基于MARC的某火炮身管内表面裂纹三维J积分有限元模型

火炮发射一定数量炮弹后,身管容易出现裂纹,从而影响射击安全性。通过分析火炮射击过程中身管的受力情况,并利用MARC有限元软件的虚裂纹技术,探讨了某火炮身管内表面裂纹三维J积分有限元模型的建立方法。通过数值计算,得出了身管内表面裂纹J积分值随裂纹长度及深度的变化规律。根据某火炮身管裂纹扩展的临界J积分值,求出了其在最大膛压作用下临界裂纹尺寸,这对火炮身管的安全性评估及预测具有较大的工程应用价值。     

火炮身管烧蚀及其防护研究进展

在火炮发射过程中,其身管内膛承受剧烈的烧蚀侵蚀和磨损导致其几何形状和尺寸发生改变,成为直接影响火炮身管射击精度及寿命的关键因素之一。针对该问题,综合论述了钢制火炮身管烧蚀及其防护研究进展,主要包括:火炮身管烧蚀行为、热-化学-机械烧蚀模型、身管内膛耐烧蚀材料、身管内膛耐烧蚀层制备技术、火炮身管结构设计和火药的选择与设计。     

火炮身管延寿研究

火炮发射时，身管内膛承受的火药气体的烧蚀、冲刷和弹丸的冲击、摩擦，会导致内膛的烧蚀和磨损。内膛严重磨损主要集中在膛线起始部和炮口部。烧蚀磨损是造成火炮射击精度偏差的主要原因之一。改善内膛和弹带结构，正确执行勤务规定，合理选择火药种类、装药，降低身管温升是减少内膛烧蚀的重要措施。提出了运用等离子增强化学气相沉积法、电火花表面强化法和先进喷涂法处理火炮身管内膛的原理，并进行了理论分析。此项技术运用于处理火炮身管内膛为类似技术的移植。该技术既可作为身管制造中的预处理工艺，也可作为一种修理手段修复轻度磨损的身管。     

身管内表面横纹萌生的力学成因及安全裂纹尺度估计

通过对某火炮机械自紧残余应力进行分析以及对射击时身管宏观受力进行计算,结合大型摸底及身管解剖试验,综合分析表明:该火炮身管内表面出现早期横纹本质与其他火炮没有区别,只是该身管内表面浅层轴向残余拉应力的存在有可能促进了横纹的过早出现.在身管内表面存在初始裂纹前提下,通过进一步对身管疲劳寿命的理论估计,即便不考虑残余应力对身管疲劳寿命的贡献,在设计给定参数条件下,理论估计的身管疲劳寿命仍高于火炮设计的弹道寿命,估计裂纹安全深度不大于6.78 mm.     

不同持续射击发数对火炮身管寿命的影响

火炮在服役过程中，面临不同弹种、不同装药(强装药、全装药、减装药、高温装药等),以及快速持续射击与性能检验射击，因此有必要研究不同弹种、不同装药及不同持续射击发数对火炮身管寿命的影响。目前身管寿命评定主要通过国家军用标准等效折算系数将不同弹药类型射弹数等效折算为标准弹药或规定配比的标准弹药，但现有国家军用标准身管寿命等效折算方法仅包含膛压、初速两个因素，未考虑持续射击发数对身管寿命的影响，导致无法有效评估火炮不同持续射击发数下的身管寿命。基于阿伦尼乌斯方程研究身管材料热化学烧蚀模型，分析发现不同持续射击发数对身管寿命具有重要影响，火炮持续射击发数越多，火炮身管寿命越低。通过对比某火炮不同持续射击发数下身管寿命仿真与试验结果，验证了身管热化学烧蚀模型对预测不同持续射击发数下火炮身管寿命的准确性。     

国内外火炮身管延寿技术研究进展

火炮身管的烧蚀磨损一直是降低火炮寿命、制约火炮发展的一个难题。从提高身管抗烧蚀性能的角度出发,归纳总结了近几十年来国内外火炮身管延寿的各种技术：身管内膛激光热处理技术、复合身管制造技术及身管内膛涂层制备技术。并在分析火炮身管的结构特点和工作特点的基础上,确定了一种比较理想的身管延寿技术。     

