火炮内膛烧蚀磨损研究综述

介绍了火炮身管的烧蚀磨损现象,分析了影响烧蚀磨损的主要因素,包括火药气体的热烧蚀、火药气体的热烧蚀以及炮管的机械磨损,提出了现阶段国内外火炮抗烧蚀磨损的主要手段和措施,包括研制耐热合金身管材料、改进发射药以及对内膛表面进行处理．     

线膛炮身管内膛疵病图像膛线过渡区的处理

为解决线膛炮身管内膛中阴阳膛线的存在形成膛线过渡区,使得疵病图像灰度不连续,影响对疵病进行分析的问题,在分析图像特点的基础上,应用全局阈值分割和二值数学形态学移除小目标运算,实现了对图像膛线过渡区的准确分割;提出应用阴阳膛线区域图像灰度的均值填充过渡区图像。实验结果表明,应用所提方法处理后的图像灰度较为连续,有利于图像的分析。     

弹丸在膛内运动的研究

本文建立了弹丸前定心部紧贴膛壁运动的动力学模型。模型包括：弹丸自转、质量偏心、动不平衡、弹炮间隙、膛壁对弹丸定心部和弹带的作用、气体压力、身管的变形和振动。求得了对称弹丸在理想身管中的运动微分方程的解析解，并对某些弹炮系统进行了计算，得出了一些有用的结论。     

烧蚀磨损理论下多参数变化对火炮内弹道性能的影响分析

为研究火炮烧蚀磨损对内弹道性能的影响,基于烧蚀磨损理论,建立了经典内弹道模型和火炮烧蚀模型。针对某火炮的试验结果进行了数值模拟,获得的不同磨损量条件下启动压力变化规律与实测结果相吻合。在此基础上,数值分析了多参数变化对火炮内弹道性能的影响。结果表明:身管烧蚀磨损会导致弹丸速度和火炮膛压减小; 增大装药量后,随着身管磨损量增大炮口相对初速减退量减小; 增大火药力后,随着磨损加剧炮口相对初速减退量增大; 全装药条件下,射弹数达到约420发时,炮口初速相比于新炮下降了7.53%,达到身管报废标准,此时身管报废。     

基于全膛烧蚀磨损特征的火炮内弹道仿真研究

为提高烧蚀火炮内弹道仿真精度,在文献\[1\]火炮烧蚀内弹道理论基础上,保持火药几何燃烧定律、火药燃速定律和体现起始部膛线烧蚀的弹丸起动压力方程不变,通过对变炮膛截面积、变药室容积、弹后烧蚀容积增量等全膛烧蚀磨损特征的分析和计算,建立体现全膛烧蚀的弹丸运动方程和内弹道基本方程,从而建立烧蚀磨损内弹道模型。借鉴经典内弹道诸元解算方法,导出烧蚀磨损内弹道模型解算方法。以某火炮试验数据为例进行仿真烧蚀磨损内弹道计算,仿真结果表明：初速仿真值与试验值误差为0.9%,能够满足火炮工程实践3%的仿真误差要求;仿真精度优于文献\[1\]的火炮烧蚀内弹道方法,证明了所建立的烧蚀磨损内弹道模型和诸元解算方法是正确的,可用于烧蚀磨损火炮身管寿命预测。     

基于图像变换的火炮身管膛线参数检测技术研究

本文介绍了一种能够对身管膛线参数进行检测的装置;讨论了膛线参数检测的原理;分析、证明了基于约当(Radon)变换的直线参数(角度和至给定点的距离)的检测技术,提出了基于图像变换的火炮身管膛线参数检测方法.这种方法能够对身管膛线的宽度和角度进行检测,并具有较高的抵抗噪声干扰的能力.考虑到光学系统对图像产生了一定的畸变,进而对膛线参数的检测产生一定的影响,本文对此进行了分析和研究,给出了膛线参数的修正公式.最后,通过实例,实现了对膛线参数的检测,并对提高膛线缠角的检测精度和降低算法代价作了讨论.     

