大口径火炮身管寿命提升技术探讨

介绍了关于身管寿命研究的国内外发展现状、趋势和差距,论述了身管寿命的定义与评定标准。基于一般身管寿命预测方法,从发射装药、身管材料、身管发射负载、身管内膛表面强化等方面,分析了身管寿命的影响因素,确定了热作用、化学作用、机械作用、膛压作用的影响因素,提出了包括身管内膛镀铬技术在内的身管寿命提升需要解决的问题和关键技术,以及初步技术措施,并详细论述了身管内膛镀铬技术方案与技术途径,提出了达到世界先进水平的身管寿命提升技术发展目标,指出了身管寿命提升技术的发展趋势等,为今后身管寿命提升技术研究提供技术参考。     

基于发射环境炮–弹–引耦合仿真的中大口径加榴炮机械触发引信失效分析

目的 研究高动态发射环境中大口径加榴炮机械触发引信及其内部典型机构的响应特性和底层失效原因。方法 建立炮–弹–引耦合数值模型,开展0号装药、1号装药、0.4''装填角和身管中等程度磨损等4种工况下的动力学仿真,对比不同工况下引信典型部位的响应特性。结果 装药量和火炮身管磨损量是引信典型部位载荷响应的主要影响因素,身管磨损量是弹丸出炮口姿态角的主要影响因素。身管中期磨损条件下,引信夹板部位膛内径向过载响应峰值达2 498.4g,为初始状态的6.1倍;回转体轴响应峰值达4 296.1g,为初始状态的1.5倍;弹丸出炮口俯仰角达0.4°,为初始状态的4.4倍。试验验证结果表明,典型特征参量的仿真模拟误差不大于5%。结论 弹丸发射过程中,远离弹轴的引信安全系统轴类零件会承受更大的轴向载荷冲击和径向多维度载荷冲击,更容易导致与夹板配合的轴孔结合处发生失效。火炮身管磨损会导致榴弹配用引信在内弹道和出炮口承受更高的径向过载,以更大的姿态角进入外弹道飞行,是中大口径加榴炮机械触发引信外弹道飞行章动角增大的主要因素之一。     

“火炮身管烧蚀磨损机理及寿命提升技术”专题序言

未来战争形态和作战样式将形成以网络为中心、以信息为主导、以火力为主战的一体化联合作战模式。火炮是各国军队装备数量最多、使用最广泛的武器之一,为了能适应未来作战需求,必须将高速机动、远程精确打击、高效毁伤作为主要发展目标。随着火炮威力性能的不断提高,发射过程的高温、高压、高速等特征更加显著,导致身管内膛工作环境更恶劣,烧蚀磨损程度加剧,身管寿命大幅度降低,这已成为严重制约火炮性能稳定发挥的重要因素。国内外相关研究人员一直高度关注火炮发射过程身管-火药燃气-弹丸之间相互作用产生的烧蚀磨损机理、抗烧蚀磨损技术、身管寿命评估等问题,但是这些研究都没有形成完整的技术体系,尤其是在基础性和共性的科学问题研究方面显得十分薄弱。例如,对身管内膛镀铬层的破坏机理和损伤规律研究还处于空白状态。近年来,我国加大了对火炮身管烧蚀磨损机理及寿命提高技术方面的应用基础和工程技术研究,取得了阶段性研究成果。     

小口径速射自动炮内膛镶嵌Ta-10W内衬的性能试验研究

目的 提高小口径速射自动炮内膛易损部位的抗烧蚀磨损性能,延长炮管使用寿命,提升小口径速射自动炮的作战效能。方法 研制镶嵌Ta-10W内衬的身管衬套和调节塞,在某小口径导气式转膛自动炮上进行实弹射击试验,测试弹丸炮口初速、射频以及被试品关键尺寸磨损量,并与采用全炮钢被试品的试验结果进行对比,评价内膛镶嵌Ta-10W内衬对提升炮管寿命的效果。结果 自动炮镶嵌Ta-10W内衬,在射击580发炮弹后,身管衬套阳线、阴线内表面以及调节塞导气孔直径磨损量分别较全炮钢减小了57.14%、40.00%、91.23%,而弹丸初速和射频变化量也分别较全炮钢减小了82.56%和93.33%。结论 内膛镶嵌Ta-10W内衬的方法克服了钽及其合金炮膛易损部位钢基体表面涂层容易脱落的问题,能够大幅度提高内膛易损部位的抗烧蚀磨损能力,为小口径速射自动炮延寿设计提供了新的技术途径。     

