火炮身管试样烧蚀试验及数值模拟分析

为研究火炮身管内膛烧蚀机理,基于半密闭爆发器研制了身管试样烧蚀装置,采用该装置开展了火炮身管试样烧蚀试验,获得了较为稳定的单发烧蚀量。为研究试样在热和化学作用下的烧蚀过程、揭示身管内膛烧蚀机理,提出了烧蚀速率模型,采用有限元分析软件ABAQUS仿真分析了试样在热和化学作用下的烧蚀过程。结果表明,试样受到高温火药燃气冲刷在表面产生强烈的热对流作用,倒角处存在热集中进而使倒角处产生强烈的热烧蚀。根据理论分析和仿真结果得出,在多发射击后未表面处理试样倒角逐渐变圆滑、镀铬试样在阳线棱边圆角处容易脱落,与试验装置和实际火炮内膛烧蚀现象一致。     

火炮身管阳线损伤机理分析

某大口径火炮实弹射击中,身管阳线起始段出现双侧棱边断裂损伤,为揭示阳线损伤故障原因,进而采取措施避免损伤复发,基于动态非线性有限元方法,建立了弹丸身管耦合系统非线性有限元分析模型,综合考虑了弹丸装填不到位、初始装填角、非均匀摩擦、弹炮间隙多因素对弹丸身管耦合系统动力响应的影响。在此基础上,研究了弹丸装填不到位造成的冲击加载对身管材料动态性能的效应。结果表明,弹丸挤进过程在阳线起始段引起的等效应力已接近身管材料动态屈服极限,同时,弹丸装填不到位使弹带与身管撞击力提高约3.7倍、身管材料动态断裂韧性降低35.6%,最终导致阳线起始段局部双侧棱边的断裂损伤。验证试验复现了阳线损伤现象,确认了阳线损伤机理理论分析的正确性。     

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。     

火炮身管质量评估方法探讨

火炮身管质量评估方法应具有科学性、适用性和可操作性的基本要求,目前使用的各种火炮身管质量状况评估方法均存在缺陷。火炮内膛定点径向磨损量法能够准确的表征火炮全寿命过程弹道诸元和寿命诸元,但在实际使用过程中存在测量误差大的问题。从火炮身管内膛定点径向磨损量法的原理入手,分析了引起火炮身管寿命终止的内膛参数的变化规律,结合火炮内膛测量方式的特点,用测量阳线坡膛段斜率的方式代替测量定点径向磨损量。通过对火炮内膛定点径向磨损量法加以改进后,提出了一种更加准确和便于应用的身管质量状况评估方法,即阳线坡膛段锥度法。该方法应用在部分火炮上效果良好。     

用内膛表面温度评估缓蚀添加剂的作用效果

提出一种利用火炮内膛表面温度评估缓蚀添加剂作用效果的研究方法。首先设计专用测温传感器,测量距身管内膛表面一定厚度处的温度变化,再通过身管内膛传热规律外推得到内表面温度。利用本方法,在14.5mm弹道枪上进行了一种新型缓蚀添加剂材料的筛选和配方试验研究,采用膛壁峰值温度评估缓蚀添加剂的作用效果。最终确定的新型缓蚀添加剂被用于采用高能、高爆温硝胺发射药的105mm穿甲弹中,降烧蚀效果良好。     

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.     

线膛炮身管内表面光整加工的方案研究

火炮身管珩磨中存在着阴线表面及阳线棱边加工不到的问题,在对火炮射击精度要求越来越高的今天,采用新方法对火炮身管进行精密加工变得越来越迫切。通过分析身管内表面对射击过程的影响后,提出了3种精密加工的方法,分别是强制螺旋流法、高压水射环流法、磁流变液法。设计了相应的实施机构,并分析了加工的原理、材料去除的机理。这些具体的实施身管内表面光整加工的方案可为火炮制造提供参考。     

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.     

