基于高动态粒子冲蚀的火炮身管寿命研究

火炮在发射过程中,身管处在高温高压火药燃烧气体的烧蚀、冲刷和弹丸之间产生的机械磨损的综合作用下,导致内膛表面耗损退化以致改变了内膛结构尺寸.内膛尺寸变化特别是阳线减材逐步造成弹道性能丧失从而导致身管寿命终结,严重影响武器系统作战效能.基于一种动态粒子对塑性金属材料的冲蚀微切削理论,假设膛内高温高压燃气与固体药粒在坡膛处由于高速运动且速度方向与壁面之间有一定的夹角,将固体火药药粒视为一把微型切刀,当粒子碰撞并划过身管壁面材料表面时,材料被"切除"而产生损失,导致身管表面形成一定的冲蚀量,引起膛线起始部位严重冲刷磨损.基于此,提出了一种高动态粒子对内膛冲蚀的身管寿命理论.该理论基于火炮内弹道、身管内膛壁面传热模型和身管冲蚀量计算数学模型,通过求解内弹道和身管传热模型,获得火药颗粒的孔隙率、粒径和壁面温度变化规律以及内弹道特征参数和高动态粒子的分布规律.实践表明,采用在膛线起始部后某位置内膛增加集流锥的方法对高动态粒子冲蚀理论进行了试验验证,计算结果与试验吻合较好,证明了理论和模型的正确性.