薛剑博

【摘要】在火炮寿命的众多制约因素当中，身管的内膛烧蚀是十分主要的一个制约因素，同时，身管的内膛烧蚀还会对火炮的战斗作用能力有着很大的影响，因此，对于火炮身管烧蚀磨损与寿命问题的研究是很有必要的。本文结合多种理论技术，对实际的火炮发射过程当中，造成的身管烧蚀磨损与寿命问题进行了研究。

【关键词】火炮内弹道；烧蚀磨损；数值分析

作为常规武器，火炮是战斗当中应用最为广泛的武器之一，火炮的炮身寿命直接影响其所在部队的战斗力。而在火炮炮身寿命的众多制约因素之中，身管的内膛烧蚀是最为关键的一项因素，因此，在火炮的实际设计以及使用当中，都需要考虑到身管的内膛烧蚀问题。延长火炮身管寿命能够有效的保证火炮的战斗力，同时也是重要的战术指标。

在进行射击的时候，火炮会产生大量的高温气体，使得内膛达到很高的温度，在燃气的推动下，弹丸沿炮口方向运动。在发射过程当中，膛内气体向身管内壁进行传热，并瞬间提高内壁的温度，打破热平衡，形成不定的温度分布。然而，火炮的工作原理会造成内膛的烧蚀磨损。在高温火药的作用下，火炮的身管内壁材料会受到不断的去除，最终导致身管直径的增大，而这些结果会使得火炮性能下降，影响设计精度，并促使其寿命的终止。

一、火炮内弹道模型

就火炮的身管烧蚀磨损程度来讲，是和火药气体的热作用有着很大的关系的，一般来讲，热作用是造成身管烧蚀的主要原因，因此在对这一问题进行研究的时候，需要对火药气体进行参数的计算，尤其是需要计算燃气的热学参数，而热血参数也是计算身管烧蚀的重要基础，这需要通过模型来对气体温度的变化规律进行计算。

我们通过经典的内弹道模型编写了火炮内弹道程序，得到了弹道的各项特征，并在对其进行分析研究之后进行了相关计算，通过研究我们发现，在火炮的实际发射过程当中，膛内的气流会发生剧烈的变化，压力会在几毫秒内上升到375.4MPa，而压力峰值对应的位置是则是火炮的坡膛附近。随着弹丸的不断运动，空间逐渐增大，压力随之下降。弹丸在火药推动下进行运动，且火药气体不断增加，在弹丸行程的后半段，由于火药的燃尽使得弹丸速度增加速度趋于平缓，气体温度瞬间达到峰值，随后逐渐下降。

二、身管热传导分析

本文通过实际研究，发现在火炮的连续射击过程当中，与身管的单发射击有一定的区别，由于温度的累计效应，因此火炮炮身的内膛温度会随时间不断上升。内壁温度成脉冲式上升，此外内壁能达到的温度峰值也会不断增大，回落速度会不断递增，这是连续发射时表现的趋势。但在实际的发射过程当中，身管整体的温度也会随着发射次数的不断增加而进行增长。

在火炮的连续发射过程当中，内壁的能达到的温度峰值不断增大，但是温度的增幅会逐渐减小。

在实际的研究当中我们发现，在发射后的极短时间内，内壁的温度会出现剧烈的变动，而距离内壁的距离越远，温度的变化越平缓。在连续发射过程当中，内壁温度呈脉冲式变化，在发射一定的弹数后，内壁的温度递增趋势会逐渐平缓。身管温度的变化会因为其位置的不同而存在的一定的差别，靠近内壁的位置，其温度变化特征明显，反之则不明显，也就是说，在距离内壁较远的地方，温度的变化不再呈脉冲型，而是比较平缓。

三、身管烧蚀磨损模型建立

本文利用经验公式等模型来对火炮身管过程当中出现的烧蚀量进行了计算。本文采用的公式考虑到了火药的热作用对身管烧蚀的影响，并将化学公式纳入到对于实际烧蚀的计算过程当中。本文的研究，采用了双芳-3火药进行相关的分析，并结合火炮身管自身的温度，计算出了在火炮单独发射以及连续发射两种情况下，火炮身管内壁产生的实际的烧蚀程度，通过实际的计算我们发现：

