国内外火炮身管延寿技术研究进展

火炮身管的烧蚀磨损一直是降低火炮寿命、制约火炮发展的一个难题。从提高身管抗烧蚀性能的角度出发,归纳总结了近几十年来国内外火炮身管延寿的各种技术：身管内膛激光热处理技术、复合身管制造技术及身管内膛涂层制备技术。并在分析火炮身管的结构特点和工作特点的基础上,确定了一种比较理想的身管延寿技术。     

火炮身管烧蚀及其防护研究进展

在火炮发射过程中,其身管内膛承受剧烈的烧蚀侵蚀和磨损导致其几何形状和尺寸发生改变,成为直接影响火炮身管射击精度及寿命的关键因素之一。针对该问题,综合论述了钢制火炮身管烧蚀及其防护研究进展,主要包括:火炮身管烧蚀行为、热-化学-机械烧蚀模型、身管内膛耐烧蚀材料、身管内膛耐烧蚀层制备技术、火炮身管结构设计和火药的选择与设计。     

身管熔化烧蚀的预测数学模型

熔化烧蚀是火炮身管内膛烧蚀的机理之一。文中由身管寿命判别条件Δdmax建立了身管熔化烧蚀预测计算模型，从原理上对各种延缓烧蚀速度、提高身管寿命的措施，如采用内膛镀铬、使用冷火药和护膛剂等进行了阐述；同时基于该模型指出采用身管主动冷却技术是延长火炮身管寿命最有效的措施之一。     

离子氮化防烧蚀的初步研究

<正> 枪炮身管的烧蚀寿命至今仍然是一个极为重要的问题,近几十年来人们为提高身管寿命进行了广泛的研究,取得了很大的进展。就目前的情况来看镀铬、缓蚀添加剂、炮管自紧等已大量用于生产,其它一些途径如身管内膛氮化,各种表面涂层,新的弹带材料、耐热合金衬管等也进行了研究。在此,仅就身管内膛氮化的研究情况、我们的试验结果及氮化防烧蚀的前景作一简单介绍。     

火炮身管延寿研究

火炮发射时，身管内膛承受的火药气体的烧蚀、冲刷和弹丸的冲击、摩擦，会导致内膛的烧蚀和磨损。内膛严重磨损主要集中在膛线起始部和炮口部。烧蚀磨损是造成火炮射击精度偏差的主要原因之一。改善内膛和弹带结构，正确执行勤务规定，合理选择火药种类、装药，降低身管温升是减少内膛烧蚀的重要措施。提出了运用等离子增强化学气相沉积法、电火花表面强化法和先进喷涂法处理火炮身管内膛的原理，并进行了理论分析。此项技术运用于处理火炮身管内膛为类似技术的移植。该技术既可作为身管制造中的预处理工艺，也可作为一种修理手段修复轻度磨损的身管。     

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。     

关于坦克炮身管的剩余寿命评估

以评估坦克炮身管的剩余寿命及合理确定身管报废时机为研究目的，从火炮寿命的基本概念出发，分析了坦克炮身管寿命评定问题的特殊性，归纳出坦克炮身管剩余寿命评估的理论基础。在身管使用寿命期内，弹道特性及身管安全性的变化源自于身管内膛的烧蚀与磨损，所以身管寿命与身管内膛的形态变化有相关关系。建立了以基础性、替代性、及辅助性判据组合的身管寿命评定准则，提出了剩余寿命评估操作模式。     

簿层活化法测定薄壁管的微烧蚀量

<正> 一、简 述 弹丸和高温、高压的火药气体对枪炮身管内膛的机械、物理、化学作用,使内膛烧蚀磨损,弹道性能下降,最终导致身管寿命终止。近年来,随着枪、炮战术技术性能的提高,身管内膛烧蚀日趋严重,因此对烧蚀机理、降烧蚀技术以及相应的测试技术的研究工作提出了更高的要求。     

气相沉积耐烧蚀镀层

火炮内膜烧蚀限制了火炮身管的使用寿命,在炮膛内镀覆一层难熔耐热金属或合金可以提高身管的耐烧蚀性能,本文介绍了气相沉积技术在火炮耐烧蚀镀层方面的应用。     

火炮身管延寿方法研究综述

身管是火炮实现作战功能的核心部件,其寿命基本决定了火力系统的寿命。在发射时,身管内膛承受发射药燃气和弹丸的高温、高压、冲击和摩擦,并出现严重的烧蚀和磨损现象,导致身管寿命极其有限,制约了火炮技术发展和部队实战使用。从造成身管寿终的机理出发,归纳总结了近几十年主要应用或重点研究的各类火炮延寿技术,包括内膛表面处理技术、发射装药技术、复合身管技术、修复技术等几大类别,分析了各技术的机理、优势和需要继续研究的方向,旨为继续进行身管延寿技术的研究提供参考。     

火炮身管寿命理论预测方法

针对火炮身管寿命预测问题,对火炮身管寿命理论预测方法进行探讨.描述了身管寿命降低过程与表征,分析了疲劳寿命、烧蚀磨损寿命以及温度及燃气 3 大因素对身管寿命造成的影响,重点概括了预测身管寿命的理论方法,并逐一进行分析.分析结果表明:理论预测身管寿命方法的预测结果较为准确,对研究火炮身管寿命理论预测有一定的参考价值.     

