火炮内膛疵病检测系统的设计

火炮内膛疵病检测系统由计算机、电控箱、测量本体和系统软件组成.膛内定位机构控制系统前进与后退及调整运动速度.系统软件由初始化、图像采集、控制、图像处理和数据库模块组成.置入炮膛内的CCD摄像机窥膛器由电动机驱动,用系统软件实现炮膛内壁疵病定位、图像采集和图像处理.     

常见膛线质量问题对火炮的影响及工艺措施

机械拉削身管膛线时存在的主要质量问题是偏线、膛线起点不均匀和波纹。偏线较多发生在膛内起点部位。膛线起点不均匀产生的主要原因是：镗出的坡膛孔对炮膛轴线偏心、坡膛的椭圆度及刀头套表面与炮膛的间隙过大，使所定的刀具位置在圆周上不齐。振动波纹的出现是因为拉刀头的导向部磨损或调整不当，以及与炮膛的配合间隙过大，因而在膛线底部产生波纹。对火炮射击过程的影响进行了分析。从工艺角度提出了解决这些质量问题的措施。     

火炮炮膛质量检测技术研究

介绍了一种利用ＣＣＤ摄像镜头来获取火炮炮膛表面疵病信息的检测装置，论述了该装置的设计思想和实施方案，该装置以ＣＣＤ摄像镜头为传感器，使用ＩＢＭ－ＰＣ／ＡＴ４８６机作主控和图像处理系统，主要用于各种火炮炮膛表面疵病（烧痕，裂纹，瑕点等）的实时自动检测，也可对石油，化学工业中各种金属管道进行自动检测。     

某火炮身管寿命问题探讨

某小口径火炮,自动机A的额定射速为550发/min,自动机B的额定射速为1 000发/min。两种自动机身管的材料、内膛结构和工艺完全相同,使用弹药的弹道性能也相同。但在身管寿命考核试验中,采用相同的射击规范,自动机B的身管寿命仅为自动机A的64%~70%。以射击过程中身管外侧温度测试结果为基础,进行身管内膛温升的热分析计算,从身管温升角度探讨自动机B身管寿命降低的原因。根据射击过程中身管内膛温度不得超过其材料相变的临界温度点原则,制定合理的射击规范,符合身管的实际使用寿命。     

火炮内膛图像增强方法

针对火炮内膛采集到的图像不能满足对炮膛内疵病的分析和判断的情况,采用图像处理技术,对火炮内膛图像进行对比度调整、平滑、锐化等一系列措施。结果表明,增强后的内膛图像视觉效果能得到明显改善,在保护背景的同时,原图像中的噪声有明显的抑制,图像边缘信息也得到加强,能满足对内膛图像中疵病的判断和识别。     

某火炮身管温度仿真计算及其影响因素分析

火炮射击过程中高温燃气周期性冲刷身管内膛导致内膛壁温升高,从而使以含能材料为主配方的全可燃装药在膛内滞留期间面临更多的热安全性问题.利用双一维两相流内弹道模型与一维轴对称热传导模型,描述了某火炮连续发射过程中的身管传热规律,并通过计算结果与试验测试结果对比,验证了模型的准确性.在此基础上,对持续射击20发的身管温度场进行了仿真,得到了每发射击完成后身管内、外壁温度分布规律,分析了不同环境温度、射击工况及身管厚度对身管温度变化规律的影响.结果表明,射击工况对药室内膛温度径向分布规律影响较大,环境温度、身管厚度对其的影响很小;环境温度、射击工况对药室内壁最高温度达到火炮报警温度的射击发数影响较大,身管厚度对其的影响很小.计算结果为装药射击热安全性、身管热烧蚀及寿命研究提供参考.     