某火炮多发连续射击身管传热计算分析

利用一维两相流内弹道模型及一维圆管热传导模型,描述了某榴弹炮多发连续射击过程中的身管传热过程.在分析火炮单发射击过程中身管内、外壁温度变化的基础上,通过连续仿真得到了持续射击10发过程中身管内、外壁不同位置处的温度变化规律以及每发射击完成后身管内、外壁温度沿轴向的分布情况.计算结果为分析火炮身管传热过程及发射装药安全性提供参考.     

基于最小二乘法线性回归的火炮身管寿命预测

为直观地判断火炮身管寿命,提出一种基于最小二乘法线性回归的预测方法。根据靶场身管参数试验数 据分析火炮身管内径、药室长、弯曲度随射弹数增加的变化规律;利用最小二乘法线性回归建立火炮身管磨损量与 射弹数的关系式;对某型火炮身管寿命进行预测。结果表明：该方法能够较为准确地预测出火炮身管寿命且算法简 单,便于推广使用,可为火炮射击、退役报废等提供重要参考。     

火炮身管内膛表面缺陷在线修复的一种重要方法

火炮身管内膛表面缺陷修复是提高火炮弹道学性能的一种重要技术手段.在线修复方法利用火炮射击时产生的高温高压环境气化或离化修复剂材料,在身管内膛表面形成一层耐磨和耐烧蚀的陶瓷涂层,能有效地修复内膛表面缺陷.试验证明,在线修复可以使火炮内膛表面变得光滑平整,膛径增大趋势大大减缓.该方法是一种简便易行的并适用于所有火炮身管内膛表面缺陷修复的在线修复方法.     

小口径高射速火炮身管弯曲计算仿真系统设计

小口径高射速火炮身管弯曲计算仿真系统,其火炮身管弯曲计算数据分析包括自重弯曲及热弯曲.身管弯曲量计算则通过计算炮口截面最大转角、身管最大挠度及炮口角完成.在火炮射击前,可预先测量身管上下表面温差,应用该仿真软件计算炮口弯曲量,并根据计算结果对射表作出适当修正,从而显著提高武器系统的射击精度.     

身管线膛精锻加工过程的数值分析

身管线膛精锻加工工艺是身管线膛制造的一种新方法，它可以提高生产效率，同时经线膛精锻加工的身管寿命比常规加工的身管寿命高，精度好。因此，身管精锻工艺已广泛应用到欧美的大部分速射武器身管的制造中。我国虽然已将线膛精锻工艺应用到部分口径的身管生产中，但其工艺基础理论分析却非常缺乏。以某身管线膛精锻加工过程为研究对象，用基于拉格朗日方程的大变形刚塑性有限元商用软件DEFORM-2D对身管精锻加工过程中的应力及径向锻压力进行建模和数值分析，用实验验证了模型和方法的正确性，改变精锻加工过程中的加工参数和模具结构参数，找出加工参数和模具结构参数对加工过程的定量影响规律，从而对实际加工过程中工艺参数的优化选取提供参考。     

行进间射击复合射击门随机穿越特征量的分析

以高速行进间射击为背景,分析了火炮身管在路面谱等激励下振动角速度随时间的分布及其与身管角度误差过程之间的关系,借助均方导数概念给出了求解身管振动角速度过程的方法,并以此为基础分析了位置-速度复合射击门的随机穿越特征,仿真结果表明,复合射击门相对于简单射击门有更好的随机穿越特征指标。     

坦克炮总体结构参数分析

影响坦克炮射击精度的主要因素之一是火炮振动，起关切作用的振动分量是在弹丸出炮口瞬间炮口振动角位移和横向线速度，为提高坦克炮射击精度，本推崇“对称布置”和“初期自由后坐”的总体设计思想，使火炮射击时炮身和摇架所受的力矩尽量减沣，同时使炮塔和车体在弹丸出炮口前的受力也尽量减小，从而减小了炮身的振动，也减小了炮塔和车体的夺动，这对提高坦克炮射击精度将是十分有利的，本运用动力学分析计算方法，阐明有关总体结构参数对坦克炮射击精度的影响。     

