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。     

火炮身管弯曲度检测方法研究

为实现对火炮身管弯曲度的非接触无损检测,提出不完全整体式结构下的检测方法。利用半导体激光准直光束作为测量参考基准,位置敏感探测器（PSD）作为接受器件,应用单片机实现系统的总体控制,最大程度减化系统外部结构。建立系统数学模型,实现火炮身管直线度的非接触无损自动检测,最终达到预期的效果。     

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。     

火炮身管内膛擦拭及影响

简述了人工手动擦拭、半自动擦拭和自动擦拭的优缺点及应用,并分析了身管内膛特别是膛线起始部的擦拭对起始弹道中弹丸挤进压力、首发近弹、胀膛、膛炸、身管寿命等的重要影响。分析表明,研制新的擦拭剂,开发新的擦拭工艺对实现高效、环保、经济的身管内膛维护保养至关重要。     

小口径火炮身管超声检测技术研究

针对小口径火炮身管的特征。提出利用横波、纵波和变型横波相结合的方法．较好地实现了对小口径火炮身管的在线自动无损检测。     

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 ℃。     

火炮身管直线度检测数学模型研究

针对当前火炮身管直线度检测方法存在的问题,介绍了利用CCD、平行光管和计算机测量火炮身管直线度的原理和方法,根据空间极坐标变换的方法,建立了检测火炮身管直线度的数学模型.通过对该模型进行解析和迭代,最后给出求解直线度的公式.结果表明,该数学模型在对火炮身管直线度的测量是可行的.     

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。     

固体发射药火炮身管热散失模拟研究

为了从理论上直接计算火炮发射过程中身管热散失并提高计算精度,选取经典内弹道模型,使用四阶龙格库塔法对内弹道模型进行求解,得到了内弹道时期火药燃气温度,采用拟合公式求解后效期火药气体温度,确立传热初始条件。使用马蒙托夫约定和实验拟合公式确立内、外边界的换热系数。基于传热学理论建立了身管径向一维传热模型,对方程组差分求解,得出火炮身管的温度分布,得到了发射过程中身管的热散失。结果表明:单发射击情况下,火炮通过身管散失的能量占发射药总能量的16.45%;连发射击情况下,身管热散失占总能量的16.45%～13.81%,呈下降趋势。     

火炮身管内膛表面缺陷在线修复的一种重要方法

火炮身管内膛表面缺陷修复是提高火炮弹道学性能的一种重要技术手段.在线修复方法利用火炮射击时产生的高温高压环境气化或离化修复剂材料,在身管内膛表面形成一层耐磨和耐烧蚀的陶瓷涂层,能有效地修复内膛表面缺陷.试验证明,在线修复可以使火炮内膛表面变得光滑平整,膛径增大趋势大大减缓.该方法是一种简便易行的并适用于所有火炮身管内膛表面缺陷修复的在线修复方法.     

基于EMD的某火炮身管模态参数识别

现阶段火炮模态参数识别都是以快速傅里叶变换(FFT)为基础,信号必须平稳且是严格的周期信号;通常情况火炮工作状态下的信号是非平稳信号;经验模式分解(EMD)方法是一种新的非平稳的信号处理技术,EMD方法在处理非平稳信号时相对其他方法有相当大的优势;首先对某火炮身管在有限元分析软件中建模,分别在有约束和自由状态下对身管进行模态识别;然后用EMD方法对相关数据进行处理,得到身管的模态参数(频率、阻尼比、刚度矩阵、阻尼矩阵、质量矩阵),并与有限元分析方法得到的结果进行对比、分析;数值仿真证明了EMD方法在火炮领域的可行性和有效性.     

