射击规范与枪械寿命相关性技术分析

为确保现行枪械定型试验射击规范的技术可行性,从机枪枪管寿终机理分析入手,对枪管铬层开裂的原因及热作用与铬层开裂的相关性进行分析。通过大量试验研究,得出射击规范与枪管温度的相关性关系。通过冷却介质对枪管铬层的热冲击破坏作用的分析及模拟试验,确定了热枪管投水冷却的合理时机即枪管内膛温度上限值。给出了不同机枪射后至水冷前的空冷时间下限值。为枪械定型试验射击规范的制定提供了理论依据。     

枪管内膛损伤对弹头外弹道过程的影响研究

为研究枪管内膛损伤对弹头气动特性及外弹道过程的影响,基于系统的12.7 mm机枪枪管寿命试验获得的内膛损伤规律,建立了损伤枪管的有限元模型并获得了枪管在4个寿命阶段所发射弹头的表面形貌状态.采用基于剪应力输运（SST）k-ω湍流模型的计算流体力学（CFD）方法对不同表面形貌的高速旋转弹头的气动参数进行了数值计算.采用均匀设计方法安排随机因素影响下的弹头内弹道计算过程,获得了各阶段弹头膛口扰动随机响应状态.建立了弹头6自由度刚体外弹道模型,结合弹头的气动参数和膛口扰动状态对弹头外弹道过程进行编程求解,获得了100 m处各寿命阶段枪管所发射弹头的散布圆半径和椭圆弹孔率,最终计算结果与试验数据吻合较好.计算结果表明:弹头初始扰动在枪管寿命末期的迅速增大,以及大攻角下弹头所受气动力压力中心的前移和马格努斯力矩的增大等,是造成枪管寿命末期弹头飞行稳定性降低及枪管迅速寿终的主要原因.      

基体材料高温强度对枪管寿命的影响研究

根据界面剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,建立了基于枪管镀层—基体界面剪切疲劳损伤累积的枪管寿命预测模型.以某小口径步枪枪管为研究对象,计算了一个冷却周期射击过程中的枪管界面剪切应力,预测了3种不同基体材料枪管的寿命,研究了基体材料高温强度对枪管寿命的影响.研究结果表明,基体材料高温强度是影响枪管寿命的至关重要因素.温度升高引起的界面抗拉强度下降,是导致镀层产生界面破坏以及枪管寿终的重要诱因.增加材料常温强度对提高枪管寿命意义不大,而增加高温强度则可以显著提升枪管寿命.寿命试验结果验证了本文所建寿命预测模型的可用性及预测结果的正确性.      

镀层材料热及力学特性对枪管寿命的影响

为研究枪管镀层材料性能对枪管寿命的影响,综合运用身管镀层剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,提出了基于镀层界面剪切疲劳损伤的枪管寿命预测模型.以某小口径步枪为研究对象,基于有限差分法,对内膛涂镀铬、钽和氮化硅三种不同材料的枪管在10连发射击过程中的温度场分布、镀层内应力分布以及枪管寿命进行了数值计算,研究了镀层材料的热及力学特性对枪管寿命的影响.研究结果表明,镀层的热扩散系数、影响因子η及断裂长厚比是影响枪管寿命的几个关键性能,其中断裂长厚比对界面切应力和枪管寿命的影响最大,拥有较大断裂长厚比的镀层可以在射击过程中显著降低界面切应力,进而提高枪管寿命.      

激光处理不镀铬枪炮管提高抗烧蚀寿命的研究

用连续ＣＯ２激光束处理了１２．７ｍｍ烧蚀试验枪衬管，经实弹射击考核其抗烧蚀寿命比未经处理的枪管提高４０％以上。借助扫描电镜（ＳＥＭ）对射击后的枪管进行了解剖对比分析；结果表明：激光相变硬化层显著提高了膛面抗热－机械疲劳裂纹的扩展能力，其原因是裂纹前端形成了超载塑性区阻滞了裂纹的扩展。     