基于Workbench的车载高炮炮身模态分析

高炮炮身固有模态对全炮的动态特性及其射击精度影响分析至关重要。针对某车载高炮炮身的结构特征和约束条件,应用 Workbench软件建立了某车载高炮炮身的有限元模型,通过对其模态分析,求解得到车载高炮炮身在约束条件下的固有频率和振型。在此基础上,针对不同质量的炮口装置以及复进簧前支撑环位置对炮身模态的影响进行了仿真,进一步分析了炮身振型与自动炮射速之间的关系,为车载高炮的射击精度分析打下了一定基础。     

基于火炮膛内气固两相流的热散失模型数值仿真

火炮发射过程中的热散失会影响内弹道性能。在数值仿真时由于直接计算热散失较为困难,通常采用对火药力或者燃气的绝热指数进行修正的方法,但该方法无法准确预测内弹道的性能。为此该文提出了一种基于气固两相流模型的热散失计算方法,从高温燃气与身管内壁的热交换出发,建立热散失模型,并将热散失模型与火炮膛内气固两相流模型耦合,热散失量将在气相能量守恒方程中的源项中考虑。以某155 mm火炮为研究对象,采用MacCormack差分格式求解修正后的气固两相流模型,获得膛内流场变化情况。求解得到的流场参量作为热散失模型和身管传热模型的输入参数,计算出内弹道过程中总热散失量以及身管径向温度分布规律。对给出的2种测试工况进行仿真计算,计算结果与实验结果的比较表明,考虑热散失时各指标误差明显减小,最大压力误差小于1.0%,初速误差小于0.5%。总热散失占火药燃烧后产生总能量的2%～4%。证明了该方法的可行性和优越性,有助于提高内弹道仿真的精度。     

枪炮射击过程中弹丸与身管相互作用及其影响

枪炮射击时,弹丸在发射药燃烧产生的高温高压燃气推动下与身管发生相互作用。弹丸挤进过程对枪炮内弹道循环有重要影响,其本质是弹丸（弹带）与身管膛壁间的高速冲击摩擦并伴有大变形。弹丸在挤进过程结束后沿导向部向前加速运动过程中,弹带表面发生熔化磨损的几率增大。准静态和实弹射击动态测定的挤进阻力值差别明显,原因在于加载方式不同,摩擦副材料的应变率效应导致其力学性能发生改变,进而影响摩擦学性能,宏观上表现为挤进阻力的变化。发展新型冲击加载实验方法是揭示弹丸挤进过程内在机理的关键手段。弹丸与身管相互作用的深入研究将有助于枪炮和弹药的优化设计、制造与使用。     

国内外火炮身管烧蚀磨损问题研究进展

为提高火炮身管抗烧蚀性,延长火炮寿命,提高火炮的使用精度,对火炮身管烧蚀磨损问题进行深入研究。归纳总结国内外火炮身管延寿的各种措施,对目前计算火炮身管烧蚀磨损的分析计算方法(经验公式法、壁温估算烧蚀磨损法、热化学烧蚀模型法)进行对比分析。该研究可为相关人员在了解目前国内外对火炮身管延寿方面的研究情况提供参考。     

某小口径火炮多功能膛口装置流场数值仿真

针对小口径火炮身管长度和后坐力与无人作战平台不匹配、传统膛口装置功能单一等问题,设计集制退、 消声、消焰为一体的多功能膛口装置,提出一种适用于该膛口装置的超压分布模型。采用截短型火炮身管,利用Fluent 软件建立2 维轴对称气体动力学模型来计算膛口流场;采用大涡模拟模型,使用Ffowcs Williams and Hawkings 方法 计算噪声变化情况,结果显示,该膛口装置的制退效率为70%,消音率为17.8%,制退效率与实验误差为14%,消 音率与实验误差为11%。数值仿真结果表明：该膛口装置能有效降低火炮后坐力,并且在射击时有良好的隐蔽性, 满足现代战争的需要。