复杂射击规范下枪管温度场数值分析与试验研究

针对复杂射击规范下射击过程中的瞬态热冲击引发的枪管寿命问题,建立了枪管1维瞬态传热的数学模型.基于能量平衡法和交替隐式差分格式（ADI）,推导了内节点及边界点的有限差分方程,并以某5.8 mm步枪枪管为对象,在经典内弹道数值计算结果的基础上,编程求解了连续射击150发弹过程中枪管的温度场分布.最后,采用红外热像仪对枪管外壁温度进行了测试,数值仿真结果与实验结果吻合度较高,验证了所建模型及采用的算法在复杂射击规范下的有效性.      

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。     

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.      

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.      

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。     

碳/酚醛复合材料体积烧蚀行为的数值模拟

为了准确掌握碳/酚醛防热复合材料的烧蚀特性和烧蚀机理,基于质量和能量守恒、材料热分解以及物性的计算方程,应用数值模拟方法计算了碳/酚醛复合材料的热响应和体积烧蚀行为.计算结果表明:烧蚀过程中碳/酚醛复合材料具有不均匀的温度场分布,在厚度方向上最大温差达到了634 K,并且加热面上基体温度比纤维温度高出了175 K;酚醛基体的平均密度几乎呈线性衰减,40 s时平均密度降低了37.8%;烧蚀过程中酚醛基体具有较大的质量损失,40 s时质量损失了0.31 g,是20 s时的2.4倍.     

涉及身管传热的膛内流动及其计算

该文提出了一种计算火炮射击过程中燃气对身管的热散失和身管内侧壁温的方法，它是通过在膛壁边界层建立非稳质量守恒和动量守恒方程的积分式，而获昨有关动量厚度的偏微分方程；再藉助膛内存在的包含气流对身管摩擦和传热的不稳定准一维流，以及身管管壁内的径向热传导关系，运用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ有限差分格式，计算对流传热引起的膛壁内侧的温度分布和经由膛壁的热散失，并由此估算因热机理引起的身管烧蚀。该文还以某榴弹炮的     

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.     

激光烧蚀靶材分析

该文研究了激光烧蚀过程中靶材的温度分布情况、物质反冲情况和运动变形情况,给出了靶材三维温度场分布的数学计算模型,用有限元方法对模型进行了分析,求得了模型简化后的计算结果。对烧蚀过程中喷溅物质反冲引起的冲量进行了描述,并对受到等离子体冲击波作用后靶材的运动与变形情况进行了分析,所得结果揭示了激光烧蚀过程中的一些规律和现象。     

考虑沉积反应的绝热层多孔介质体烧蚀模型

基于炭化层结构是存在致密层的非均匀多孔结构这一试验现象,建立了考虑沉积反应的多孔介质体烧蚀模型。重点突出了导致致密层形成的沉积反应的计算方法,以及和氧化反应共同作用对孔隙结构的影响,和对烧蚀率的影响。对烧蚀发动机三元乙丙绝热层烧蚀试验开展了数值计算验证,烧蚀率和孔隙结构分布均吻合较好。     

热冲击下火炮身管材料径向温度演变分析

交变高温冲击条件下身管材料的径向温度变化过程直接影响到武器系统的性能发挥.以片状身管材料为研究对象,选取合适变量,采用高温热源循环加热的实验方法,通过热成像设备观测火炮身管材料径向温度的演变过程,辅以有限元温度场仿真对比验证实验结果,从而得出不同射速和不同环境温度及风速影响下身管温度场的分布规律,为分析和预测火炮身管寿...     

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.     

基于有限元的某型坦克炮身管模态分析

现代坦克炮往往通过增大膛压和加长身管来提高弹丸的初速和火炮的威力,但这些措施也使得坦克炮身管动力学性态发生变化,使其射击密集度超出可控的范围。因此,掌握坦克炮身管的振动特性并使其固有振动频率合理分布是坦克炮发射动力学研究的重要内容之一。本文在分析坦克炮身管振动对射击密集度的影响的基础上,建立了某型坦克炮身管的有限元分析模型,通过仿真计算得到了振动模态参数,验证了身管设计的合理性,为坦克炮身管的动力响应分析和进一步的结构优化设计提供理论参考依据。     

自动炮支架作用原理分析

针对在小口径自动炮上使用的支架，将火炮身管和支架简化为空间多段有限元弹性梁单元，引入形函数矩阵描述梁单元的挠度，采用拉格朗日方程建立了考虑支架与身管耦合的有限元动力学模型。在有限元模型的基础上建立了数值计算程序并利用该模型分析和讨论了支架的作用原理，分析结果表明采用设计合适的支架将有助于提高小口径自动炮的射击精度。     

复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析

该文针对火炮发射时高温高压火药气体瞬态冲击作用对复合材料身管的影响,进行复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析.基于有限元分析方法(FEM),建立了复合材料身管三维有限元模型;采用直接耦合法进行求解,获得复合材料身管在发射条件下温度场和身管动态应力的变化规律.分析结果表明:高温高压的火药气体引起较大的瞬间热应力,这种瞬间热冲击对身管金属内衬的强度影响很大.     

弹丸膛内受热及其采用主动冷却技术的影响

该文通过对弹丸不同部位受热方式进行分析,建立了弹丸滞留预热身管中受热的组合模型,模拟了某大口径火炮在不同环境温度下,通过连续射击达到最大加热工况时,弹丸滞留身管的温度响应过程并预测了其安全停留时间,所得结果与试验实测数据吻合较好。在此基础上,就采用身管主动冷却技术对弹丸膛内安全停留产生的影响进行了探讨,结果表明：主动冷却技术可以有效地解决弹丸膛内滞留的热安全性问题。     

一种网格加密方法在壁温响应模拟中的应用

通过引入径向距离变换函数，建立一种与身管温度梯度变化相适应的网格划分方法。计算表明，该法可以有效避免预测结果振荡、加快收敛速度。在利用微型机模拟和监控多发连续射击状况下特种弹发射热安全性问题的研究中，该方法得到应用。     

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.