以非满管代替满管进行转管炮身管寿命试验研究

为减少转管炮身管寿命试验的用弹量,研究用非满管代替满管进行转管炮身管寿命试验的技术。建立炮口振动位移计算方程,利用高阶傅里叶级数拟合炮膛合力,获得炮膛合力的频域函数;利用模态实验获得了转管炮的模态参数,构建转管炮起落部分的频响函数;利用频响函数计算了转管炮在满管射击、非满管射击方式下的炮口振动位移。以满管射击、非满管射击方式下炮口振动位移的一致性为原则,确定身管寿命试验方案。通过试验验证了满管射击、满非管射击方式下的身管寿命试验结果具有一致性,从而获得用弹量较少的身管寿命试验方法,节省了试验的弹药消耗。     

火炮身管内膛表面材料强度退化机理研究

火炮射击过程中身管在热、力、化学等因素作用下平均每发射弹会产生微米级的内径扩大，是造成身管寿命终止的主要原因，研究内膛表面材料性能变化对揭示身管寿命机理具有重要意义。通过分析某寿命终止155 mm口径身管内膛表面材料组织和性能，获得了身管不同部位内膛表面材料组织形貌、厚度及力学性能。结合身管温度梯度分析及烧蚀模拟试验，揭示了身管内膛表面材料性能退化机理及其与射弹发数关系。研究结果表明：身管寿命初期，在火药燃气作用下内膛表面材料相变形成硬化层，硬化层厚度与火药燃气温度及作用时间相关；身管烧蚀磨损发生在硬化层表面，硬化层常温下硬度和强度比基体高1倍，呈现硬脆特征，高温下硬度和强度迅速下降，在弹带摩擦及气流冲刷下造成身管内径扩大。     

火炮身管内膛涂层制备及检验方法

炮膛烧蚀是长期存在的严重影响火炮身管寿命的问题，身管内膛涂覆耐烧蚀保护层是提高身管抗烧蚀能力，延长身管寿命的最新方法之一。重点研究了身管涂层材料的选取原则、制备技术和工艺，比较了各种制备技术的优缺点，并针对炮膛工况特点，确定了一种较为合理的身管内膛涂层制备工艺，设计出了两种检验身管涂层耐烧蚀性的试验装置。该研究也可为相关领域的研究或试验提供一定的参考借鉴作用。     

火炮身管内膛表层温度及其梯度规律研究

火炮射击过程中高温火药燃气可使身管内膛表面材料强度降低、发生相变甚至形成熔融态,加速身管内膛表面形成烧蚀、冲刷、磨损及开裂等损伤,研究身管内膛表面温度及梯度对揭示身管损伤机理具有重要意义。以大口径155 mm火炮身管对象,建立身管热-结构耦合动力学模型,仿真研究阳线棱边倒角、表面镀铬等对身管内膛表层温度的影响规律,结合实弹射击试验后身管内膛表面热影响层检测对仿真结果进行对比。研究结果表明：身管内膛表层温度沿径向快速衰减,形成极大的温度梯度,表面温度达到1 500 ℃、190 μm处温度超过727 ℃;阳线棱边存在明显的热累积,温度比阳线表面高出300 ℃以上,阳线棱边倒角后温度约降低100 ℃;内膛镀铬后可使基体温度降低约400 ℃。     

大口径火炮身管药室内膛裂纹电磁超声表面水平剪切波检测方法

大口径火炮身管药室内膛在射击过程中承受高温高压,易产生网状多裂纹,对安全性能造成隐患,但传统检测手段对内壁清洁度要求较高,且检测周期长。为此,提出基于电磁超声表面水平剪切波（SH波）的身管药室内膛裂纹检测方法,对缺陷进行检测。建立表面SH波电磁超声换能器的辐射声场有限元模型,分析永磁体长度和对数对辐射声场的影响,对电磁超声换能器设计参数进行优化。在研究表面SH波声场特征的基础上,建立表面SH波在含有交叉裂纹的身管药室中传播的有限元模型,分析表面SH波与不同夹角裂纹缺陷的作用规律,并通过实验予以验证。结果表明,当使用12对长度为20 mm的永磁体制成的电磁超声换能器时,能够对10 mm×1 mm×2 mm的交叉裂纹进行检测,分析裂纹夹角与回波幅值的影响规律,为身管药室内膛多裂纹检测提供了可靠依据。     