（1）通过一些化学公式进行实际的计算，我们发现火炮身管的实际烧蚀量是与所使用的火药有着十分密切的关系的。在本文的研究当中，选用的是双芳-3火药，并通过建立模型的方式进行计算，发现在实际的火炮身管发射过程当中，热因素会对火炮身管产生更大的烧蚀量。

（2）火炮身管在实际的烧蚀过程当中，其经受的烧蚀程度会随着时间而进行不断的变化，并在达到峰值之后不断减小。

（3）如果火炮进行连续射击，那么这会导致火炮的身管温度出现不断上升的情况，这同时也会导致火炮神官内膛烧蚀量的不断增加。

四、身管寿命分析

如今，随着时代的发展以及科技的不断进步，现代战争对火炮提出了越来越高的要求，大威力、高射速火炮的大规模应用，更加突出了身管寿命的问题。一般来讲，对于火炮寿命的问题应从火炮身管的寿命以及火炮系统当中的零部件寿命两个方面进行考虑。在火炮当中有着很多零件，这些零件组合在一起，构成了火炮自身的复杂系统，这就需要了解火炮的各部分功能。就一般的火炮来讲，部件可以在发生损坏或者出现故障的时候，进行维修或者是更换，但是由于身管费用较高，且无法修复，身管就成为了制约火炮寿命的关键因素。一般来讲，我们将最大射速下身管在丧失功能前射击的发数称之为火炮的寿命。

1.身管寿命终止评估标准

一般来讲，对于火炮身管寿命种植的评判标准有弹带削光、弹丸初速下降等许多因素。这些因素都会在一定程度上是的火炮性能下降，导致其难以达到作战的需求。

就目前来讲，我国采用以下标准对炮身寿命进行评估：

（1）初速下降量大于规定值；

（2）火炮最大膛压大于规定值；

（3）立靶密集度或地面密集度超过规定值八倍；

（4）早炸或连续瞎火。

在以上标准当中，不仅涉及到身管，同样也与弹丸也有关系，其中第五条就是从弹丸的角度来对寿命进行判断。尽管这些条件不并不相同，但是他们还存在着一定的关联性，在这些标准当中，如果有一条出现，那么我们就认为火炮的身管寿命终止。

本文是选择了其中一种标准来对身管的极限寿命进行研究，因为火炮对弹丸有着严格的初速度要求，因此，我们用弹丸初速下降量来对身管寿命进行判断。而弹丸的初速下降量与身管的磨损有着密切的练习，随着磨损的进行，身管直径不断增大，容积也随之而增大，导致弹丸启动压力不断减小，因此根据这一关系，则可以求出弹丸初速的下降量。下表为部分火炮寿命极限特征量数值表。

表1 部分火炮寿命极限特征量数值表

2.身管寿命理论模型

在经典的计算当中，通常会根据经验来对启动压力取一常量。但这只是工程上的简化，实际上对弹丸的挤压并非常量，在不同的时段当中，弹丸会收到不同的加压力，并随磨损量的变化而不断变化。一般来讲，受到越严重的磨损，弹丸收到的起压动力就会越小。

3.身管寿命发数计算

从下表的计算当中我们可以看到，在连发过程当中，身管的寿命会比单发时的寿命小，这说明，在传统的计算过程当中，采用单发磨损来估算身管的寿命结果是偏大的，其实际寿命应比单发要小，采用连发的情况来计算寿命更加贴合实际，能够为火炮寿命问题提供参考结果。

表2 连发时身管螳臂温度峰值及磨损量计算

我们在传统的火炮身管寿命评判的基础上，对弹丸初速与火炮内膛磨损之间建立了一定关系，通过在实际的研究当中，对火炮身管的烧蚀进行计算。并利用这种方法，来对火炮身管的寿命进行经济意义的预测。但是由于在实际的实验过程当中，本文对弹丸起步压力的计算进行了简化处理，这就表示本文的计算分析仍然与真实情况有着一定的分别，还需要在日后进行更加细微的研究。

结束语：随着火炮的广泛应用，火药的能量也在不断的提高，这使得身管内膛烧蚀的问题更加突出。因此，本文的研究有一定的显示意义。本文对身管在发射当中的磨损进行了计算，并据此预测了身管的极限寿命，希望能够起到一定的参考价值。

参考文献

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