射擊模式對身管溫度場影響的研究
發(fā)布時間：2021-11-28 17:22
以某5.8mm自動步槍身管為研究對象,基于經(jīng)典內(nèi)彈道和傳熱學基本原理,運用一種熱-化學方法,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。研究表明:1)鍍層對于身管內(nèi)膛最高溫度影響高達12.5%,在身管熱分析中不可忽略;2)半自動模式膛內(nèi)溫度比全自動模式降低15.7%;3)對于同樣的射彈數(shù),射頻的提高與外壁最高溫度呈負相關,且最高溫度區(qū)域會逐漸向身管尾部移動。研究結果可為探討及解決熱散問題提供一定的參考價值。
【文章來源】：工程熱物理學報. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【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??鍍層的某大口徑機槍槍管在單個和連續(xù)熱沖擊下的??瞬態(tài)溫度及瞬態(tài)熱應力
６３０??工程熱物理學報??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；心為火藥氣體及周圍環(huán)境空氣與槍管內(nèi)，外??表面的導熱系數(shù)。??１．３．２溫度載荷??內(nèi)彈道整個過程中，隨著火藥的燃燒，火藥燃??氣推動彈丸沿著身管軸向不斷向前運動，同時髙達??２〇〇〇多攝氏度的火藥燃氣又不斷與內(nèi)膛表面發(fā)生??劇烈的強制對流換熱；身管本身內(nèi)外表面溫度差距??巨大，產(chǎn)生熱傳導；隨著射彈數(shù)的不斷增加，外表??面的溫度不斷升高，身管外表面開始與空氣產(chǎn)生不??可忽略的自然對流換熱以及輻射換熱。為了模擬這??樣一個復雜的傳熱過程，考慮到操作的可行性，在??Ａｎｓｙｓ／Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中簡化為沿軸向劃分的內(nèi)外２０??個表面的對流、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氣的
本文采取該５．８?ｍｍ步槍射擊試驗對上述有限??元模型進行了驗證。該測試槍支口徑５．８?ｍｍ，身管??長度４６３?ｍｍ．膛口初速９０５？９２５?ｍ／ｓ．本試驗對該??５．８?ｍｍ自動步槍按照ＧＪＢ３４８４－１９９８《槍械性能試??驗方法》進行一個冷卻周期內(nèi)３０發(fā)射擊試驗的身管??表面溫度進行了測試。環(huán)境溫度為１６°Ｃ，所采取的??射擊規(guī)范為常溫壽命試驗射擊方法，即單發(fā)、點射、??連發(fā)射彈量分別為１〇％、７〇％、２０％．其中每個射擊??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試驗槍支夾持??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｔｅｓｔ?ｇｕｎ??將射擊驗證試驗步驟簡化為身管模型內(nèi)外壁面??的換熱系數(shù)的選取，利用該有限元模型進行計算，計??算所得結果如圖４所示。??為了驗證上述有限元仿真計算模型結果的正確??性，本文采用紅外熱像測溫儀（ＦＬＩＲ?Ｓ６５）對該５．８??ｍｍ自動步槍在上述射擊規(guī)范下的身管外壁溫度進??行了測試，該紅外熱像測溫儀熱靈敏度為〇．〇８°Ｃ，測??試精度為±２°Ｃ或±２％（取較小值），測試區(qū)域如圖－５??所示。??由于ＡＲ０２，?ＡＲ０６分別為導氣孔、膛底位置，在??射擊過程中由于導氣和換彈的原因，會給這兩個區(qū)??域帶來額外的的氣體流動，導致?lián)Q熱系數(shù)無法準確??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這四個位置做比較，驗證結??果如表３所示。同時，網(wǎng)格無關性驗證如表４所示。??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]身管溫度對步槍射擊影響[J]. 藍維彬,楊臻. 兵器裝備工程學報. 2017(10)
[2]連續(xù)射擊下的槍管瞬態(tài)傳熱模型[J]. 馮國銅,周克棟,赫雷,王靖亞,張英琦,李峻松. 彈道學報. 2016(04)
[3]環(huán)境因素對槍管溫度場的影響[J]. 馮國銅,周克棟,赫雷,張英琦,喬自平,黃雪鷹. 工程熱物理學報. 2016(11)
