以某5.8mm自動(dòng)步槍身管為研究對(duì)象,基于經(jīng)典內(nèi)彈道和傳熱學(xué)基本原理,運(yùn)用一種熱-化學(xué)方法,建立了三維瞬態(tài)身管傳熱有限元模型,研究了不同射擊模式影響下的身管溫度場(chǎng)。研究表明:1)鍍層對(duì)于身管內(nèi)膛最高溫度影響高達(dá)12.5%,在身管熱分析中不可忽略;2)半自動(dòng)模式膛內(nèi)溫度比全自動(dòng)模式降低15.7%;3)對(duì)于同樣的射彈數(shù),射頻的提高與外壁最高溫度呈負(fù)相關(guān),且最高溫度區(qū)域會(huì)逐漸向身管尾部移動(dòng)。研究結(jié)果可為探討及解決熱散問(wèn)題提供一定的參考價(jià)值。 

【文章來(lái)源】：工程熱物理學(xué)報(bào). 2020,41(03)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１?１／４身管有限元模型??Ｆｉｇ．?１?Ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?１／４?ｇｕｎ?ｔｕｂｅ??鍍層的某大口徑機(jī)槍槍管在單個(gè)和連續(xù)熱沖擊下的??瞬態(tài)溫度及瞬態(tài)熱應(yīng)力

６３０??工程熱物理學(xué)報(bào)??４１卷??圖２內(nèi)部載荷面??Ｆｉｇ．?２?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｌｏａｄ?ｓｕｒｆａｃｅｓ??外邊界條件：??的燃燒。燃燒方程式：??｜ｒ＝ｆｌ?＋?ｈａ（Ｔ?—?Ｔａ）?｜ｒ＝ｉｊ?＝?０?（２）??式中，Ａ為槍管材料的導(dǎo)熱系數(shù)；ｒ〇，?ｉ？為槍管??內(nèi)，外半徑；ｒｇ，ｒａ為膛內(nèi)火藥氣體溫度與環(huán)境溫??度；心為火藥氣體及周?chē)h(huán)境空氣與槍管內(nèi)，外??表面的導(dǎo)熱系數(shù)。??１．３．２溫度載荷??內(nèi)彈道整個(gè)過(guò)程中，隨著火藥的燃燒，火藥燃??氣推動(dòng)彈丸沿著身管軸向不斷向前運(yùn)動(dòng)，同時(shí)髙達(dá)??２〇〇〇多攝氏度的火藥燃?xì)庥植粩嗯c內(nèi)膛表面發(fā)生??劇烈的強(qiáng)制對(duì)流換熱；身管本身內(nèi)外表面溫度差距??巨大，產(chǎn)生熱傳導(dǎo)；隨著射彈數(shù)的不斷增加，外表??面的溫度不斷升高，身管外表面開(kāi)始與空氣產(chǎn)生不??可忽略的自然對(duì)流換熱以及輻射換熱。為了模擬這??樣一個(gè)復(fù)雜的傳熱過(guò)程，考慮到操作的可行性，在??Ａｎｓｙｓ／Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中簡(jiǎn)化為沿軸向劃分的內(nèi)外２０??個(gè)表面的對(duì)流、輻射換熱膜系數(shù)的確定，如圖２??所示。??１７Ｃ２４Ｈ３〇（Ｎ〇２）〇２〇?＋??３Ｃ３Ｈ５（Ｎ〇３）３?—?２５０ＣＯ２?＋?１６７ＣＯ＋?（３）??４０Ｈ２Ｏ?＋?２２２．５Ｈ２?＋?８９．５Ｎ２?＋?１０００?ｃａｌ／ｇ??火藥氣體的溫度確定：??Ｔｈ??１４??Ｔａ??⑷??（ＰＡ／Ｐｉ）＾－??－ｌ）／ｋｃ??Ｖｂｍｐ?（１?＋??２７３?Ｊ??（５）??ｍｇ??＝?（１?＋氣??＼?ＶＡ??（６）??／??式中，％?為室溫?１６°Ｃ，?％?＝?２２．４?Ｌ／ｍｏｌ，ｍｐ?為??燃燒產(chǎn)物的摩爾數(shù)，ＶＡ為在大氣壓下火藥燃?xì)獾?

本文采取該５．８?ｍｍ步槍射擊試驗(yàn)對(duì)上述有限??元模型進(jìn)行了驗(yàn)證。該測(cè)試槍支口徑５．８?ｍｍ，身管??長(zhǎng)度４６３?ｍｍ．膛口初速９０５？９２５?ｍ／ｓ．本試驗(yàn)對(duì)該??５．８?ｍｍ自動(dòng)步槍按照ＧＪＢ３４８４－１９９８《槍械性能試??驗(yàn)方法》進(jìn)行一個(gè)冷卻周期內(nèi)３０發(fā)射擊試驗(yàn)的身管??表面溫度進(jìn)行了測(cè)試。環(huán)境溫度為１６°Ｃ，所采取的??射擊規(guī)范為常溫壽命試驗(yàn)射擊方法，即單發(fā)、點(diǎn)射、??連發(fā)射彈量分別為１〇％、７〇％、２０％．其中每個(gè)射擊??方式之間間隔１？２?ｓ。架槍方式為槍架夾持，如圖３??所示。??圖３試驗(yàn)槍支夾持??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｔｅｓｔ?ｇｕｎ??將射擊驗(yàn)證試驗(yàn)步驟簡(jiǎn)化為身管模型內(nèi)外壁面??的換熱系數(shù)的選取，利用該有限元模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)??算所得結(jié)果如圖４所示。??為了驗(yàn)證上述有限元仿真計(jì)算模型結(jié)果的正確??性，本文采用紅外熱像測(cè)溫儀（ＦＬＩＲ?Ｓ６５）對(duì)該５．８??ｍｍ自動(dòng)步槍在上述射擊規(guī)范下的身管外壁溫度進(jìn)??行了測(cè)試，該紅外熱像測(cè)溫儀熱靈敏度為〇．〇８°Ｃ，測(cè)??試精度為±２°Ｃ或±２％（取較小值），測(cè)試區(qū)域如圖－５??所示。??由于ＡＲ０２，?ＡＲ０６分別為導(dǎo)氣孔、膛底位置，在??射擊過(guò)程中由于導(dǎo)氣和換彈的原因，會(huì)給這兩個(gè)區(qū)??域帶來(lái)額外的的氣體流動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確??模擬這兩處的換熱情況，所以為了考慮一般性，選取??ＡＲ０１，ＡＲ０３，ＡＲ０４，ＡＲ０５這四個(gè)位置做比較，驗(yàn)證結(jié)??果如表３所示。同時(shí)，網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證如表４所示。??

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3524837