新型高温润滑自修复缓蚀剂的设计及其缓蚀性能

针对现有缓蚀剂对身管武器内膛铬层裂纹修复中存在的问题,设计了一种复合型缓蚀剂MoS₂/(B-Si)+Mg(OH)₂(MBSM)。该缓蚀剂的高温润滑相MoS₂可阻止初级裂纹的产生,高温液相B-Si可对初级裂纹进行有效填充达到自修复效果。烧蚀实验结果表明：在MBSM缓蚀剂添加质量分数为0.5%时可以降低10%的烧失量,具有明显的缓蚀效果。MBSM缓蚀剂对微米级裂纹和孔洞的修复效果明显,有望用于身管武器烧蚀裂纹的修复。     

延长火炮身管寿命之分析

分析了影响炮膛烧蚀磨损的主要因素,指出合理选择火药种类、加入缓蚀剂、进行内膛表面处理以及采用复合材料身管都能有效提高身管的寿命。     

基于纳米材料改性发射药的身管延寿技术研究

提出了一种通过在发射药中添加纳米复合材料来延长武器身管使用寿命的方法.该方法是将一种纳米复合材料添加到发射药中,通过改善发射药的性能,使发射药的抗烧蚀性和燃烧完全性提高,降低枪管温升,从而达到提高身管使用寿命的目的.以某型号小口径自动武器为对象,进行了身管常温寿命实验.结果表明,该技术可有效延长身管的使用寿命.通过对寿后枪管检测分析表明,在发射药中添加纳米复合材料显著降低了身管的烧蚀.     

20钢渗氮表面500℃盐浴渗铬层微观组织结构研究

20钢经离子渗氮后在500℃下进行盐浴渗铬,采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及高分辨透射电镜研究渗铬层的组织结构,并选取1 h,5 h和12 h不同渗铬保温时间的样品来探讨渗铬时间对渗铬层的组织结构的影响.结果表明,在500℃下盐浴渗铬能获得铬的化合物层,其表面相主要为CrN,β-(Cr,Fe)2(N,C)1-x相,且随着渗铬时间的延长β相增多且出现Cr7C3相.在500℃下粒径复合盐浴渗铬12 h得到的化合物层晶粒细小并存在纳米晶.化合物层中CrN晶粒较完美可长大至几百个纳米,而Cr7C3相晶粒内出现许多孪晶或层错.     

承受热冲击的大口径机枪枪管的热效应分析

根据热弹性理论,考虑枪管承受对流、传导和热辐射的情况,使用有限元法,计算了带有Cr镀层的某大口径机枪枪管在单个和连续热冲击下的瞬态温度及瞬态热应力,分析了其沿轴向和径向的分布规律,并评价了热冲击对于强度的影响,计算结果得到了实验数据的验证.研究表明:(1)热冲击具有明显的薄层效应;(2)热冲击引起的内膛表面温度响应和VonMises应力响应呈脉冲状;(3)热负荷产生的热应力明显高于膛压产生的应力.     

火炮身管寿命预测问题的研究

该文根据火炮膛内烧蚀机理，提出了预测身寿命的过程和方法，首先按该心流为两相流，边界层为湍流的模式建立了预测壁温的腔内流动数学模型，对一定火炮进行了数值模拟，其次按膛壁烧蚀量与壁温成指数关系的经验公式计算烧蚀量。最后按烧蚀量计算弹丸初速下降量，再由初速下降百分量来预估身管寿命。     

改进弹道性能的发射药表面处理

该文提出了改进发射药装药弹道性能的发射药表面处理新方法。采用了不向发射药基体迁移的无机阻燃材料，对５／７高单发射药进行了表面处理。整个阻燃层厚度和阻燃剂浓度可以依据理论加以调节以满足各种特殊的需要，并且阻燃层中阻燃剂浓度按由最外层向内层逐渐减小方式设计。为了观察其对弹道性能的改进，进行了密闭爆发器实验，某航炮射击实验结果证明，此方法对弹道性能有很好的改进作用。     

火炮寿命评估方法试验研究

为了研究磨损烧蚀火炮寿命 ,该文通过对以往火炮寿命评估方法进行分析 ,提出一种通过测量火炮内膛磨损烧蚀的新方法 ,判定火炮的弹道性能和所发射的弹数以及火炮寿命终止时的寿命发数。针对某些火炮 ,给出具体计算的经验公式 ,并通过一些试验数据对所建立的公式进行了验证 ,从而证明了采用测量火炮内膛的磨损烧蚀的方法来预测火炮寿命是可行的     

