高温引起的弹头壳铜被甲材料性能变化对弹头膛内运动影响

为了研究高温下铜被甲弹头在膛内运动状况,通过高温拉伸试验得到枪管材料和弹头壳铜被甲材料的力学性能参数,建立了铜被甲弹头在全枪管中的挤进运动有限元模型。该模型考虑了枪管在重力作用下的预弯曲以及铜被甲材料在不同温度时的力学性能。通过数值模拟研究了弹头挤进过程以及弹头在膛内运动姿态,分析了铜被甲弹头在不同温度下的挤进阻力、材料流动及变形。计算结果表明,温度越高,弹头在膛内变形越大,前进阻力也越大,弹头头部铜被甲弯曲程度越厉害;对弹头运动姿态进行分析后发现,温度越高,弹头在膛内摆动角越大,说明了热枪状态下铜被甲弹头的射击精度会下降,射弹散布变大。     

膛口装置对双联自动机弹丸飞行姿态影响研究

为研究双自动机并联发射时膛口气流对弹丸出膛口后飞行姿态的影响,设计了新型炮口装置.对某双自动机并联发射时膛口流场进行数值模拟,结合膛口流场模拟结果分析了带炮口装置前后膛口流场对弹丸出膛口后运动姿态的影响.未装炮口装置时因膛口流场影响弹丸产生的偏移速度为2.586 m/s,安装新型炮口装置后弹丸偏移速度为1.564 m/s.新膛口装置可显著减小膛口气流对弹丸出膛口后运动姿态的影响,有利于提高武器系统的射击精度.     

小口径步枪弹头后效期运动特性试验与数值研究

开展弹头在膛口流场运动特性的研究,在准确理解膛口气流对弹头作用以及提高武器射击精度方面都具有重要意义。以某发5.8 mm口径步枪弹为例,提出了结合高速摄影与阴影照相法,对弹头在膛口流场运动特性进行了试验研究。以试验测试膛压数据为依据,运用耦合内弹道的计算流体力学方法研究弹头在膛口流场中的受力和运动规律。试验结果表明,采用所设计的试验方案可以捕捉到后效期清晰的流场变化和弹头运动。数值计算研究发现：弹头在膛口流场中的运动并非全程加速,冠状气团和火药核心射流的作用是弹头速度变化的主要原因;在轴向力转变时刻,弹头底部仍存在弹底激波。     

材料热物特性对热身管中弹丸运动状况的影响研究

为了进一步了解热枪散布异常机理,在基于身管温度场研究的基础上,建立了考虑材料热物特性的热枪弹丸膛内运动分析有限元模型。以热分析的身管温度场数据作为边界条件,通过显式动力学分析,获得了材料热物特性影响下的弹丸膛内运动状态。对比实验数据,验证了该弹/枪耦合模型的正确性。研究表明:随着身管温度升高,身管热膨胀特性在膛口位置增加了弹丸质心位移及膛内摆角,但减小了弹丸质心侧向速度;身管热弹性在膛口位置增加了弹丸摆角,降低了弹丸质心速度;被甲热塑性增加了膛口弹丸质心侧向位移、膛内综合摆角,降低了弹丸质心侧向速度。研究结果将为进一步研究热散机理,提高射击精度提供一定的帮助。     

喷管气流反推技术在改善机枪射击精度中的应用

为了改善机枪系统射击精度,将喷管气流反推技术应用于某12.7 mm重机枪系统,在枪管不同位置设计喷管,并设计了3种喷管工作方案进行比较。根据相关实验数据,建立了准确的机枪系统刚柔耦合动力学模型并进行计算,获得了弹头出膛口瞬时膛口响应。根据外弹道理论,对射击距离100 m弹头散布进行计算,对比了不同喷管作用形式对机枪系统射击精度的改善情况。研究结果表明：喷管以力矩形式作用于枪管时,弹头出膛口瞬时高低方向位移、射角、速度扰动波动小,射向一致性高,对应的散布圆半径R₅₀改善72.3%左右,可有效改善机枪系统射击精度。     

小口径步枪热散现象研究

为了寻找小口径步枪因枪管温度过高而使射击精度下降的原因,对两种不同被甲材料枪弹进行了热散精度试验。试验测量了冷热枪状态下平均弹着点偏差、射弹散布及弹丸初速,温升试验枪管外壁温度的变化及试验结束后内膛表面形貌、尺寸的变化。通过试验得到了某步枪射击两种枪弹精度差异的原因为:射击铜被甲弹枪管温度变化较剧烈,其内膛尺寸的差异较大,且伴随明显的"挂铜"现象,导致热枪状态下射击铜被甲弹的精度较射击覆铜钢被甲弹下降明显。而覆铜钢被甲弹对枪管内膛磨损更严重,因此可以推断随着射弹数增加,射击覆铜钢被甲弹导致精度下降会更快,枪管寿命也更低。     

