图2.5  管壁应力分布示意图

2.3  身管外径的确定方法

确定身管外径尺寸，最重要的是应满足相关强度要求，同时要考虑到身管与其他零部件的连接关系。为了使得理论计算接近实际应用状况，工程上常采用安全系数进行符合。

这里的安全系数 是指身管材料的弹性强度极限 与对应剖面的计算内压 的比值。

                    （2.3.1）

考虑到身管全长上各处受力状况不同，其使用性能及结构上的特点，对身管各部分所取的安全系数数值也不同，按照经验通常 在 之间。

当身管材料和相关各部安全系数选定后，根据发射时身管各横剖面的膛压值可以得到其理论外形[3]。

               （2.3.2）

事实上身管的壁厚选取与材料强度等级的选取是需要协同双向选择的。可以先选定材料的比例极限，再进而确定身管的壁厚；也可以先确定身管的壁厚要求，在几何尺寸要求基础上，确定出满足要求的材料。即求解材料的比例极限，可以通过下式进行求解：

                  （2.2.12）

当材料和身管各部理论尺寸均已得到求解后，在此基础上，根据火炮设计的总体要求和与其他部件的连接关系，进一步设计身管实际外形。本设计中事先选择了材料的比例极限，在材料比例极限的基础上计算出了身管的理论外形。

2.4  炮身机械外形设计

炮身设计是建立在内弹道理论计算基础、厚壁圆筒理论分析和相应的强度理论检验基础之上的。由相关参数通过内弹道相关计算出来的身管膛压曲线会和实际的膛压曲线不太致；这是由于厚壁圆筒理论所作出的五个基本理论研究假设与实际情况是不完全符合的；相应的强度理论计算结果也不能完全反应实际的强度安全性。

炮身身管设计中的安全系数 代表着作用于身管炮膛壁的计算压力能增大到的倍数。所以 就成为设计身管所要求的弹性强度极限最小值，即理论强度极限 。

 炮身身管安全系数的选择和不同的内压计算规律相关，强度理论的不同，炮类型及炮身的各个部位的不同。相关资料表明自动炮射速高，在发射时身管温度也较高，因此选取的安全系数要适当的高一些。同时炮身各个部位的工作状态又不同，安全系数的值也不一样。药室内表面相对光滑，压力变化要比膛线部相对均匀，没有弹丸的径向作用，轴向拉应力相对较大，但是又有药筒保护，因此安全系数可以选取的相对小一些；身管膛线部易产生应力集中现象，身管各横截面在弹丸发射通过时，所受压力从大气压突然上升至对应横截面所承受的最大膛内压力，这样动载作用比较明显，同时有弹丸对炮膛部分径向力的作用，因此安全系数选取的比其他部分高一些；身管口部除了膛线部这一不利条件外，同时由于此处身管壁薄，因而温度上升较快，因此反抗总效果产生破裂的条件和其他部分相比较差，炮口处的压力变化值会随着弹丸所受径向作用力作用的影响较其他部位横断面的压力变化值大，所以安全系数选取的更高。

炮身设计的内压规律一般以内弹道平均压力P作为依据，相当于材料力学第二强度理论，一般药室部[4]取 ；膛线部取 ；炮口部取 。本设计所选取药室部取 ，炮口部 ，由于射程是近程防御范围，出口速度只有一百米,因而忽略了膛线结构的设计。

身管各段的几何形状轮廓确定与其不同截面所受的最大膛压值密切相关。而身管膛压曲线随着最大膛压处向炮口方向逐渐减小，因此身管在此段上外形的设计常作成圆锥体，而最大膛压截面处到炮尾之间常作成圆柱体。所以可以认为膛压达到最大值的一瞬间，弹丸弹底后部分整个容积范围内都承受最大膛压值 的大小。然而在实际中最大膛压点的位置不稳定（受药室等因素影响），可能向炮口或者炮尾方向产生一定移动，因此本设计中为了保证身管的强度，最大膛压处向炮口方向二到三倍的口径长度上都做成圆柱体，其外径与最大膛压处一样，然后至燃烧结束点平滑过渡。具体作法归纳如下：