火炮身管的烧蚀磨损现象国内外研究现状
时间:2018-03-17 21:48 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 研究人员不断寻找合适的手段来研究火炮身管的烧蚀磨损现象，期望通过更精确有效的方法来评价烧蚀性大小。目前国内外主要采用两大类实验评价方法：采用真实枪炮发射实验来评价烧蚀性的方法和采用模拟装置实验来评价烧蚀性的方法。19790 要深入研究发射药对炮管的烧蚀程度，上述两种方法各有利弊，枪炮实际发射实验主要体现的就是它的真实性，在对真实枪炮进行射击实验时，能更真实的观察与计算它的过程，在这个基础上达到对枪炮身管和发射药装药的进一步改进，以及可以考虑含能材料对其的烧蚀性影响，但是它比较耗时费力。 采用枪炮实弹射击的方法来评价烧蚀磨损现象会消耗大量人力物力，研究人员发展了不同的模拟装置来代替真实枪炮进行烧蚀实验研究。这些装置原理相似，即让发射药在一定空间内燃烧后燃气从喷口高速喷出，通过测量燃气冲刷喷管引起的喷管直径的增加和质量的减少来评价烧蚀性大小。模拟装置与真实枪炮的主要区别在于缺少装药结构的影响及弹带对内壁挤压引起的机械磨损，常用于检测发射药配方烧蚀性和研究烧蚀机理等方面，具有经济、方便等优点，在发射药研究领域获得了广泛应用。 1.2.2 烧蚀机理 我们必须要先对火炮身管的烧蚀磨损机理做一定研究，掌握影响身管烧烛磨损的因素，才能深入地研究火炮身管的烧烛磨损问题。国外对于身管烧烛磨损的机理研究开展较早，并且进行过大量的实验研究，为烧烛磨损机理研究提供了珍贵资料。通过多年的研究发现，发射药装药对火炮身管的烧烛磨损主要由热因素和化学因素引起，称为热烧蚀机理和化学烧蚀机理[11]。 1.2.2.1 热烧蚀机理 相比影响火炮身管内膛烧蚀磨损的众多因素，热因素起着控制和主导的作用。身管内壁的机械强度受内膛温升的影响，温度升高，机械强度急剧下降，内膛烧蚀磨损量增大。剧烈的热作用熔化了内膛表面极薄的一层金属，这层金属可能被高速气流和弹带带走。 英国根据30多种不同火炮、60多个观察数据点的研究，表明了身管的烧烛磨损量与温度之间存在着指数关系，对温度的变化极其敏感。在火炮射击的过程中，达到最大膛压的同时，内膛最高温度可达1270K，而内膛表面以下0.5mm处温升只有50K，在这种极其高的温度梯度下，会引起身管很大的热应力，从而加剧膛面开裂[12-13]。而且高温火药气体从身管内膛面的裂纹中高速流动时，使身管内壁表面温度瞬间上升并达到身管材料的相变温度，从而造成身管材料的相变，生成奥氏体组织。炮钢在这一过程中所产生的奥氏体在高温高压环境下容易与火药燃气中的碳、氧等成分进行化学反应，从而形成低熔点的产物。除此之外，身管内膛温度在火炮发射后由高至低，而这一冷却过程会使身管材料发生进一步相变并局部产生马氏体，形成马氏体的金属层也被称为热变化层，其与火药燃气发生化学反应形成白层。对于上述发生变化的金属薄层统称烧烛层，它使炮膛内层金属变脆，熔点降低，因而易被烧烛，可见热因素对火炮身管的影响之大。 1 某火炮单位面积热量输入与烧烛量关系 由图1可知，火炮身管的烧烛磨损和火炮内膛所受到的热量有着很强的相关性，随着内膛单位面积热量输入的增加，身管内膛的烧烛量也随之增大，烧烛量的增大趋势大致呈指数规律上升[14-16]。这反映了热因素在火炮烧烛磨损中占到了主导作用。 1.2.2.1 化学烧蚀机理 火炮发射药的成分主要由碳、氢、氧、氮元素组成，因而其燃烧所生成的气体成分也较为类似，一般都主要由CO、CO2、H2、H2O、N2组成。在高温高压条件下，火药燃烧反应物会与身管材料发生化学反应，加剧炮管的烧烛。通常从射击的第一发炮弹开始，身管就发生了渗碳现象[17,18]。国外在计算身管烧蚀磨损时，通常用热化学模型来计算身管的烧蚀磨损量，这个热化学模型正是考虑了火炮发射过程中的化学因素。 (责任编辑：qin) |