【摘要】：火炮內(nèi)膛掛銅影響彈丸發(fā)射的穩(wěn)定性和射擊精度,長期以來,鉛具有較好的除銅效果,但鉛易銹蝕,且排放到環(huán)境中嚴(yán)重威脅著人類的健康和生命。因此,迫切需要研制出一種鉛的替代物,以提高火炮的使用壽命、彈藥的長貯性和射擊精度,保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境。為此,本文以雙芳-3發(fā)射裝藥和152mm火炮為研究對象,使用MATLAB軟件編寫內(nèi)彈道程序,計(jì)算火炮發(fā)射時膛內(nèi)壓力和溫度,結(jié)合REAL軟件和合金蒸餾熱力學(xué)理論進(jìn)行鉛、錫、鉍除銅的熱力學(xué)研究。主要研究內(nèi)容如下:(1)根據(jù)火炮經(jīng)典內(nèi)彈道學(xué)基本理論,建立了簡單火藥形狀單一裝藥的內(nèi)彈道數(shù)學(xué)模型,基于四階龍格-庫塔方法使用MATLAB軟件編寫內(nèi)彈道程序,得到膛壓、膛溫隨時間和彈丸行程的變化規(guī)律,利用膛壓和膛溫模擬火炮內(nèi)膛環(huán)境。仿真結(jié)果表明:152mm火炮膛溫在火藥點(diǎn)火瞬間達(dá)到火藥爆溫為2598.3K,當(dāng)彈丸運(yùn)動4.5ms時達(dá)到最大膛壓為224.7MPa。彈丸運(yùn)動11.2ms后到達(dá)炮口,炮口溫度為2039.1K,炮口壓力為95.9MPa。與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比,最大膛壓相對誤差小于6%、火藥爆溫的相對誤差小于1%。(2)通過對火炮內(nèi)膛環(huán)境模擬,利用REAL軟件分別計(jì)算了在火炮發(fā)射條件下,在8.135kg雙芳-3發(fā)射裝藥中加入裝藥質(zhì)量2%銅、2%銅和2%鉛、2%銅和2%錫、2%銅和2%鉍時燃燒產(chǎn)物的化學(xué)組成和相組成。計(jì)算結(jié)果表明:當(dāng)溫度2039.1K,壓力95.90MPa時,在加入鉛、錫、鉍后,剩余的液態(tài)銅質(zhì)量均為155.83g,剩余的液態(tài)鉛、錫、鉍的質(zhì)量分別為58.22g、151.65g、32.95g。氣態(tài)銅主要以Cu、CuOH、Cu_2、CuH形式存在,銅的氣化主要是溫度以及和火藥燃燒產(chǎn)物反應(yīng)造成的。(3)由于REAL軟件存在缺陷,不能反映金屬合金化的過程,計(jì)算結(jié)果不能真實(shí)的反映火炮除銅效果,因此提出了一種火炮除銅假設(shè),火炮除銅主要分為三部分,第一部分是由于在高溫的作用下,銅變成銅蒸氣除掉,第二部分是銅和發(fā)射裝藥燃燒產(chǎn)物反應(yīng)變成銅化合物蒸氣除掉,第三部分是殘留在膛內(nèi)的液態(tài)銅和除銅液態(tài)金屬利用膛內(nèi)的環(huán)境形成合金,合金在高溫高壓下蒸餾揮發(fā)變成氣體,在彈丸出炮口后,在膛壓的作用下除掉。基于除銅假設(shè),剩余的液態(tài)銅和鉛、錫、鉍形成的合金為73%Cu-Pb、50%Cu-Sn、82%Cu-Bi。(4)利用Miedema合金生成熱模型和REAL計(jì)算結(jié)果,計(jì)算了二元合金Cu-Pb、Cu-Sn、Cu-Bi在2039.1K時組元的活度系數(shù)和在火炮發(fā)射條件下的揮發(fā)系數(shù)。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算了Cu-Pb、Cu-Sn、Cu-Bi二元合金體系在火炮發(fā)射條件下的氣液相平衡成分圖。根據(jù)氣液平衡成分圖得出:73%Cu-Pb,50%Cu-Sn、82%Cu-Bi二元合金蒸餾時,155.83g銅的揮發(fā)質(zhì)量分別為6.23g、64.36g、4.42g,可見Sn是一種比Pb有效的火炮除銅材料,Bi的除銅效果小于Pb的除銅效果。
【圖文】：

但其除銅機(jī)理在各種發(fā)射裝藥的研制總結(jié)及相關(guān)文獻(xiàn)中均未詳述，盡管鉛具有較大毒性，但作為除銅材料一直沿用至今。在國內(nèi)，只報道了一些火炮擦拭劑的研究�；鹋诎l(fā)射后，身管內(nèi)膛粘附一定數(shù)量的發(fā)射藥燃燒產(chǎn)物及彈帶材料，如不及時去除，將在一定程度上影響火炮的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，縮短裝備使用壽命。因此，火炮發(fā)射后身管的擦拭保養(yǎng)，是火炮日常維護(hù)工作中一項(xiàng)重要內(nèi)容�；鹋诓潦檬侵冈诨鹋谏鋼敉瓿珊髮鹋谏砉軆�(nèi)膛進(jìn)行清理所采用的一種工藝方法，目的是去除火炮射擊殘留物，清潔炮膛，保障火炮的正常工作[11]�；鹋谏砉軆�(nèi)膛擦拭可以有效防止銹蝕和減小磨損，使火炮經(jīng)常處于良好的技術(shù)狀態(tài)和戰(zhàn)備狀態(tài)，因而非常重要[12]。國內(nèi)外大量火炮工程實(shí)踐表明，炮膛擦拭保養(yǎng)的好，身管使用壽命就長，安全可靠性就高。因此，，火炮射擊后以及平時日常保養(yǎng)中，要定期對身管內(nèi)膛進(jìn)行擦拭，清除附著在內(nèi)膛的異物，保持內(nèi)膛的清潔。擦拭前后的身管內(nèi)膛表面[13]如圖 1.1 所示。

表 4.2 銅在火炮發(fā)射條件下 REAL 軟件計(jì)算方案.2 REAL software calculation scheme for copper under artillery launching c溫度/K 壓力/MPa 銅含量 鉛含量 錫含量 2598.3 30.00 2% 0 0 2587.9 76.90 2% 0 0 2550.5 150.02 2% 0 0 2481.3 210.94 2% 0 0 2394.0 224.73 2% 0 0 2308.3 205.21 2% 0 0 2233.6 176.49 2% 0 0 2171.2 149.72 2% 0 0 2119.3 127.60 2% 0 0 2039.1 95.90 2% 0 0 案 10 計(jì)算為例，炮口溫度 T=2039.1K，炮口壓力 P=95.9MPa 時如圖 4.1 所示。
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TJ301

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2638307