大口径机枪枪管失效规律研究

为了研究大口径枪管在寿命过程中的变化规律,寻找失效原因,对两根不同材料枪管进行了综合寿命试验。分析了内膛阳线直径变化、内膛表面形貌变化、密集度、初速下降率及椭圆弹孔率与枪管寿命之间的关系,得到了某机枪两种寿命相差3 000发的寿终枪管的共同规律为：枪管寿终均表现为椭圆弹孔率超过本组射弹量的50%,内膛四锥、五锥的损伤是造成枪管产生椭圆弹孔的根本原因;在射弹量为1 200发时,枪管内膛五锥处的铬层已经严重成片脱落;由于枪管内膛尾部出现了鼓形,用量规测量得到的枪管内膛直径大小并不能反应枪管性能,但尾部阳线直径变化越快,枪管寿命越短。     

内膛损伤枪管对内弹道性能和弹头出膛状态的影响研究

为研究大口径机枪内弹道性能和弹头出膛状态受内膛损伤的影响规律,探究内膛损伤导致枪管寿终的关键因素,对某12.7 mm重机枪进行了系统的寿命试验。分析获得了该枪枪管内膛损伤的主要形式及其随射弹数增加在枪管轴向的分布及演化规律,在此基础上建立了精确的不同寿命阶段内膛损伤枪管的弹-枪热力耦合有限元模型。采用Fortran子程序实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了12.7 mm弹头内弹道性能及出膛状态等随内膛损伤发展的变化规律,将数值模拟结果与寿命试验数据进行对比验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明:弹头出膛时的扰动量、转速的下降量以及表面形貌的改变量等随枪管射弹数增加而增加,在身管寿命后期表现尤为明显;弹头出膛状态的改变是导致该枪枪管寿终的主要原因。研究结果对进一步分析内膛损伤引起的弹头外弹道性能退化行为,实现从内到外完整地分析枪管寿终机理具有重要意义。     

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...     

枪管污染和发热对狙击步枪射击精度的影响

为研究高精度狙击步枪在训练和作战使用时,由于射击导致枪管污染和发热后,枪械再次射击时的射击精度变化情况,以国内已经大量装备的某型7.62 mm高精度狙击步枪为研究对象,制定实验方案,在室内靶场100 m射击距离上,采用精度射击试验台对某型7.62 mm高精度狙击步枪进行射击精度试验,分析枪管污染程度和温度随射弹量的变化规律,探讨枪管污染和发热对高精度狙击步枪射击精度的影响。结果表明：射弹量在1个弹药基数内,随着射弹数的增加,高精度狙击步枪枪管内膛污染加重,枪管温度明显升高,但显著低于小口径步枪;无论是枪管污染加重还是枪管温度升高,对高精度狙击步枪100 m射距处的射击精度均无明显影响。用户不需要在1个弹药基数内频繁擦拭枪管,也不需要分别在冷、热枪管状态下进行射校矫正。     

火炮身管等效全装药寿命换算方法研究

火炮身管寿命是以全装药射弹量来表征的,因此在进行身管寿命预测时需要将不同装药条件下的射弹量等效成全装药条件下的射弹发数.通过分析身管烧蚀磨损的过程,提出了一种基于膛线起始点输入总热量和膛内输入总压力的火炮身管等效全装药寿命换算方法,并通过对比算例的计算结果,验证了该方法的合理性,在此基础上计算了某型火炮射击时所有装药号的当量换算系数,该系数可应用于火炮射击时身管寿命的等效换算.     

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。     

典型小口径步枪枪管系统冷热枪状态差异三维有限元分析

针对自动步枪在冷热枪状态下的差异,为揭示冷热偏机理和提高射击精度,以某典型小口径自动步枪为研究对象,基于热固耦合的研究方法,计算了镀Cr层但忽略膛线的某典型小口径自动步枪枪管系统在连续热冲击及膛压下的瞬态温度及变形,分析了其温度场和沿径向的位移场变化规律,仿真计算结果获得了试验数据的验证。研究表明:连发发射时内膛薄层各点的温度梯度将引起高频急剧变化的热应力; 热载荷是影响残余位移的主要因素; 枪管系统前几发弹峰值位移主要受脉冲位移影响,随着射弹量增加峰值位移主要受残余位移影响; 随着射弹量增加,热枪状态下枪管系统变形明显大于冷枪状态下变形; 热载荷是影响枪管系统变形的主要原因,膛压对枪管系统产生了位移脉冲,不影响残余位移。残余位移的增加量随射弹量呈减小趋势。     

