122炮大尾舱炮塔总体方案设计

目录1绪论...............................................................21.1引言.............................................................21.2摇摆炮塔的起源和发展.............................................31.3本论文研究背景和研究内容.........................................51.3.1本论文研究的背景。.............................................51.3.2论文研究内容...................................................72炮塔结构设计.......................................................82.1炮塔设计的要求...................................................82.2炮塔的结构形式..................................................102.3炮塔的构造.......................................错误!未定义书签。2.3.1炮塔体的构造...................................错误!未定义书签。2.3.2尾舱弹药的布置.................................错误!未定义书签。2.3.3火炮布置.......................................错误!未定义书签。2.3.4炮塔内设施.....................................错误!未定义书签。3战斗室的布置.......................................错误!未定义书签。3.1车体宽度和炮塔座圈直径..........................................123.2炮塔最小尺寸的决定..............................................123.2.1耳轴位置和下炮塔及座圈的关系...................错误!未定义书签。3.2.2确定炮塔体的基本长度和高度.....................错误!未定义书签。3.2.3定塔体宽度B和最小回转半径Rmin..................错误!未定义书签。3.3战斗室内乘员、装置的布置。.......................错误!未定义书签。4耳轴强度计算.......................................错误!未定义书签。4.1耳轴的受力分析....................................错误!未定义书签。4.2耳轴的受力参数...................................错误!未定义书签。4.2.1计算耳轴在射角为015时的受力情况。..............错误!未定义书签。4.3计算剪切应力.....................................错误!未定义书签。4.4计算挤压应力.....................................错误!未定义书签。4.5计算弯曲强度.....................................错误!未定义书签。4.6耳轴尺寸的确定...................................错误!未定义书签。5上炮塔抗弹能力计算分析..............................错误!未定义书签。5.1炮塔侧后方垂直装甲的计算.........................错误!未定义书签。5.2弧形裙部装甲计算.................................错误!未定义书签。5.2.1前部弧形装甲的计算.............................错误!未定义书签。5.2.2后部弧形装甲的计算.............................错误!未定义书签。5.3前部倾斜装甲抗弹能力计算.........................错误!未定义书签。6系统质量设计计算..................................................137结论..............................................................147.1本文完成的主要工作和结论........................................147.2今后的研究方向..................................................15参考文献.............................................................17致谢..................................................错误!未定义书签。1绪论1.1引言坦克是把强大直射火力、高度越野机动性和坚强装甲防护能力集于一身的重型陆战武器。坦克做为陆军的主要突击力量，同时也是最好的反坦克武器，在陆战中发挥着极其重要的作用，被称为陆战之王。而目前为了适应新的战场环境，进一步解决好诸兵种的协同作战，满足未来战争纵深突击、空地一体和快速反应的要求以及应付局部战争冲突的可能，各国力求通过对武器的总体优化设计，达到体积和质量较小、效能费用比更高的目的。