一種火炮身管的模板化設(shè)計(jì)方法

趙 萌，溫 波，王在森，張 銘

(西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽(yáng) 712099)

火炮身管是實(shí)現(xiàn)火炮發(fā)射彈丸的核心零部件，所承受的載荷主要來(lái)自發(fā)射時(shí)的火藥氣體壓力、彈丸沿膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)阻力(矩)、彈丸出炮口時(shí)的炮口制退力、后坐阻力、慣性力(矩)和沖擊碰撞力等，同時(shí)，身管內(nèi)壁伴隨著承受高溫、燒蝕作用和沖擊振動(dòng)。因此，其設(shè)計(jì)既要根據(jù)膛內(nèi)火藥氣體作用條件，確定身管的外形、內(nèi)膛(含藥室、坡膛和膛線)等幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，更要根據(jù)壓力、沖擊和溫度等優(yōu)化身管的厚度、剛度和強(qiáng)度等物理力學(xué)參數(shù)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，身管的設(shè)計(jì)已經(jīng)積累了大量成熟的經(jīng)驗(yàn)、方法和數(shù)據(jù)，能夠?yàn)楦鞣N身管設(shè)計(jì)提供有效的技術(shù)支撐。

身管設(shè)計(jì)需要多次迭代及優(yōu)化以獲得工程最佳的結(jié)果。傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)側(cè)重于幾何的實(shí)體表達(dá)，不僅建模過(guò)程繁瑣，在模型的參數(shù)化、通用化和重用性上均存在較大的困難，而且難以與必要的仿真分析結(jié)構(gòu)緊密相連。模板化設(shè)計(jì)是將設(shè)計(jì)對(duì)象的相關(guān)參數(shù)與一定的設(shè)計(jì)條件相關(guān)聯(lián)，封裝相應(yīng)的知識(shí)、參數(shù)和算法等，并且按照一定的流程進(jìn)行固化，使設(shè)計(jì)人員只需輸入關(guān)鍵參數(shù)就可以快速形成優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量又提高了效率，是進(jìn)行初始原型設(shè)計(jì)的有效手段[1-2]。

1 身管設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的藥筒定裝藥式身管設(shè)計(jì)[3-4]流程如圖1所示。

從圖1中可以看出，傳統(tǒng)的藥筒定裝藥式身管設(shè)計(jì)在外彈道設(shè)計(jì)完成后，需經(jīng)過(guò)藥室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、身管強(qiáng)度設(shè)計(jì)和身管內(nèi)膛設(shè)計(jì)3個(gè)過(guò)程。……