[4]大口徑火炮多發(fā)連射炮管熱力耦合分析[J]. 武鋒,鄭祖華,吳圣川,祖方遒. 中國機械工程. 2012(09)
[5]承受熱沖擊的大口徑機槍槍管的熱效應分析[J]. 吳永海,徐誠,李峰,范欽滿. 南京理工大學學報(自然科學版). 2007(01)
本文編號：3524837
【文章來源】：工程熱物理學報. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【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??鍍層的某大口徑機槍槍管在單個和連續(xù)熱沖擊下的??瞬態(tài)溫度及瞬態(tài)熱應力
６３０??工程熱物理學報??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；心為火藥氣體及周圍環(huán)境空氣與槍管內(nèi)，外??表面的導熱系數(shù)。??１．３．２溫度載荷??內(nèi)彈道整個過程中，隨著火藥的燃燒，火藥燃??氣推動彈丸沿著身管軸向不斷向前運動，同時髙達??２〇〇〇多攝氏度的火藥燃氣又不斷與內(nèi)膛表面發(fā)生??劇烈的強制對流換熱；身管本身內(nèi)外表面溫度差距??巨大，產(chǎn)生熱傳導；隨著射彈數(shù)的不斷增加，外表??面的溫度不斷升高，身管外表面開始與空氣產(chǎn)生不??可忽略的自然對流換熱以及輻射換熱。為了模擬這??樣一個復雜的傳熱過程，考慮到操作的可行性，在??Ａｎｓｙｓ／Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中簡化為沿軸向劃分的內(nèi)外２０??個表面的對流、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氣的
本文采取該５．８?ｍｍ步槍射擊試驗對上述有限??元模型進行了驗證。該測試槍支口徑５．８?ｍｍ，身管??長度４６３?ｍｍ．膛口初速９０５？９２５?ｍ／ｓ．本試驗對該??５．８?ｍｍ自動步槍按照ＧＪＢ３４８４－１９９８《槍械性能試??驗方法》進行一個冷卻周期內(nèi)３０發(fā)射擊試驗的身管??表面溫度進行了測試。環(huán)境溫度為１６°Ｃ，所采取的??射擊規(guī)范為常溫壽命試驗射擊方法，即單發(fā)、點射、??連發(fā)射彈量分別為１〇％、７〇％、２０％．其中每個射擊??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試驗槍支夾持??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｔｅｓｔ?ｇｕｎ??將射擊驗證試驗步驟簡化為身管模型內(nèi)外壁面??的換熱系數(shù)的選取，利用該有限元模型進行計算，計??算所得結果如圖４所示。??為了驗證上述有限元仿真計算模型結果的正確??性，本文采用紅外熱像測溫儀（ＦＬＩＲ?Ｓ６５）對該５．８??ｍｍ自動步槍在上述射擊規(guī)范下的身管外壁溫度進??行了測試，該紅外熱像測溫儀熱靈敏度為〇．〇８°Ｃ，測??試精度為±２°Ｃ或±２％（取較小值），測試區(qū)域如圖－５??所示。??由于ＡＲ０２，?ＡＲ０６分別為導氣孔、膛底位置，在??射擊過程中由于導氣和換彈的原因，會給這兩個區(qū)??域帶來額外的的氣體流動，導致?lián)Q熱系數(shù)無法準確??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這四個位置做比較，驗證結??果如表３所示。同時，網(wǎng)格無關性驗證如表４所示。??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]身管溫度對步槍射擊影響[J]. 藍維彬,楊臻. 兵器裝備工程學報. 2017(10)
[2]連續(xù)射擊下的槍管瞬態(tài)傳熱模型[J]. 馮國銅,周克棟,赫雷,王靖亞,張英琦,李峻松. 彈道學報. 2016(04)
[3]環(huán)境因素對槍管溫度場的影響[J]. 馮國銅,周克棟,赫雷,張英琦,喬自平,黃雪鷹. 工程熱物理學報. 2016(11)
[4]大口徑火炮多發(fā)連射炮管熱力耦合分析[J]. 武鋒,鄭祖華,吳圣川,祖方遒. 中國機械工程. 2012(09)
[5]承受熱沖擊的大口徑機槍槍管的熱效應分析[J]. 吳永海,徐誠,李峰,范欽滿. 南京理工大學學報(自然科學版). 2007(01)
本文編號：3524837
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