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。     

身管熔化烧蚀的预测数学模型

熔化烧蚀是火炮身管内膛烧蚀的机理之一。文中由身管寿命判别条件Δdmax建立了身管熔化烧蚀预测计算模型，从原理上对各种延缓烧蚀速度、提高身管寿命的措施，如采用内膛镀铬、使用冷火药和护膛剂等进行了阐述；同时基于该模型指出采用身管主动冷却技术是延长火炮身管寿命最有效的措施之一。     

身管与弹丸的熔融磨损模型与研究

针对身管的烧蚀磨损会制约武器的进一步发展的问题,提出一种身管与弹丸的熔融磨损的计算方法。通过分析管与弹丸发生熔融磨损过程,将摩擦学和流体力学相关理论运用到身管与弹丸的高温、高速摩擦作用中,建立了身管与弹丸的熔融磨损模型,推导出了熔融润滑状态下的熔化液熔化速度、熔化液厚度及摩擦系数的计算公式,并以某加农炮为例对所建模型进行理论计算与分析。计算结果表明：该方法较好地符合了现有的摩擦学理论,为深入研究身管武器的烧蚀磨损机理提供了理论基础。     

速射武器身管一维径向传热的数值分析

该文根据射击过程中膛内火药气体温度场的瞬态脉冲特性,给出了膛内火药气体平均温度的变化规律;用能量平衡法导出了含有复合材料的一维轴对称瞬态传热的有限差分方程,并进行了大量的计算,得出了射弹数、射击频率、身管材料导热性能等因素对身管温度场的影响规律.这对从事速射武器身管的烧蚀问题研究以及弹药抗自燃问题,有一定的参考价值.     

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.     

穿甲弹异物阻滞膛炸机理数值仿真分析

以某穿甲弹近炮口处膛炸故障为背景,针对膛内存在异物时弹体和身管动态响应进行数值仿真,探讨膛炸机理并为故障分析与归零提供依据和参考。设定了两种典型异物阻滞形式：一是 异物阻滞造成弹体速度急剧下降或卡膛;二是弹体直接高速冲击膛内沙土类异物。采用有限元分析AUTODYN软件进行了多种不同工况数值计算,得到了弹体速度急剧下降时弹底燃气流场压力特征、身管变形与破裂形态,以及弹体高速冲击沙土类异物时结构动态响应、身管变形与破裂形态。研究结果表明：弹体膛内突然受阻和速度急剧下降,导致底部燃气中形成激波和局部高压区,局部高压区的存在可造成膛炸;弹体膛内近炮口处高速冲击沙土,身管受到复杂的强动载荷作用并可造成膛炸;数值仿真结果与实际故障情况相吻合并得到了故障复现试验的验证。     

基于导热反问题的身管传热计算

确定发射时输入内膛壁的热流密度对研究烧蚀磨损以及身管的热力学特性等问题至关重要。传统计算方法仅考虑了火药燃气以强迫对流方式与内膛壁面的对流换热。本文分析了输入内膛壁 的各项热流密度,运用导热反问题的研究方法计算了内膛输入热流密度,在此基础上,以其作为边界条 件,用有限元分析方法计算了温度分布,与巳知测试结果比较基本一致。文中还对持续射击条件下身管 径向温度分布特点进行了分析,指出采用身管主动冷却技术是控制持续射击过程中初始温度和峰值温 度的重要途径。     

大口径机枪枪管内膛烧蚀行为与微观机理

为进一步探究枪炮身管内膛烧蚀机理,采用扫描电子显微镜、透射电镜等方法对比分析了现用大口径枪钢30SiMn2MoV与新型长寿命枪钢MPS700V内膛烧蚀形貌与微观组织特征,在此基础上,通过促进点燃试验对比了两种枪钢烧蚀行为,揭示了枪管内膛烧蚀的组织演化规律与微观机理。寿终内膛组织分析表明,两种枪管烧蚀裂纹尖端同时形成三个区域,分别为硫化物区、氧化物区和基体区,其中氧化物区中发现熔化非晶氧化物,MPS700V的氧化物区和硫化物区厚度均小于30SiMn2MoV。烧蚀模拟实验结果表明：直径为1～10 mm的MPS700V试样的烧蚀临界压力比相同尺寸下的30SiMn2MoV试样高30%以上;直径3.2 mm镀铬MPS700V试样的烧蚀临界压力比相同尺寸的镀铬30SiMn2MoV高39%以上;新型长寿命枪钢MPS700V的抗烧蚀性能优于现用枪钢30SiMn2MoV。烧蚀试样组织分析表明,与寿终内膛烧蚀组织相似,两种枪钢在模拟烧蚀后均形成氧化物与树枝晶。通过对比寿终枪管内膛与促进点燃下烧蚀的热力学、动力学及组织特征,提出枪管内膛烧蚀由高温高压火药燃气下内膛表面微区发生金属燃烧导致,并建立了相应的演化...     

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。     

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...