“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。     

大口径火炮身管损伤机理及寿命提升方法综述

概述了身管内壁损伤的“热–力–化学”影响及其耦合特性,提出了身管损伤的主要机制,介绍了损伤机制的国内外研究现状。基于这些损伤机制,进一步提出了提升身管寿命的3类技术措施,即抗燃气化学烧蚀、抗弹带摩擦磨损、既抗烧蚀又抗磨损,并分别对每一类措施中的典型方法进行了介绍。具体来说,包括高能低爆温发射药技术、缓蚀添加剂技术、高热强炮钢技术、弹炮匹配设计技术、身管内壁抗烧蚀涂层技术等。文中研究结果可为火炮身管寿命基础理论和寿命提升方法的研究提供参考。     

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。     

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ANSYS技术的尿素高压气提塔管束剩余寿命的评估

以乌鲁木齐石化公司化肥厂尿素气提塔管束为例,运用ANSYS有限元分析技术,将设备剩余寿命评估技术引入到管板类高压设备剩余寿命的评估中,建立了一套完整的管板类高压设备剩余寿命评估体系与流程,给出了尿素气提塔管束剩余寿命的简化计算评估方法和有限元的精细计算评估方法,并根据剩余寿命评估实例对评估体系进行了分析和说明.     

加速寿命试验与高加速寿命试验的比较分析

介绍了加速寿命试验、高加速寿命试验的基本概念、原理,从试验目的、试验方法、试验时间等方面对加速寿命试验和高加速寿命试验进行了比较,说明它们有不同的应用时机和范围.加速寿命试验、高加速寿命试验都是卓越的加速环境试验技术,也是可靠性试验领域的两个主要发展方向.     

基于灰色模型的某型末制导弹药贮存寿命预测

某型末制导弹药具有导弹与常规弹药的双重特性,贮存寿命预测更加复杂.应用薄弱环节法和灰色理论,建立了末制导弹药贮存寿命预测的GM(1,1)模型,并进行了实例计算.结果表明,该模型简单、实用,预测结果准确,对于部队提高末制导弹药的维护能力具有一定意义.     

基于区块链的油料装备全寿命管理研究

目的为了加强部队油料装备信息化建设,把区块链技术引入到部队油料装备全寿命管理之中。方法通过构建联盟链,区块链群的实现方法,将油料装备全寿命周期内所有参与方统一上链。结果能有效降低信息的不对称性,促进部队内部油料部门之间的需求匹配,提升油料装备的整体保障效能。结论将区块链技术引入到部队油料装备全寿命管理之中,是积极应对世界新军事变革,促进我军战斗力提升的现实所需。     

给水管网中污染物在管垢上的累积和释放

给水管网中,管垢是各种污染物的源和汇,但目前污染物在管垢中的累积释放特征尚缺乏系统研究.本文以实际的城市供水管网的球墨铸铁管和灰口铸铁管为对象,一方面采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、晶体衍射结构分析(XRD)等手段对其管垢进行表征,另一方面运用管段滞流反应器研究了三氯甲烷、铅、锰和锌等污染物滞流状态下在管垢上累积和释放特征.结果表明:同为铸铁管,使用一定年限后,管垢成分有所差异,灰口管管垢量较大,具有明显的锈蚀和管瘤出现,成分以二氧化硅、金属复合氧化物为主,而球墨管管垢量较小,以二氧化硅为主;随着初始浓度的提高,管垢对污染物的累积量逐步提高,对于三氯甲烷,其吸附量和释放量都非常低,而对于Pb、Mn和Zn 3种金属,管垢的吸附量远大于释放量,说明在实验条件下它们易累积不易释放,但水质条件的改变有可能引起大规模释放.研究结果对饮用水管网生物化学安全提出了更高的要求,为管网的饮用水安全保障提供了理论依据.     

影响模具寿命的因素与措施

影响模具寿命的因素有磨损,间隙,加工过程中的模具损坏,冲床精度,模具材料等。并对延长模具寿命提出了相应的措施。     

基于模糊层次分析法的警用非致命空气炮作战效能评估

目的评估警用非致命空气炮的作战效能。方法首先运用层次分析法,确立警用非致命空气炮作战效能评估指标体系,构建作战效能的模糊层次综合评判模型,并采用加权平均算法和平均随机一致性指标,进行各因素权重计算和一致性检验,最后通过模糊综合评判,评估得出警用非致命空气炮作战效能。结果警用非致命空气炮综合评估得分为82.92分,其性能评估为"较好"。结论通过评估结果,反映出警用非致命空气炮综合作战效能较好,具有推广价值和应用前景,为空气炮优化设计和实战应用提供了参照。     

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。     

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。     

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。     

自然环境条件下精密器材的失效机理及其对策研究

研究了精密器材在各种自然环境条件下的失效机理,改善其“内包装”微环境条件,避免精密器材由于受到各种自然环境因素的影响而造成损坏或失效,确保精密器材的性能和各项技术指标始终处于完好状态,对于提高精密器材储存的经济效益和军事效益,具有十分重要的意义。     

弹药技术寿命评价研究

阐述了弹药技术寿命的概念,并就弹药技术寿命带来的影响进行了分析.给出了评价指标体系构建的基本思路和步骤,运用层次分析法分析弹药技术寿命评价指标,建立了具有递阶层次结构的指标评价体系,并将其评价体系分为4个准则和14个评价指标.     

焙烧炉筒体结构强度有限元分析

对焙烧炉筒体结构进行有限元建模仿真,考虑热应力、压力和重力对筒体结构受力的影响,计算了焙烧炉关键部位的蠕变疲劳寿命,同时探究进气温度、保温层及对流系数等参数的影响。结果表明:热应力是影响结构强度的关键因素;焙烧炉筒体在许用蠕变变形量为5%的情况下,其使用寿命超过设计寿命;在筒体加热过渡段铺设保温层,降低与外界空气对流和提高进气温度,有利于降低筒体应力。     

报废轻武器毁形方法研究

目的 研究探索报废轻武器毁形方法。方法 根据报废轻武器的毁形难点,分析切割、粉碎、锻压、熔炼等各种现有毁形方法的技术优势、难点及可行性,并对部分毁形技术进行验证试验,确定可以应用于轻武器毁形的技术方法。结果 经过试验检验,机械切割无法切断14.5 mm枪管,激光切割、等离子切割无法直接切透14.5 mm枪管,粉碎机无法对14.5 mm枪管进行完全破碎,加热和锻压技术可以对枪支实现彻底毁形,加热粉碎技术对14.5 mm枪管破碎效果一般,残疾规格随意性大。结论 组合运用加热和锻压技术进行轻武器毁形具有时间短、效率高、操作简单的优势,而且便于实现销毁自动化。     

生态社区评价指标体系构建研究

提出生态社区是一个开放的复杂生态系统,其内部环境与外部环境之间通过生态流产生关系并处于动态发展变化中.生态社区内部的主体是人和环境,并应具备生态适宜、环境健康、生活便利、景观优美、文化和谐及管理高效的特征;生态社区的动态发展变化包括空间和时间上的动态变化.通过系统功能中的物流、能流、信息流表征生态社区的空间变化,通过得分变化和弹性指标表征生态社区随时间的变化,在此基础上按照层次分析(AHP)法建立了以内部结构、系统功能、动态过程3个角度划分的生态社区评价指标体系,并参照有关研究成果给出了具体指标的参考标准值.