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。     

基于流固耦合的某摆膛炮膛管间隙研究

针对摆膛炮在一定射弹量后卡膛无法正常供弹的问题,为确定某摆膛炮摆膛和身管之间的合理间隙,通过温度场理论计算得到结构模型初始参数; 利用流固耦合和动网格仿真模拟弹丸发射及装弹过程中该发射装置身管、摆膛传热过程; 采用有限元热-应力模块研究该炮在五连发的高温高压下摆膛和身管间隙位置的形变位移。利用该方法,在该火炮连续发射5发的条件下,获得了摆膛和身管关键位置的温度变化情况; 采用热-应力有限元计算得到了膛管形变位移,确定了两者间隙的合理范围。     

基于PSD 的火炮身管膛线精度测量数据补偿方法

针对火炮身管内部膛线测量技术及自动检测问题,提出一种精度测量数据补偿方法。搭建火炮内膛检测 机器人测量系统。采用激光测距仪对火炮身管阴阳线内径进行测量,使用PSD 激光位置传感器对火炮身管轴线与测 量系统轴线的偏心距离进行测量,分析检测误差产生的原因,推导基于矢量三角法的测量数据精度补偿算法和误差 补偿计算公式,通过补偿前后数据的对比分析,结果表明：该测量补偿方法是有效的,能够解决火炮内膛轴线与机 器人旋转中心不重合产生误差的问题。     

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。     

自行火炮身管温度响应试验及数值模拟

建立了核心流为两相流的传热模型，对155mm自行火炮单发射击条件下，身管温度响应进行了数值模拟。计算中采用了径向距离变换函数加密网格的方法。与实验结果比较表明，所建立的模型能够较好地模拟膛壁表面的温度响应问题，所使用的网格加密方法可以有效地提高收敛速度，改善计算精度。     

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。     

某机枪枪管內膛损伤特征

为了探明某机枪枪管损伤特征,分析其失效机制,开展了寿命射击试验。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、内窥镜和量规对枪管内膛表面进行观察和测量。结果表明,从枪尾至枪口Cr层主要损伤方式为由剥落向磨损转变,根据这个特征,寿终枪管沿轴向可分为剥落区、过渡区和磨损区。从剥落区至磨损区,膛线起始损伤从阴线逐渐向阳线转变。剥落区和磨损区的损伤速率均较高,而过渡区的损伤速率相对缓慢。在剥落区,射弹量为全寿命的27%时阴线出现大块Cr层掉落,射弹量为全寿命的55%时Cr层已完全剥落。在磨损区,射弹量为全寿命的7%时阳线导转侧已发生明显磨损,射弹量为全寿命的7%增至14%时内径从12.69 mm升至12.75 mm.     

小口径步枪枪管在连续单发射击下热效应特性

为分析小口径步枪枪管在热载荷和周边零件作用下热效应对枪管性能的影响,开展枪管表面有无周边零件对枪管温度场和热变形场差异研究.基于初始条件和热边界条件,在有限元分析软件ANSYS中建立高温火药气体热作用下三维枪管及周边零件的热-结构耦合模型.将热电偶固定在枪管表面,并对枪管表面10个位置进行温度测量,实验结果与仿真结果基...     

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;     

磨料水射流光整身管表面方法

为了满足枪械对枪管内表面高质量的要求,提高射击精度,提出了一种磨料水射流光滑身管表面的方法。首先针对身管膛线的螺旋特性,结合磨料水射流加工方式,对磨料水射流光整身管加工装置的结构进行设计。进而建立磨料水射流切割数学模型,并利用Fluent流体仿真软件进行磨料水射流加工过程的数值分析与计算,研究结果表明：磨料水射流光滑身管表面加工方法是可行的,对于磨料水射流光整身管内表面加工方式进一步发展具有一定的指导意义。     

烧蚀磨损对某大口径自行加榴炮动态响应的影响

为提高大口径自行加榴炮身管寿命和射击精度等总体关键性能指标,以反后坐装置全对称布置且混合膛线的某大口径自行加榴炮为例,研究了火炮身管烧蚀磨损对火炮动态响应的影响.在对内膛测径数据分析的基础上提出了烧蚀身管建模方法.建立了不同烧蚀状态身管有限元模型,在此基础上进行了数值仿真,得到了膛内时期火炮的动态响应,以及膛内时期弹丸...