一种混合膛线的优化设计方法

根据身管内膛实际磨损规律,在拟订了膛线导转侧最佳受力方案的基础上,建立了与其相对应的混合膛线的设计方法。与传统的混合膛线设计方法相比,该方法可以保证膛线在起始段和炮口段有较小的受力且中部受力较均匀,对减小身管磨损有利。     

身管与弹丸的熔融磨损模型与研究

针对身管的烧蚀磨损会制约武器的进一步发展的问题,提出一种身管与弹丸的熔融磨损的计算方法。通过分析管与弹丸发生熔融磨损过程,将摩擦学和流体力学相关理论运用到身管与弹丸的高温、高速摩擦作用中,建立了身管与弹丸的熔融磨损模型,推导出了熔融润滑状态下的熔化液熔化速度、熔化液厚度及摩擦系数的计算公式,并以某加农炮为例对所建模型进行理论计算与分析。计算结果表明：该方法较好地符合了现有的摩擦学理论,为深入研究身管武器的烧蚀磨损机理提供了理论基础。     

身管烧蚀磨损条件下弹体发射强度数值模拟

为研究身管烧蚀磨损对弹体发射强度的影响规律,建立了烧蚀磨损身管与弹丸的弹炮耦合有限元模型和内弹道数学模型。采用内弹道方程与弹炮耦合有限元模型双向求解算法对内弹道方程进行求解,试验与算例的对比结果验证了模型的正确性。以弹丸挤进时刻、最大膛压时刻、弹体与身管碰撞时刻的临界状态应力为表征量,分析了弹体发射强度随身管烧蚀磨损量的变化规律。结果表明,严重磨损工况相对于正常身管工况,前2个临界状态应力值分别降低了19.4%、12.5%,第3个临界状态应力增大了149.2%。由此可知,随着烧蚀磨损量增大,弹丸挤进时刻、最大膛压时刻的临界状态应力对发射强度影响度在降低,而弹丸与身管碰撞临界状态应力成为影响弹体结构发射强度的主要因素。     

基于火炮身管测量的管道机器人

针对带膛线身管这一特殊的测量对象,研制了一种能自动测量火炮膛线的新型管道机器人.分析了该机器人的机构组成及工作原理,研究了其运动学和力学特性.实验证明,该机器人测量精度达到0.002 mm,多次测量的重复性误差小于0.002 mm,并且可靠性高.     

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。     

基于DEFORM的火炮膛线表面应力分析

分析了某大口径火炮弹丸通过身管坡膛的过程，首次将专用于金属成型仿真的有限元软件DE-FORM应用于火炮发射过程的仿真计算。通过建立模型仿真分析，研究了火炮身管膛线表面应力分布及变化趋势．解决了最大径向磨损量法中接触表面应力无法测量的难题，对于火炮寿命预测问题的研究具有重要意义。     

身管内膛参数化模型及其磨损有限元模型的生成方法

为了精确地建立磨损内膛有限元模型,提出分片拼接法,建立身管内膛的参数化实体模型;提出节点偏移法,构建磨损程度不同的内膛有限元模型;通过搭建磨损内膛的弹炮耦合模型,并计及磨损内膛体积增大量,采用热固耦合有限元法分析了火炮内弹道膛压和弹丸初速的退化过程。通过对比仿真结果和实验数据,验证了上述建模方法的正确性。该研究不仅对身管的设计和分析具有参考意义,也可以为火炮内弹道的性能退化提供评估方法。     

带内表面裂纹的身管温度应力强度因子研究

用权函数方法导出了身管内表面的半椭圆形裂纹出于温度应力引起的应力强度因子的公式，这些公式可用于计算身管在不同的裂纹深度、形状、温度、材料和尺寸下的温度应力强度因子；同时，还研究了温度应力强度因子随表面裂纹深度和形状变化的规律，这些规律对厚壁筒构件的设计及工程应用提供了参考。     

身管磨损对内弹道性能的影响

内弹道性能试验结果随身管内膛尺寸的变化而变化.文中应用两相流内弹道理论和计算机仿真技术,提出了一种计算和分析磨损身管内膛变化引起内弹道性能改变量的新方法.计算结果得到了试验验证.     