远程火炮弹丸起始扰动的动力学特性

为研究远程火炮射击时弹丸起始扰动的形成机理,基于凯恩动力学方法建立火炮动坐标系下弹丸动力学模型。基于该模型提出火炮运动环境下的弹丸运动描述方法,给出弹与炮相互作用力和力矩的表达式。结合工程实际,对弹丸在发射过程中运动规律进行理论研究。通过仿真验证弹与炮间隙、弹丸质量偏心、膛内火药气体泄漏以及身管弯曲、身管弹性振动和炮架跳动对弹丸起始扰动的影响。结果表明：膛内火药气体泄漏会造成弹丸膛内运动异常,产生恶劣的起始扰动;身管弯曲和身管弹性振动对起始扰动有明显影响,炮架跳动对弹丸膛内运动及起始扰动影响不是很大;研究成果可为改进远程火炮设计和提高射击精度提供重要理论参考依据。     

基于极度梯度提升模型的火炮身管寿命预测

为提高火炮身管寿命预测的精度,将身管内径磨损量作为寿命预测指标,提出基于极度梯度提升(XGBoost) 模型的火炮身管寿命预测算法。以火炮弹射数为输入,身管内径磨损量为输出,通过集成多个弱学习器反复训练来 拟合前一个弱学习器预测值与实际值之间的残差,从而生成强学习器,并通过在损失函数后加入正则化项及采用剪 枝技术降低模型过拟合的风险。基于某型火炮实测数据进行验证,结果表明：该模型不仅有效解决了火炮弹射量与 身管内径磨损量之间的映射关系,且相比支持向量机、BP 神经网络、灰色模型等现有算法显著提升了身管寿命预测 精度。     

现代火炮炮膛烧蚀磨损机理及控制措施

以某型火炮身管烧蚀磨损情况为研究对象，分析了身管烧蚀磨损形成机理（主要包括热作用、机械磨损和化学反应），采取了更新炮钢材料，增加内膛涂层和采用缓蚀添加剂等控制措施。实验研究表明，这些措施有效地克服了该型火炮烧蚀磨损的难题。     

双目视觉内膛疵病检测系统

针对传统光电检测方法无法获得疵病深度信息的不足,以双CCD摄像机构成的立体视觉为基础,设计并实现了一种基于数字图像处理技术的火炮内膛疵病检测系统;在介绍系统总体设计原理的基础上,研究了检测系统窥膛探头的双目视觉原理、结构组成、光学系统参数,以及自走装置、控制装置等部件,讨论了检测系统的功能模块组成、图像处理方法等软件系统;实测结果表明:该内膛疵病检测系统功能完备、操作简单、精确度高,完全符合实际工作需求。     

以火药为能源的炮口式火炮动态后坐技术研究

在分析国内外以火药为能源的火炮动态后坐技术现状的基础上,设计了置于火炮炮口处的火炮动态后坐发生装置。以某型地面火炮为例,建立了该方法的内弹道计算模型,并进行了内弹道方程组的诸元解算,并以某型地面火炮炮身为研究对象,基于有限元仿真软件ABAQUS对火炮动态后坐过程中的火炮身管进行了有限元仿真,同时也进行了多次以火药为能源的火炮动态后坐试验。仿真和试验结果均证明,结构设计合理、可靠,满足火炮动态后坐性能检测要求。     

火炮身管内表面激光硬化处理的实验研究

提高身管寿命是火炮行业亟待解决的关键技术问题，激光表面改性技术是解决这一问题的有效方法之一。本文在分析激光表面相变硬化性能的基础上，对身管内表面进行了激光硬化处理实验研究，检测了其内表面阳线和阴线的硬化层硬度和深度，对比分析了离焦量和焦深对其内表面硬化层硬度的影响，并对激光相变硬化层金相组织进行了分析。经激光硬化处理后，身管的内表面硬度有明显提高，硬化层较深，且为很细的条状马氏体组织。     

基于模板匹配的火炮身管膛线缠角测量技术研究

针对火炮身管膛线缠角测量问题，提出了一种新的基于模板匹配的方法。测量系统由光学传感器、定心机构、驱动装置及控制计算机组成。利用激光器投射一环形结构光同炮管内表面相交，形成炮管截面的轮廓曲线，CCD相机获取该截面轮廓图像。通过模板匹配得到不同截面图像之间的相对旋转角度，根据两个截面之间的轴向距离和旋转角度，确定炮管的膛线方程，再由膛线方程计算缠角值。同基于Radon变换的方法相比较，该方法不依赖于图像边界提取，对图像质量要求不高，理论分析及实验数据均表明，该方法具有较高的测量精度和稳定性；