基于磁散射的线膛炮内表面磨损检测技术

针对线膛炮使用过程对身管内表面磨损检测的需求，建立线膛炮内表面磨损磁散射模型，研究一种线膛炮内表面磨损检测方法。在地磁环境中，基于磁偶极子模型分析阴线双侧膛线壁的二维磁偶极子模型，推导内膛、导转侧、烧蚀沟、镀层等磨损的散射磁场分布模型，通过仿真得到身管内表面磨损的磁场分布变化规律，对膛线磨损检测进行了半实物模拟试验。实验结果表明：当阳线无磨损时，阴线与阳线磁场强度差值为17.6 A/m；当阳线磨损为56.15%时，磁场强度差值减小到1.78 A/m；该方法为身管出厂和使用提供一种膛线磨损检查理论与方法。     

全射弹寿命过程中的大口径机枪自动机磨损和性能衰减趋势研究

大口径机枪在全射弹寿命过程中的自动机关键部位磨损和性能衰减情况对机构功能和动作可靠性将产生影响,从而影响武器的使用性能和作战效能。以某型大口径机枪作为试验对象,测量全射弹寿命过程中自动机关键部位磨损情况和自动机性能衰减情况,统计自动机故障。研究结果与分析表明：全射弹寿命过程中的枪机闭锁支撑面磨损量和开闭锁曲线磨损量不大,枪机框导轨磨损量较大;随着射弹量的增加,自动机闭锁力逐渐变小,复进簧逐渐变短,后坐到位速度的均方差变大,自动机动作故障变多;自动机后坐到位速度的均方差增大,自动机动作故障增多与自动机关键部位磨损正相关。建立了闭锁力衰减经验公式、复进簧自由长度衰减经验公式、枪机框导轨磨损经验公式、枪机框后坐到位与复进到位撞击面的磨损经验公式,经验公式计算结果与试验数据吻合较好,可以用于推断该大口径机枪自动机部分性能衰减和磨损情况。     

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。     

自润滑弹头壳用钢摩擦行为研究

为减轻身管內膛磨损,提高身管寿命,提出了采用销盘摩擦方式模拟弹头与身管內膛的摩擦行为方法。利用扫描电子显微镜和光学轮廓仪对销盘摩擦表面分别进行表征,研究了常用弹头壳用材和自润滑弹头壳用钢对磨Cr层的摩擦行为,并对自润滑机制进行了探讨。结果表明：弹头壳用钢在低硬度范围内（161~227HV0.2）,随着硬度的增加,室温摩擦系数缓慢降低（约11%）,700 ℃高温时摩擦系数则变化不大,说明通过改变硬度来减小摩擦系数的效果不明显;而在超低碳钢（223HV0.2）中添加S和Pb,可形成固体润滑剂硫化物和Pb,室温摩擦系数可降低约25%,700 ℃高 温时摩擦系数可降低23%~34%,有效地减轻了Cr层磨损。     

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。     

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。     

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 ℃。     

身管烧蚀及缓蚀剂作用机理研究现状

身管烧蚀磨损严重限制了火炮性能的提高和服役年限的延长。为延长身管寿命、发展高威力火炮,需增强火炮身管的抗烧蚀磨损能力。从热冲击、化学侵蚀、机械磨损三方面综述国内外身管烧蚀机理的研究现状,分析认为烧蚀磨损的发生与加剧主要归结于热－化学－机械复合作用。在此基础上梳理缓蚀剂技术抑制身管烧蚀磨损的机理,指出纳米材料在缓蚀剂研制中的意义,无机氧化物和含氮有机材料在发射环境下可对身管内壁形成保护。对缓蚀剂的设计作出展望,为新型缓蚀剂设计提供有益思考。     

Research on Prediction Model for Erosion and Abrasion of Barrel Based on LSSVM

To predict the erosion and abrasion of high bore pressure tank gun barrel, the least square support vector machine (LSSVM) algorithm was used. Based on the gun firing test data, the prediction model for barrel's erosion and abrasion was established. It was adopted to predict the wear increment of gun barrel. The results show that the prediction values given by the model coincide with the measured data better, and the model can predict the barrel's wear accurately and rapidly.