内弹道过程与身管温度场耦合数值计算及应用分析(4)
c)身管导热模型
身管受热后，热量在身管内壁传递的过程是一个不稳定的导热过程。严格
地说，身管壁内的热传导是两文（轴向和径向）不稳定问题。但是火药气体对
身管壁的热流密度除在弹丸所在位置有个间断点之外，始终是行程的弱函数。
计算表明，身管温度沿半径方向变化比较快，其梯度一般为轴向梯度的一千倍。
因此，很多文献都忽略热量的轴向流动。进一步假设温度场具有轴向及角度对
称性。即身管壁内热传导问题就被简化为一文不稳定导热的问题。文献[4，5，
6，7]都是采用了此模型；罗来科[18]
采用了直角三文坐标系对坦克身管进行热传
导计算。
核心流和边界层基本都采用有限差分法多控制方程进行离散，对身管导热
也大多采用有限差分方法。如文献[4,5,9,10]等。近来，也有很多人利用有限
元方法对身管进行传热分析，如吴斌[11]
等利用有限元软件对某大口径火炮身管
温度场分布进行了分析；吴永海[12]
利用有限元方法(ANSYS)，对某采用外液冷的
速射火炮身管进行了传热分析；陈龙淼[13]
利用有限元数值方法对已设计的复合
材料身管瞬态温度场和应力场进行直接耦合分析，讨论复合材料身管在考虑温
度变化情况下的应力分布。
1.2.2身管热影响控制方法
在现有的发射药、身管材料、制造工艺条件下，如何有效控制热影响仍然
是研究的重点。在这方面，很多措施在现有武器上已获得了成功。根据这些措
施的作用原理，从传热学的角度将其划分为隔热与冷却两大类。 a） 隔热—被动保护措施
1) 镀耐烧蚀金属。炮膛镀耐烧蚀金属是延长身管烧蚀寿命的重要手段。目
前公认的较有前途的材料是铬、钽与铌，其中镀铬工艺已普遍应用。铬金属不
仅能抵抗火药燃气的化学作用而且因其相对的高熔点而具有相当的热阻抗。铬
层为基体钢提供了很好的保护，将其与高温火药燃气隔开，有效阻止了热量向
身管钢基体的传入。镀铬身管在射击过程中依然发生破坏。Cote PJ 对美国三种
镀铬身管 120mm M256滑膛炮和 M199和 XM297 155mm线膛炮内膛破坏现象
进行了研究。身管镀硬铬存在着两个主要问题：一是身管发射弹药时产生的高
热负荷可能使铬镀层逐步剥落，无铬层的部位不再受到保护而发生磨损和烧蚀；
二是硬铬层硬度高，延性低，易发生机械损伤。在火炮实际射击过程中，火药
产生的大量热能会使身管内膛部分硬铬层发生瞬时不定的再结晶，从而使内膛
的硬铬层性能不一致，会进一步损坏硬铬层。对远射程、高射速火炮来说，有
时温度对镀铬层来说都太高，铬层并不能起到很好的保护作用。鉴于此，德国
莱茵金属公司研究的用爆炸汽化沉积工艺制备炮管抗烧蚀涂层的方法和设备，
易使高熔点金属涂覆到炮管内膛表面，并有很高的涂层结合强度；其基本过程
是：先将导电涂层材料制备的金属丝在炮管内定位（一般与炮管同轴向，即沿
炮管内表面定位），然后使金属丝通过足够强的脉冲电流，造成爆炸汽化，汽化
的材料微粒撞击炮管内表面，形成涂层。另据报导，美陆军正在研究内膛镀钽
技术，但尚存在镀层测量及钽与基体钢结合力等技术难题。
2）添加缓蚀剂。 发射药中加入缓蚀添加剂在国内外得到了广泛应用。
Bracuti A J 研究了缓蚀添加剂的作用，但到目前为止，其缓蚀原理尚未有统一
认识，大多数文献认为较为合理的解释是缓蚀添加剂在膛内起到了吸热、隔热
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