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。     

内膛损伤枪管膛口扰动参数研究

为分析枪管内膛损伤导致射击精度下降、椭圆弹孔率上升进而导致枪管寿终的问题,基于系统的某12.7 mm机枪枪管寿命试验,建立无损伤枪管、寿命中前期枪管、寿命中期枪管及寿终枪管4个寿命阶段枪管内弹道过程的弹枪热力耦合模型。采用均匀设计方法安排弹药随机因素影响下的弹头内弹道过程仿真实验,获得不同内膛损伤程度的枪管膛口扰动状态随弹药参数变化的响应值,仿真计算结果与试验数据吻合较好。利用基于3次B样 条曲线的偏最小二乘回归建模方法对传统均匀设计响应面法进行改进,获得以弹药参数为自变量的弹头膛口扰动响应面方程及枪管在不同寿命阶段时弹药随机因素对弹头出膛时初始扰动状态的影响规律。仿真实验及数据分析结果表明：各弹药参数对不同寿命阶段的枪管膛口扰动量贡献度均不相同;为降低寿命末期枪管的弹头膛口扰动,应尽量减少弹头的质量偏心,在合理范围内适当减少弹头壳初始屈服应力,并取适中的弹头壳圆柱部直径和装药量。     

弹道枪水下全淹没式发射膛口流场演化特性的数值模拟研究

为了解弹道枪水下全淹没式发射膛口流场的演化特性,搭建水下射击实验平台,运用直接摄影法捕捉其膛口流场演变的全过程。实验发现：在弹头出膛前,弹前水柱已经在膛口空化产生水蒸汽;弹头出膛后,膛内燃气流出并与水蒸汽掺混,将弹头包裹;弹头远离膛口后,燃气射流继续膨胀,头部呈锥形;弹头表面不断空化产生水蒸汽,形成超空泡,同时在弹头尾部会留下细长的气柱。在实验基础上建立二维多相流模型,采用流体体积函数多相流模型和标准k-ε湍流模型,结合动网格及用户自定义函数技术,对实验工况进行数值模拟。结果表明：弹道枪水下全淹没式发射时,高度欠膨胀的火药燃气出膛口后,形成了包含两个瓶状激波的复杂波系结构;弹头出膛后,在膛口流场区域内不断加速,随着弹头远离膛口流场区域,弹头速度不断衰减。     

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.     

大口径机枪枪管寿命趋势分析

为研究某单管高射机枪枪管寿命趋势,进行了枪管综合寿命试验和数据采集,获得了一套完整的性能衰减数据.对采集的数据进行整理,结合历年来生产验收的试验数据,分析了初速下降率、散布精度、枪管烧蚀和膛口尺寸随射弹数的变化规律及产生的原因,获得了关于该大口径机枪枪管寿命变化趋势及其影响枪管寿命因素的新认识,为该大口径机枪的验收、使用与维护规范的修改及改型设计提供了试验依据.     

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。     

基于炮口脉冲噪声信号的射速测试方法研究

根据炮口脉冲噪声与发射弹序相一致的特性,提出了从脉冲噪声测试曲线中提取弹丸发射速度的非接触式测试方法。通过采用小波分解对火炮脉冲噪声测试曲线进行分析,自动识别弹序和计算射击速度;通过仿真3 种典型单发炮口脉冲噪声信号,分析了测试最大射速及其影响因素;对某自动步枪射击实验进行了分析,研究了测试位置对测试结果的影响。仿真和试验表明,本方法可获取火炮真实射速,测试射速能达到10 000 发/ min 以上,具有判别准确率高、操作方便等特点。     

Thermo-Mechanical Analysis of Water-Cooled Gun Barrel During Burst Firing

The thermo-mechanical stress and deformation of water-cooled gun barrel during burst firing are studied by finite element analysis （FEA）. The problem is modeled in two steps： 1） A transient heat transfer analysis is first carried out in order to determine temperature evolution and to predict the residual temperatures during the burst firing event; 2） The thermo-mecha-nical stresses and deformation caused by both the residual temperature field and the gas pressure are then calculated. The results show that the residual temperature field tends to a steady state with the increasing of rounds. The residual temperature field has much effect on the gun barrel stress and deformation, especially on the assembly area between barrel and water jacket. The gage between the barrel and water jacket is the critical factor to the thermo- mechanical stress and deformation. The results of this analysis will be very useful to develop the new strength design theory of the liquid-cooled gun barrel.     

超高射频火炮发射过程仿真分析

针对串联预装填超高射频火炮的特点,建立了膛内火药燃气排空过程的计算模型,详细分析了后随弹丸弹前残余火药燃气的压力变化过程,并对弹前压力、弹后空间变化情况下弹丸运动规律进行计算.研究了3发弹丸以不同发射间隔序贯发射时的内弹道过程,对其规律和约束条件进行讨论,分析了发射频率对膛压和膛口速度的影响,弹前压力是影响超高射频火炮内弹道性能的关键因素,在发射间隔一定的情况下通过对超高射频火炮的调整和设计可以取得较好的内弹道性能.     

烧蚀磨损理论下多参数变化对火炮内弹道性能的影响分析

为研究火炮烧蚀磨损对内弹道性能的影响,基于烧蚀磨损理论,建立了经典内弹道模型和火炮烧蚀模型。针对某火炮的试验结果进行了数值模拟,获得的不同磨损量条件下启动压力变化规律与实测结果相吻合。在此基础上,数值分析了多参数变化对火炮内弹道性能的影响。结果表明:身管烧蚀磨损会导致弹丸速度和火炮膛压减小; 增大装药量后,随着身管磨损量增大炮口相对初速减退量减小; 增大火药力后,随着磨损加剧炮口相对初速减退量增大; 全装药条件下,射弹数达到约420发时,炮口初速相比于新炮下降了7.53%,达到身管报废标准,此时身管报废。