火炮身管延寿技术研究现状与展望

火炮身管延寿难题长期制约着其综合性能的进一步提升和作战效能的持续发挥,延长身管使用寿命成为现代化及未来战场的迫切需求。通过概括影响火炮身管寿命的主要因素,从改进发射药、身管内膛表面处理、优化弹丸和膛线设计、炮钢材料改进、磁控等离子体抗烧蚀技术等方面阐述当前用于火炮身管延寿的主要技术措施,总结相关技术的国内外研究进展,并分析国内在上述技术领域存在的短板。从明晰火炮身管内膛壁面的烧蚀磨损规律,遴选可行延寿方法并多措并举开展科研攻关以及探索并发展磁控等离子体抗烧蚀新技术等方面展望我国在火炮身管延寿领域未来的发展方向。研究成果可为发展火炮身管常规延寿技术提供思路,并为探索新型延寿技术提供启发,进而可为延长身管使用寿命、提升火炮作战效能提供参考和借鉴。     

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。     

火炮身管寿命理论预测方法

针对火炮身管寿命预测问题,对火炮身管寿命理论预测方法进行探讨.描述了身管寿命降低过程与表征,分析了疲劳寿命、烧蚀磨损寿命以及温度及燃气 3 大因素对身管寿命造成的影响,重点概括了预测身管寿命的理论方法,并逐一进行分析.分析结果表明:理论预测身管寿命方法的预测结果较为准确,对研究火炮身管寿命理论预测有一定的参考价值.     

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。     

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。     

火炮身管烧蚀磨损的灰色预测模型

为了准确地获得火炮身管烧蚀磨损量变化情况,根据火炮在发射过程中的膛内特性,分析了火炮身管的烧蚀磨损规律,利用灰色系统理论,结合灰色Verhulst模型特性,提出了一种火炮身管的烧蚀磨损量的预测模型,并在传统的灰色Verhulst模型基础上进行了预测模型的优化。通过对某型火炮身管烧蚀磨损量的数据验证及对比,证明了优化灰色Verhulst模型的准确性,为火炮在实际应用过程中的身管烧蚀磨损的准确预测及火炮身管寿命的判决提供了一种可行的求解方法。     

火炮身管内膛修复技术研究

为了延长炮管使用寿命,以金属表面摩擦自修复机理为基础,研制了一种炮管用磨损烧蚀修复材料,在100mm滑膛炮及130 mm线膛炮上进行了射击修复试验,对内膛修复效果及身管延寿效果进行了分析,证明以该种方式进行火炮身管延寿是可行的,为火炮身管延寿提供了一种新的技术途径.     

火炮身管烧蚀磨损预测模型的研究

对火炮身管烧蚀磨损量的预测，通常通过靶场试验获得，而应用数学理论建立合理模型的较少。本文采用灰色系统理论，建立了GM（1，1）预测模型，并用残差检验、关联度检验、后验差检验等方法验证了该模型的正确性。运用该模型预测的结果与试验数据吻合较好。     

国内外火炮身管延寿技术研究进展

火炮身管的烧蚀磨损一直是降低火炮寿命、制约火炮发展的一个难题。从提高身管抗烧蚀性能的角度出发,归纳总结了近几十年来国内外火炮身管延寿的各种技术：身管内膛激光热处理技术、复合身管制造技术及身管内膛涂层制备技术。并在分析火炮身管的结构特点和工作特点的基础上,确定了一种比较理想的身管延寿技术。     

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。     

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.     

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.     

基于光栅的火炮身管内径测量系统

火炮身管结构、尺寸的状况是判断身管寿命,分析射击精度的重要依据.为了准确测量火炮身管的内径,在分析光栅测量原理的基础上,分别对火炮身管内径测量系统的硬件、信号处理电路和软件进行了设计.实验结果表明,该系统的内径分辨率可达0.001 mm,内径综合测量精度≤0.005 mm.     

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。     

臂杆法火炮身管直线度测量仪总体设计

介绍了火炮身管直线度测量的一种新方法,论述了用臂杆法测量火炮身管直线度的原理,提出了为提高测量精度所采取的有效措施;精度分析表明,这种仪器在火炮身管直线度的测量中具有一定应用价值.     

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.