美军对弹丸与炮管相互作用的研究概况

弹丸(主要是弹带)与炮管膛面的相互作用是引起炮管磨损烧蚀的重要原因之一。因此,国外在研究炮管磨损烧蚀的热、机械和化学过程时,也对弹丸与炮管膛面相互作用的机理作了不少研究工作,以便减小弹带的嵌入压力和弹带材料与膛面的相互作用。本文简要叙述美国的一些研究情况,包括弹带的摩擦和磨损特性,炮口磨损的特点与机理,黄铜(90％     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

火炮身管疲劳断裂试验和数值模拟研究

烧蚀磨损和疲劳是影响火炮身管寿命的主要因素,前者使内膛表面产生了随机的烧蚀坑或微裂纹,形成了大量的应力集中区,在疲劳作用下,微裂纹沿身管径向由内向外扩展形成宏观裂纹,一旦其深度达到临界值,继续发射则可能导致身管断裂。针对身管疲劳断裂问题,根据火炮发射过程中载荷作用特点,自主设计了液压冲击疲劳试验装置,在实验室条件下再现了身管服役条件下的疲劳断裂现象。试验结果表明：冲击载荷作用下,身管疲劳断口包括裂纹源、扩展区和瞬断区3个部分,扩展区呈现典型的“海滩条纹”特征;身管外壁面周向应变的演化规律与裂纹的扩展速率变化规律之间存在内在的映射关系,从而可为身管健康监测、发射安全性评估提供新的技术手段。数值模拟采用J-C方程描述炮钢材料的动态本构关系,将材料的应变率效应纳入仿真计算过程中,模拟结果与试验结果之间具有较好的一致性。     

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。     

国外大口径火炮炮管防烧蝕技术的研究动向

目前国外大口径火炮炮管都用镀硬铬防烧蚀,但这种普通电镀硬铬层质脆,收缩性大,有许多微裂纹,在发射一定数量炮弹后,铬层往往成片剥落。所以,大口径火炮炮管的磨损烧蚀寿命都不高。例如在美国,发射装M490高温发射药(无防烧蚀添加剂)的炮弹时,内膛     

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。     

炮管烧蚀膛面的俄歇电子能谱及X射线光电子能谱的研究

<正> 一、前言 炮管烧蚀是十分复杂的物理和化学现象。它包括火药气体及弹体对膛面热的(组织变化、残余应力消除、表面熔化及消融)、机械的(冲刷、磨损、疲劳)、化学的(氧化、渗碳、脱碳、氮化、硫化及扩散合金化)交互作用。 烧蚀是影响炮管寿命的一个重要原因。为了研究对策,需要弄清炮管的烧蚀原因,影响烧蚀的因素。通过分析膛面在烧蚀过程中所发生的变化,分析表面的化学组成,来     

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。     

“金属风暴”武器的耦合膛压测试弹设计

为了获得“金属风暴”武器发射过程中的耦合内弹道参数,以达到武器系统优化改进目的,设计测试“金属风暴”武器相邻弹丸之间耦合膛压的测试弹。针对30 mm小口径武器弹上空间有限、耦合膛压导致弹丸同时受弹底压力、弹前压力,力学特性复杂的问题,设计了测试弹的机械结构,将薄膜压电传感器、加速度传感器、信号采集调理、信息处理和存储、通信传输、电池等电路系统集成一体,制成了耦合膛压测试弹; 为了提高耦合膛压的测量准确性,利用加速度测试结果对薄膜传感器压力测量结果中的惯性力进行了修正。利用“金属风暴”武器开展了射击试验,检验了耦合膛压测试弹的性能。试验结果表明:耦合膛压测试弹的机械强度满足发射及回收要求,测试弹机械结构可以保护薄膜传感器不被火药气体烧蚀,经过加速度传感器修正处理可以得到弹丸发射期间的弹底压力与弹前压力,耦合膛压测试弹能够获得“金属风暴”武器的耦合内弹道参数。     

炮管内膛烧蚀层的研究

<正> 据英“磨损”(Wear)杂志1991年第142卷第1期报导,以色列金属研究所与以色列技术研究所等单位对火炮内膛表面烧蚀白层的显微组织进行了研究。研究中采用了两支AISI4340钢制成的105mm火炮身管。其中一支发射1650发,另一支发射了500发,     

基于遗传算法的BP神经网络火炮 身管烧蚀磨损量预测

火炮身管的烧蚀磨损是由于发射时弹丸与身管之间热、化学和机械综合作用的结果,内部作用机制复杂,目前,还难以通过准确的数学模型计算火炮身管烧蚀磨损量。针对这种情况,以某型坦克炮为例,测量记录了火炮身管磨损量和不同弹种射弹数目,探究了身管烧蚀磨损的一般规律。以不同弹种射弹数目作为输入,身管磨损量作为输出,引入遗传算法,建立了基于遗传算法的BP神经网络火炮身管烧蚀磨损量预测模型,并结合实测数据对模型进行了检验。结果表明:该模型更能反映火炮身管在全寿命周期内烧蚀磨损的实际状况,可为身管寿命估算和装备维护保障提供参考依据和相关支撑。     

《火炮发射技术》即将出版

由路德维格·施蒂弗尔主编的《火炮发射技术》(美国《航空与宇航发展》丛书第109卷)一书,已由杨葆新等同志译成中文,由兵器工业出版社出版。该书内容包括火炮点火系统、弹丸设计、膛口现象、火炮测试诊断、身管烧蚀与磨损、发射药热动力学、液体发射药火炮、随行     

火炮身管缓蚀剂技术研究进展

身管烧蚀磨损是降低火炮寿命、制约火炮发展的主要因素,使用缓蚀剂是降低烧蚀的有效手段.分析了火炮身管烧蚀磨损规律及影响因素,认为微裂纹的产生与扩展是导致内膛烧蚀磨损的重要原因.综述了缓蚀剂的研究应用,包括聚氨酯、石蜡、二氧化钛、滑石粉及这些材料的组合应用和使用纳米材料添加剂等.对缓蚀剂存在的问题及发展趋势进行了评述.     

速射武器身管内表面涂覆技术

<正> 小口径速射武器在发射过程中,由于火药爆炸气体及高速运动弹丸的作用,使枪膛(或炮膛下同)表面产生严重的烧蚀、冲刷及磨损,从而引起武器的失效。 实践表明,除去正确选用身管材料,合理确定冷、热加工工艺之外,采用表面防护方法,在枪膛表面上,涂覆一层耐磨、耐蚀涂层,是提高武器使用寿命的一条重要途     

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。     

水下发射对机枪膛口温度场影响的数值分析

为了解不同发射环境下机枪的膛口温度场分布特性,对12.7 mm机枪在空气和水中射击所形成的膛口温度场进行了数值模拟和对比分析。数值计算借助Fluent软件,并利用User Defined Function(UDF)和动网格技术。计算结果表明,机枪水下密封式发射时,弹丸出枪口就开始减速,火药燃气在弹后减速、聚集而温度升高,使得燃气初始喷射温度达到2653 K,比空气中发射时(2236 K)高417 K。受弹丸运动和气液界面的共同影响,在弹丸出膛70μs时形成马赫盘,而空气中发射时弹丸出膛200μs才初步形成马赫盘。与空气中发射相比,水下发射时形成的激波核心区较小,但核心区温度更高;其中压缩波中最高温度接近3200 K,比空气中发射时相应区域约高1500 K。通过拟合水下密封式发射时膛口形成的马赫盘位置随时间变化曲线,发现其位置与时间在弹丸出膛200μs内满足指数变化规律。