大口径火炮身管内膛烧蚀磨损数值计算

目的定量研究身管内膛烧蚀磨损规律,指导身管的寿命预测和结构设计。方法采用完全隐式差分格式对一维传热控制微分方程进行离散,求解身管截面径向不同位置、不同时间的温度分布。在差分法求解身管内膛温度的基础上,采用一维半无限大烧蚀模型和傅里叶导热定理,推导身管内膛烧蚀模型。最后,基于ALE自适应网格,动态模拟不同射弹数下身管内膛尤其是膛线的退化规律。结果身管周向烧蚀磨损量远小于径向烧蚀磨损量,但最大磨损量出现的位置基本一致,均发生于坡膛部位和膛线起始处。其中,坡膛处磨损最为严重,部分位置坡角遭到严重破坏。此外,膛线起始处的磨损整体呈内缩趋势,尤其膛线导转侧磨损较大。结论身管烧蚀磨损主要集中在坡膛始50~200 mm,整体呈现先迅速增加、再迅速下降的趋势。第500发弹时,身管导转侧烧蚀磨损量峰值为1.6 mm,非导转侧磨损量峰值为1.4 mm,导转侧烧蚀磨损径向分量和周向分量普遍比轴向分量高0.1~0.2 mm。     

战斗部飞行可靠性评估方法研究

目的 解决高可靠、小子样战斗部飞行可靠性评估时样本量不满足标准要求的问题。方法 通过对战斗部结构功能分析,建立包含壳体强度、主装药安定性及主装药正常起爆等单元的可靠性框图,并利用L-M法对战斗部系统进行可靠性评估。首先利用基准设计许用值的安全系数法将应力强度干涉模型与安全系数进行结合,对壳体强度可靠性进行评估;然后结合战斗部试验数据,利用最大熵试验法,在小样本下评估战斗部主装药安定性及正常起爆的可靠性;最后,将各单元的可靠性数据转化为成败型数据进行分析,利用L-M法,结合战斗部整机试验数据,开展战斗部飞行可靠度评估。结果 分别计算了小子样下战斗部壳体和装药安定性及正常起爆的可靠度,并将其转换为等效成功数和等效失败数,结合战斗部试验打靶等可靠性信息,综合评估了战斗部飞行可靠度。结论 充分利用战斗部在研制阶段的试验信息进行评估,减少了样本量,解决了战斗部可靠性高、样本量小的评估难题。     

2种低射速下火炮膛内模块装药烤燃特性的对比与分析

目的 研究火炮多发连续射击后膛内模块装药的受热过程.方法 采用烤燃的思想建立模块装药留膛二维瞬态烤燃模型.以443 K为临界温度,求解火炮在2种低射速工况(以每分钟2、3发)下连续射击至药室内壁温度达到约443 K时的壁面温度分布,并以此为初始温度条件,对模块装药在膛内的烤燃过程进行数值模拟,对比分析2种低射速下火炮膛...     

冲击损伤对炸药装药冲击起爆特性的影响

目的研究冲击载荷下炸药内部损伤随时间变化特征对其冲击感度的影响规律。方法针对损伤状态随时间变化的两种典型情况,采用冲击波模拟加载的方式对炸药装药进行损伤实验。损伤的恢复时间很长时,在损伤后将试样放置7天后,再研究其损伤状态对其冲击起爆特性的影响;恢复时间很短时,通过控制冲击损伤实验和冲击感度实验之间的时间间隔模拟多层靶板撞击的实际情况。选择常用的两种奥克托金基炸药作为研究对象,通过冲击感度实验确定临界隔板厚度、设计损伤条件,然后进行两种不同损伤愈合时间后的冲击起爆特性实验,研究损伤状态对炸药装药冲击起爆特性的影响。结果在文中损伤条件下,放置7天后,炸药装药的冲击感度均显著下降,而类似于侵彻多层靶板条件的实验后,炸药装药的冲击感度显著增加。结论炸药装药损伤状态随时间的变化对炸药装药冲击起爆有完全不同的影响趋势,在相关的炸药装药安全性设计时,必须考虑与损伤时间状态相关的冲击起爆特性。     

身管内膛热化学-机械烧蚀磨损数值计算

目的探究身管烧蚀和机械磨损的作用机理,完善身管热化学–机械烧蚀磨损模型,指导身管寿命预测和结构设计。方法以弹炮耦合系统摩擦行为为切入点,提出一种计及摩擦热的热化学烧蚀材料退化模型。基于Archard磨损理论和动压润滑原理,以动压润滑摩擦替换传统弹炮耦合过程采用的干摩擦,提出一种身管机械磨损材料退化模型。结果身管内膛烧蚀磨损主要集中在坡膛和炮口位置,500发射击后坡膛位置最大径向、周向烧蚀量分别为1.3、0.8 mm,炮口位置最大径向、周向机械磨损量分别为0.32、0.26 mm。结论材料退化模型能够较为准确地描述弹炮耦合系统中身管内膛的烧蚀磨损特性。数值模拟结果与实际膛线烧蚀磨损具备较好的一致性。     