而光电技术和新材料、新的制造工艺在兵器工业中发展和应用为武器的智能化、通用化、系列化提供了很好的条件。而坦克的火力、机动性和防护能力将在一个更高水平上达到平衡，新结构形式的坦克也将可能出现。炮塔作为坦克的重要的结构部件，炮塔内集中了坦克的主要战斗人员和战斗装置，它可以为车内人员提供一定的防护，免受小口径枪弹和炮弹破片的伤害。它通过座圈和车体联结为一个系统，可以绕座圈旋转为火炮射击提供正确的方位角，同时也将发射时的后坐力传递给整个车体。此外，火炮身管、观瞄装置、后坐制动装置(制退机，复进机等)以及摇架等也都要安装在炮塔上。据统计，炮塔质量约占整个战斗车辆质量的48%左右。而目前也出现了各式各样的新型炮塔，新炮塔研制的热点集中在供轻型及中型装甲战车使用的小型炮塔上。现在已经出现有CATI公司设计的“武士”双人炮塔、瑞士的“风雪”单人炮塔、爱里奥公司的“蜂群”无人顶置式炮塔1等。1.2摇摆炮塔的起源和发展法国在二次大战以后，曾经独树一帜地发展一种所谓摇摆炮塔，曾广泛用于其各种坦克和装甲车上，并且采用此炮塔的AMX-13轻型坦克出口到很多国家。法国坦克设计师们在坦克的机动性和火力比装甲防护更重要在这一思想的指导下，将坦克炮塔的旋转运动和火炮的上下运动分别处理，将摇摆炮塔的塔体分上、下两部分，火炮固定安装于上塔体上，没有防盾。上塔体用耳轴支承在下塔体上(如图1-1所示)，而下塔体则支承在座圈上。耳轴位置接近座圈的中部，因而上塔体和火炮可以作有如前后摇摆的俯仰运动。由于上塔体颇为可观的质量参加了火炮的起落平衡，其耳轴在火炮上的位置相对地大距离地后移，使耳轴以后的长度很短，最大仰角时炮尾及上塔体后部不需要降入座圈以下，就不需要大直径的座圈，也不要求安装大座圈的车体宽度。其结果使得炮塔质量比较小，而车内战斗空间也因座圈较小而可以较小，使整车的体积和质量也较小。又由于火炮相对于上塔体固定，上塔体的后舱可以储存弹药，比较容易实现炮尾不对塔体作相对运动的自动装弹机构。由于这些突出的优点，摇摆炮塔至今仍在法国和奥大利等一些车辆上采2用。它提供条件使一些轻型坦克和车辆装上90和105mm口径火炮。图1—2示出一种装l05炮的摇摆炮塔总成的剖视图图1.1摇摆炮塔图1.2摇摆炮塔FL-12总成剖视图摇摆炮塔的的质量轻（与同口径的炮塔相比要轻2-3吨左右），易于实现自动装弹机以及其瞄准和火控系统可以大大简化等优点，对目前强调武器机动性方面以及发展无人炮塔来说是有发展方向。但摇摆炮塔的致命弱点就是其密封性不是很好，炮塔密封困难，高低射界较小、防弹能力也差。不过随着光电技术和新材料、新的制造工艺等新技术在军工领域的运用，这些不足之处会得到一定的3改善。。1.3本论文研究背景和研究内容1.3.1本论文研究的背景。坦克作为当今各国军队一种重要的地面武器装备，它的发展十分迅速，这当中炮塔的发展是最重要的一方面。一般的坦克炮普遍是具有长后坐、较大的后坐阻力、普遍配有炮口制退器、射角小、机动性强、有一定的防弹能力等特点，因此炮塔在设计过程中必须要考虑到这些因素。此外，为了满足使用的要求，炮塔上除了发射装置外还需要安装一系列其他设备，具体如下:·火控装置:火控计算机，传感器(高低、方向、纵倾、横倾)；·操瞄装置:自动，半自动，手动(瞄准装置、高低方向转轮)；·随动伺服装置:方向，高低；·诸元装置:弹道计算机；·定位定向导航设备:GPs，SIGMA；·炮位显示装置:炮长，瞄准手，装填手等；·弹药舱，弹药，引信，底火；·炮口测速雷达；·通信设备:电台，通话器；·观察装置:夜视仪，潜望镜；·防护:三防装置，抑爆瓶，12.7mm机枪，装甲防护体，空调；·身管固定器；炮塔在设计过程中必须要考虑到上述各方面的使用要求，另一方面，保证足够的强度和刚度更不容马虎，因此，合理布置炮塔成为工程技术人员重点要解决的问题。作为一种一线作战武器，坦克直接面对敌人的机会很大，因此一般要求其炮塔有一定的防护能力。但随着战场上的威胁进一步的增强，坦克炮塔需要从以下几个方面不断提高其整体防护能力，以满足越来越高的战场使用4要求。：采用合适的炮塔装甲材料；坦克炮塔的装甲一般分为钢装甲、铝合金装甲、贫铀装甲、复合材料装甲、附加装甲。应用最多的钢装甲，现在应用的钢装甲材料主要有匀质钢、高硬度钢、福合金等，一般为中碳钢中加入镍、铬、锰、钒等金属元素熔炼而成，具有极高的强度和韧性。经过热处理的镍铬装甲钢的抗拉强度高达1500MPa，是普通碳钢的3倍。钢装甲的好处在于工艺简单、成熟、防护水平高、比较经济，但其密度较大，所以研制的炮塔重量比较大，如果增强防护需要增加装甲厚度，这样只能靠改变炮塔的布局来提高其防护水平。铝合金装甲一般主要集中在小口径武器的炮塔中，在大口径武器系统中现在主要应用于75mm武器系统。铝合金装甲的优点在于密度小仅为钢的1/3，而抗拉强度为普通碳钢的3/5，如5083铝合金在同样的重量情况下可以提供普通碳钢9/5的防护能力，铝合金装甲的一个不足是造价比较高。贫铀装甲是金属材料装甲最新发展，是将铀合金单晶构成的网状结构的装甲放在复合装甲的中间，起骨架作用，中间再嵌入陶瓷装甲块，可有效对付破甲弹和穿甲弹。但是其技术难度高，目前也只限于美国的MIAI、MIAZ采用，另一个不足是由于其被击穿后产生辐射会对塔内造成污染，而且由于轮式底盘对炮塔重量的限制，贫铀装甲厚度往往不会太大，其所提供的防护能力也有限，所以应用将很有限。复合材料装甲所用材料是一种新型材料，是指把两种以上不同的材料，合理地进行复合而制得的一种材料。如新型材料“凯夫拉”，其密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，与玻璃钢相比，在相同的防护情况下，重量减少一半，并且“凯夫拉”层压薄板的韧性是钢的3倍，经得起反复撞击。“凯夫拉”薄板与钢装甲结合使用更是威力无比。如果采用复合装甲，能防穿甲厚度为700mm的反坦克导弹。所以复合材料装甲将成为未来轮式车辆炮塔装甲发展的重要方向