析
• 4.1.2 坡膛残留油膜时弹带挤进润滑状态
• 4.1.3 挤进摩擦系数模型
• 4.1.4 油膜厚度计算模型
• 4.1.5 算例分析
• 4.2 直管段残留油膜分析
• 4.2.1 理论分析
• 4.2.2 理论模型
• 4.2.3 熔化液膜润滑特性计算
• 4.2.4 模型求解
• 4.2.5 误差分析与结论
• 4.3 涂油内弹道计算
• 4.3.1 坡膛残留油膜与无油时的挤进阻力比较
• 4.3.2 直管段残留油膜对弹道性能的影响
• 4.3.3 火炮内膛残留油膜内弹道计算
• 4.4 残留油膜对中等烧蚀身管火炮内弹道性能的影响
• 4.4.1 身管烧蚀曲线
• 4.4.2 身管膨胀曲线
• 4.4.3 漏气起始点及间隙面积
• 4.4.4 缝隙流动的处理
• 4.4.5 漏气内弹道方程
• 4.4.6 计算结果
• 4.5 涂油的弹前阻力
• 4.6 本章小结
• 5 火炮身管热散失及热膨胀对首发初速偏差的作用机理
• 5.1 火炮身管热散失分析
• 5.1.1 火炮热散失与弹丸初速的关系
• 5.1.2 身管热散失的计算模型
• 5.1.3 计算结果
• 5.1.4 热散失敏感系数表达式及初速修正量
• 5.1.5 身管热散失分析小结
• 5.2 火炮身管受热膨胀对射弹初速的影响
• 5.2.1 身管热变形
• 5.2.2 身管起始部径向动态位移的估算与确定
• 5.2.3 身管（药室）热变形对火炮内弹道性能影响的数值计算
• 5.3 本章小结
• 6 首发射弹跳角偏差影响因素初步分析
• 6.1 火炮跳角影响因素
• 6.2 身管自重弯曲
• 6.3 身管受热弯曲
• 6.3.1 均匀受热
• 6.3.2 不对称受热
• 6.4 本章小结
• 7 如何认识火炮首发初速及射程偏差
• g影响因素'>7.1 炮口速度v_g影响因素
• hg影响因素'>7.2 后坐速度v_hg影响因素
• 7.3 身管热弯曲引发的跳角因素
• 7.4 本章小结
• 8 结束语
• 8.1 工作总结及创新点
• 8.2 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的主要论文