枪管基体组织对枪管寿命的影响

为了探明枪管基体组织对枪管损伤速率影响的机理,对比研究了两种不同基体组织枪管在射击过程中的损伤表现。采用光学显微镜、扫描电子显微镜对枪管基体组织进行表征,通过碳复型、相分析对枪管基体组织进行分析。结果表明,低硬度枪管损伤速率大于高硬度枪管,导致前者寿命较低。出现这一结果的原因是：一方面低硬度枪管内表面发生了较大的塑性变形,导致内径扩大速率增加,寿命缩短;另一方面高硬度基体碳化物分布较为细小、弥散,抑制裂纹形核扩展能力大于低硬度基体。     

基于图像处理的炮管轴线直线度检测方法

在分析国内外直线度检测现状和比较了直线度测量的激光准直法、圆度法、杠杆法优缺点的基础上,提出了一种基于图像处理的炮管轴线直线度检测激光反射法.该方法通过激光器发出激光,经准直后射向分光镜,部分反射后射向测量元件.测量元件在炮管内移动并感知炮管实际轴线位置的变化.激光经反射后透射过分光镜到光靶上,CCD摄像机摄得光靶上被测信息的图像.经过图像处理及数据处理得出对应被测截面图像中的激光束中心,按照角度积累的公式计算出轴线直线度误差.同时论述了在Win98和VC++6.0环境下软件实现的步骤.实验结果表明该方法具有灵敏度高、测量速度快,对被测对象尺寸要求较低,适合在工厂内使用等优点.     

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。     

身管动态应力有限元通用求解方法

分析了身管径向受载的实际类型,运用ANSYS有限元分析软件的APDL语言[1]．开发了身管通用动态应力求解程序,并指出了身管动态强度设计所要解决的关键技术问题,为实现身管动态强度设计的工程化、程序化奠定了基础。     

国内外火炮身管烧蚀磨损问题研究进展

为提高火炮身管抗烧蚀性,延长火炮寿命,提高火炮的使用精度,对火炮身管烧蚀磨损问题进行深入研究。归纳总结国内外火炮身管延寿的各种措施,对目前计算火炮身管烧蚀磨损的分析计算方法(经验公式法、壁温估算烧蚀磨损法、热化学烧蚀模型法)进行对比分析。该研究可为相关人员在了解目前国内外对火炮身管延寿方面的研究情况提供参考。     

基于Workbench的车载高炮炮身模态分析

高炮炮身固有模态对全炮的动态特性及其射击精度影响分析至关重要。针对某车载高炮炮身的结构特征和约束条件,应用 Workbench软件建立了某车载高炮炮身的有限元模型,通过对其模态分析,求解得到车载高炮炮身在约束条件下的固有频率和振型。在此基础上,针对不同质量的炮口装置以及复进簧前支撑环位置对炮身模态的影响进行了仿真,进一步分析了炮身振型与自动炮射速之间的关系,为车载高炮的射击精度分析打下了一定基础。     

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。     

连续射击下的枪管瞬态传热模型

针对连续射击过程中周期性瞬态热冲击引发的身管烧蚀问题,建立了身管一维瞬态传热的数学模型。采用能量平衡法,应用交替隐式差分格式(ADI),推导了内节点及边界点的有限差分方程,以经典内弹道数值计算结果为基础,通过VB编程求解了连续射击120发弹过程中某12.7 mm机枪枪管的温度场分布。采用红外热像仪对身管外壁温度进行了测试,数值仿真结果相对于实验结果的误差小于10%,所建模型及采用的算法是有效的。研究得到的枪管温度场的变化规律为更加深入地研究身管烧蚀机理、设计身管结构以及预测身管寿命提供了可靠的理论依据。     

火炮身管强度设计理论和安全系数的研究

提出了一种火炮身管强度设计的新方法和基于该方法的安全系数选择方案,分析了身管强度失效过程.运用弹塑性变形的基本理论提出了一种允许小塑性变形发生在身管内膛公差范围内的强度设计方法,给出了其理论依据和具体操作方法.通过分析已有的身管强度数据资料,确定了安全系数选择的初步方案.该设计方法基本反映了目前我国制式火炮身管的现状,为火炮身管设计更新提供了参考.