火炮身管失效机理和寿命预测

针对身管寿命预测这个长期研究的难点问题,概括了当前预测身管寿命的主要方法和模型,并对各自的特点和不足进行了分析。鉴于传统身管寿命预测技术不能准确预测身管失效时间,根据身管损伤状况、外壁面应变和射弹数（寿命）的内在联系,提出了基于身管外壁面应变变化量的身管寿命预测方法。     

12.7 mm机枪枪管损伤演变规律及其与椭圆弹孔关系

为探明12.7 mm大口径机枪枪管损伤演变规律及其对椭圆弹孔的影响,开展了寿命射击试验研究。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、内窥镜和口径量规对枪管进行观察和测量,得到枪管内膛在寿命周期内的损伤规律。结果表明：12.7 mm机 枪枪管损伤存在3个典型区域,分别是线膛起始部位、高膛压区部位、枪管口部;这3个区域损伤速率和方式有所不同;线膛起始区域Cr层脱 落速率高,导致内径扩大速率高;高膛压区寿命初期Cr层保留完好,寿命后期发生突变,Cr层 脱落加速;枪管口部Cr层几乎没有脱落,损伤以磨损为主。该机枪枪管以椭圆弹孔数超标方式寿终,椭圆弹孔出现的原因是高膛压区部位阳线的Cr层剥落,致使膛线导转能力变弱,弹头转速低,从而导致椭圆弹孔出现。     

基于镀层界面剪切疲劳损伤的枪管寿命预测研究

为研究枪管内膛损伤机理、提高枪管寿命,提出了基于枪管镀层界面剪切疲劳损伤累积的枪管寿命预测方法。根据身管镀层剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,建立了热压耦合应力作用下的枪管镀层界面剪切失效模型。以某5.8 mm小口径步枪枪管为研究对象,计算一个冷却周期150发 弹连续射击过程中的枪管界面剪切应力,结合随温度变化的枪管材料抗拉强度数据对枪管寿命进行了预测。研究结果表明：预测结果与寿命试验结果高度吻合,验证了寿命预测模型的可行性与正确性;以镀层界面剪切疲劳寿命来预测枪管寿命是有效的,镀层界面剪切疲劳失效是导致枪管寿终的重要原因。     

典型使用条件对大口径机枪枪管寿命影响研究

大口径机枪枪管寿命与使用方式、使用条件密切相关,研究使用条件对大口径机枪枪管寿命的影响问题对于安全、有效地使用该类武器具有重要意义。选择环境温度、冷却周期射弹总量和换弹箱停留间隔时间3个使用条件,采用枪管热-弹耦合有限元模型计算枪管铬钢结合部位瞬态应力,使用局部应力-应变法计算枪管铬钢结合部位寿命,分析使用条件对枪管使用寿命的影响情况。进一步采用实物寿命试验验证使用条件对枪管使用寿命的影响,获得了定量影响规律,建立了环境温度、冷却周期射弹量、换弹箱停留间隔时间与寿命关系近似模型,为科学地使用该类大口径机枪提供了参考依据。     

身管冷径向锻造残余应力的模拟研究

身管是自动武器的核心部件,冷径向锻造是制造自动武器身管的一项新工艺。冷径向锻造后的身管通常需要后续的机械加工,且身管在动态的高温高压载荷下射击,锻后身管中的残余应力将直接影响身管后续加工中的尺寸精度及身管使用时的疲劳寿命。为了预测冷径向锻造身管内的残余应力分布及影响残余应力分布的各参数,建立了模拟身管的冷径向锻造及回弹过程的轴对称模型,得到了回弹后身管内的残余应力分布,并分析了各工艺参数对锻后身管内残余应力分布的影响规律,为进一步控制锻后身管内残余应力的分布提供了参考。     

基于铬层与基体结合部疲劳损伤的转管机枪身管寿命预测研究

为预测身管寿命,采用热-固耦合场理论、冲击疲劳理论和疲劳累积损伤理论,提出基于身管铬层与基体结合部疲劳损伤的身管寿命预测方法。以3管转管机枪的身管寿命为例,建立有限元模型,计算铬层与基体结合面的耦合应力,预测身管寿命,理论计算与试验结果进行了对比,数据基本吻合;分析身管镀铬层厚度对身管寿命的影响。研究结果表明：铬层与基体结合部的疲劳损伤寿命基本决定了身管的寿命,证明所提寿命预测方法是可行的;适当增加镀铬层厚度,可以提高身管寿命。     

内膛损伤枪管膛口扰动参数研究

为分析枪管内膛损伤导致射击精度下降、椭圆弹孔率上升进而导致枪管寿终的问题,基于系统的某12.7 mm机枪枪管寿命试验,建立无损伤枪管、寿命中前期枪管、寿命中期枪管及寿终枪管4个寿命阶段枪管内弹道过程的弹枪热力耦合模型。采用均匀设计方法安排弹药随机因素影响下的弹头内弹道过程仿真实验,获得不同内膛损伤程度的枪管膛口扰动状态随弹药参数变化的响应值,仿真计算结果与试验数据吻合较好。利用基于3次B样 条曲线的偏最小二乘回归建模方法对传统均匀设计响应面法进行改进,获得以弹药参数为自变量的弹头膛口扰动响应面方程及枪管在不同寿命阶段时弹药随机因素对弹头出膛时初始扰动状态的影响规律。仿真实验及数据分析结果表明：各弹药参数对不同寿命阶段的枪管膛口扰动量贡献度均不相同;为降低寿命末期枪管的弹头膛口扰动,应尽量减少弹头的质量偏心,在合理范围内适当减少弹头壳初始屈服应力,并取适中的弹头壳圆柱部直径和装药量。     

发射药中纳米材料的分散性对身管延寿的影响研究

为延长武器身管使用寿命，采用了在发射药中添加纳米材料的方法。研究了纳米材料添加到发射药中对发射药性能的影响，特别是研究了纳米材料的分散性对身管延寿的影响。在发射药中添加纳米材料能提高发射药的抗烧蚀性能，但是纳米材料分散不好会降低身管的使用寿命，而良好分散的纳米材料添加到发射药中能有效延长身管的常温使用寿命。