基于激光圆周扫描和定心修正的火炮身管内膛检测方法研究

火炮身管内膛的状态直接影响着火炮的射击精度和安全性,针对目前激光圆周扫描检测方法存在的定心 不准、激光束与管壁垂直度差等现状所导致的检测精度不高的问题,提出一种基于激光圆周扫描的通用口径火炮身 管内膛检测定心修正算法。通过校正管道和装置上的姿态传感器完成检测装置轴线与校正管道轴线的平行。修正装 置根据定心修正算法完成激光位移传感器旋转轴线与校正管道轴线的重合以及激光束与管壁的精确垂直,完成身管 内膛深度特征的精确测量。该修正算法及装置对于提高火炮身管检测精度和效率,研究身管剩余寿命和健康监测有 着重要的理论意义和实用价值。     

基于内表面熔化层理论的身管寿命预测方法

燃气热因素和燃气动力作用是造成火炮身管内膛烧蚀直径扩大的主要因素.在弹丸发射过程中存在着高温、高压、高速的火药燃气,使得身管内壁表面不断形成熔化层,溶化层在高速气流的作用下被带走,从而使得身管径向不断扩大.基于这样的假设提出了一种新的预测身管烧蚀寿命的方法.通过利用内弹道学和热传导理论给出了计算熔化层厚度的积分方程、内膛传热的边界条件和液固界面的温度梯度积分方程,并给出了方程的一般计算方法.最后应用半无限大物体假设给出了熔化层厚度的一种近似计算公式.     

大口径火炮膛线结构对滑动弹带弹丸膛内运动影响的数值分析

以大口径身管火炮发射减旋滑动弹带制导弹药时弹丸-身管耦合系统为研究对象,基于弹塑性有限元理论,建立某大口径火炮线膛身管与制导炮弹耦合动力学有限元模型。数值计算了渐速膛线、等齐膛线、混合膛线（渐速膛线+等齐膛线）3种不同膛线形式和深、浅两种膛线深度条件下,制导炮弹在挤进阶段和膛内运动过程中的弹炮应力、挤进阻力以及弹炮动力学响应,获得了大口径火炮膛线结构对滑动弹带制导弹丸膛内运动的影响关系,为弹炮一体化设计提供了理论参考。     

基于烧蚀磨损理论的某新型高炮内弹道性能预测

以某新型高炮为研究对象,基于火炮烧蚀磨损理论展开内弹道性能预测研究。对现有计算方法进行局部改进,分析火药气体作用下的弹丸膛内运动过程与弹丸受力。建立了身管烧蚀磨损后的内弹道仿真模型。对计算结果进行拟合,分别得到了径向磨损量与炮口相对初速下降量、最大膛压下降量之间的函数关系。     

不同持续射击发数对火炮身管寿命的影响

火炮在服役过程中,面临不同弹种、不同装药(强装药、全装药、减装药、高温装药等),以及快速持续射击与性能检验射击,因此有必要研究不同弹种、不同装药及不同持续射击发数对火炮身管寿命的影响。目前身管寿命评定主要通过国家军用标准等效折算系数将不同弹药类型射弹数等效折算为标准弹药或规定配比的标准弹药,但现有国家军用标准身管寿命等效折算方法仅包含膛压、初速两个因素,未考虑持续射击发数对身管寿命的影响,导致无法有效评估火炮不同持续射击发数下的身管寿命。基于阿伦尼乌斯方程研究身管材料热化学烧蚀模型,分析发现不同持续射击发数对身管寿命具有重要影响,火炮持续射击发数越多,火炮身管寿命越低。通过对比某火炮不同持续射击发数下身管寿命仿真与试验结果,验证了身管热化学烧蚀模型对预测不同持续射击发数下火炮身管寿命的准确性。