转管武器射控装置研究

转管武器射速极高,连续射击不仅会过快消耗有限的备弹量,同时会严重降低身管寿命。针对这一问题,本文以内能源23mm转管航炮为依据,分析了现有转管航炮供进弹部分的工作原理,设计了一种控制射击发数的射控装置。射控装置以电磁离合器为核心,运用光电计数器与单片机AT89C51来完成计数和整体控制的任务。利用Pro/E软件对所设计的离合机构进行三维实体建模、整体装配和机构运动仿真。通过对机构动作的仿真模拟,证明结构运动可行。     

膛内边界层计算的一种方法

该文采用了管内边界层流动的二维模型,研究了火炮身管内边界层流动和传热的数值计算。并且把身管内气流对壁面传热和管内热传导的解结合起来求解,以提供膛内传热分析中重要的壁温值和对流传热值,数值计算结果与文献报导较一致。     

不同环境温度下典型身管用钢磨损性能研究

通过摩擦磨损、高温硬度及相应的分析试验研究了典型身管用钢32Cr2MoVA、30SiMn2MoVA在室温、200、400以及600℃下的摩擦磨损行为与规律.结果表明:两种材料的摩擦系数在各个温度区间内的区别不大,主要受摩擦氧化物产生与否影响.32Cr2MoVA的磨损率随着温度的提高先降低再提高之后又下降,30SiMn2MoVA的磨损率随着温度的上升而先降低,然后逐渐升高,600℃达到最高.温度、身管钢在高温下的硬度和磨盘材料与滑动销的高温硬度差(Hd--Hp)共同影响磨损表面氧化物层的最终形态.室温至200℃时,身管钢磨损行为主要受表面氧化物层的影响.室温下两种身管钢磨损机理均为黏着磨损及磨粒磨损,200℃时均为氧化轻微磨损.环境温度达到400℃以上时,身管钢以及磨盘材料的基体硬度开始影响磨损行为.400℃时两种身管钢磨损机理均为氧化严重磨损.600℃时,32Cr2MoVA的Hd--Hp减小,磨损表面出现了厚度很大、致密的氧化物层,磨损机理为氧化轻微磨损;而30SiMn2MoVA的Hd--Hp显著增大,试样发生了明显的塑性挤出,为塑性挤出磨损.     

苎麻纯落麻转杯纺假捻盘磨损研究

本文通过转杯纺在运转条件下加工苎麻纯精梳落麻的磨损试验方法,对表面镀铬及渗硼假捻盘进行了磨损试验。通过观测各假捻盘磨损前后的体积变化以及表面形貌扫描电镜照片,分析了各假捻盘的磨损机理,得出渗硼假捻盘耐磨性优于镀硬铬假捻盘的结论,建议在生产实践过程中对渗硼假捻盘进一步考察应用。     

一种新型微机械红外热探测器的吸收层

在对新型微机械悬臂梁红外热探测器进行理论建模的基础上,研究了一种适合于此种红外热探测器的吸热层材料——碳纳米管.利用碳纳米管的红外吸收特性,在微机械悬臂梁上生长碳纳米管薄膜作为吸热层,提高了微机械悬臂梁红外探测器的红外吸收能力.研究结果表明,选用碳纳米管薄膜作为微机械悬臂梁红外热探测器的吸热层比选用传统的红外吸收层材料探测分辨率提高了10%,这种基于微电子机械系统技术的传感器与集成电路工艺是兼容的,成本低廉且适合批量生产.     

钢/铁双金属复合材料的离心铸造工艺及界面控制

利用复合离心铸造工艺制备了碳钢／高铬铸铁双金属复合材料钻井泵缸套，确定了复合离心铸造的工艺参数，设计了阶梯升温的热处理工艺，并对内套材料的组织和性能进行了测试．研究表明：所设计的17CrMoCu高铬铸铁内套材料的耐磨性明显优于原工艺所用的18Cr高铬铸铁；选择合理的参数（铸型转速、金属液浇注温度、2种金属液浇注时间间隔）以及加入防氧化剂，可使碳钢与17CrMoCu达到牢固的冶金结合，且内、外套之间没有出现裂纹、气孔、夹杂等缺陷；采用阶梯升温的热处理工艺，可以避免双金属缸套在热处理时出现裂纹等缺陷．