硼化物基超高温复合陶瓷超高速撞击作用下破坏模式研究

随着各国航天实验和航天器的增加,太空中存在微小碎片垃圾越来越多,对航天器正常运行有着极大的危害。研究弹丸超高速撞击硼化物基复合陶瓷产生的碎片云特性,采用非线性动力学分析软件AUTODYN,利用光滑质点动力学方法对圆柱形弹丸超高速撞击硼化物基超高温复合陶瓷单层板形成的碎片云进行数值模拟,分析相同质量不同速度弹丸撞击靶板的破坏模式,不同质量相同速度弹丸撞击靶板的破坏模式。结果表明在不同速度和质量弹丸撞击靶板的破坏模式中,穿孔半径变化规律为穿孔半径随着弹丸速度和质量的增大而增大。根据不同质量弹丸超高速撞击板靶的穿孔半径变化规律,得到弹丸撞击相同厚度靶板的击穿速度临界值。该结果可为航天器超高速撞击风险评估和防护设计提供了参考。     

身管镀层界面失效分析及寿命预测研究

目的 研究热压耦合作用下身管镀层的界面失效机理,预测身管寿命。方法 建立镀层界面剪切失效、界面弯曲失效和界面裂纹扩展失效3种失效模型,并给出失效准则。以某小口径步枪身管为研究对象,基于完整冷却周期的身管温度场数值模拟结果,计算这3种失效在相同射击条件下的临界失效长厚比,并对结果进行对比分析,确定身管镀层的主要界面失效方式。结合镀层的界面失效机理和低周疲劳损伤累计理论,建立基于镀层界面疲劳损伤累积的身管寿命预测模型,对该小口径步枪身管的寿命进行预测。结果 临界失效长厚比计算结果表明,界面剪切失效是身管镀层的主要失效方式。身管寿命预测结果与寿命试验结果相比,误差小于2%。结论 界面剪切失效是身管镀层的主要失效方式,基于镀层界面疲劳损伤累积的身管寿命预测方法是可行的。     

火炮机械系统可靠性强化试验方案探讨

目的尝试将可靠性强化试验理论引入其可靠性研究中,提高火炮机械系统的可靠性。方法首先分析可靠性强化试验的发展动态及其应用于机械系统的必要性,而后在对其理论依据进行分析的基础上,明确火炮机械系统可靠性强化试验研究的目的。结果依据火炮机械系统的主要失效模式,制定了包含机械工作原理分析等7个步骤的可靠性强化试验方案,详细分析了各环节的内容及作用。结论研究结果为可靠性强化试验在火炮机械系统中的应用提供一定理论支撑。     

玩具行业清洁生产潜力分析及实施办法研究

从能源消耗、有机废气污染、可持续发展几个方面,分析了我国玩具行业推行清洁生产的紧迫性。通过几家玩具企业开展清洁生产审核过程中的研究和经验总结,指出注塑机能耗高、有机废气污染严重、非清洁能源的使用是玩具行业存在的主要问题。针对存在的问题,提出了注塑机的节能改造,有机废气源头控制,以及清洁能源替代非清洁能源的使用等清洁生产措施。并从注塑机变频器的使用,注塑机炮筒加热方式的改造,注塑机余热的回用等方面详细分析了注塑机节能改造的思路和方法。     

火炮身管内径检测方法研究

火炮身管技术状态,关系到火炮发射的精度以及火炮寿命状态等关键技术指标.以火炮内膛径向磨损量作为判别火炮身管寿命的方法,介绍了几种国内外典型的火炮内径测量仪器的结构、原理及工作过程.对比分析了它们的测量范围、精度等相关技术指标,并根据可操作性、适用场合等,综合阐述了它们的优缺点.最后根据部队的实际需求,提出了未来适合部队...     

铝筒拉深模的参数化CAD

给出了开发铝筒拉深模参数化计算机辅助设计软件的思路。应用该软件 ,可以通过人机对话方式输入铝筒的相关参数 ,自动完成铝筒拉深模的理论计算和绘图。显著提高了设计质量和效率。     

基于散流器的盐雾箱饱和加湿技术研究

目的 提升盐雾箱饱和加湿桶湿式加热性能，保证盐雾试验过程沉降盐雾溶液浓度的稳定，进行盐雾试验箱饱和加湿桶的设计与研究。方法 对饱和加湿桶压缩空气入口和出口进行结构设计，入口采用散流器实现湿式加热，出口设置气水分离器，对出口气流进行气水分离，从而形成较为“洁净”的饱和湿空气。对饱和加湿桶进行性能测试，验证盐雾试验箱饱和加湿方法的有效性。结果 散流器可以使气流在水中形成稳定的流动，有效抑制气流直通液面的浪涌现象，避免液滴飞溅产生，并增大了压缩空气与去离子水的接触面积。供气压力为50~150 kPa时，饱和加湿桶出口气流的相对湿度在不同温度下均可达到83%~90%，且试验过程出口流道无明水喷射。结论 通过对饱和加湿桶的设计，有效提升了湿式加热的效率，并形成较为“洁净”的饱和湿空气，满足盐雾试验要求。