射击模式对身管温度场影响的研究
发布时间：2021-11-28 17:22
以某5.8mm自动步枪身管为研究对象,基于经典内弹道和传热学基本原理,运用一种热-化学方法,建立了三维瞬态身管传热有限元模型,研究了不同射击模式影响下的身管温度场。研究表明:1)镀层对于身管内膛最高温度影响高达12.5%,在身管热分析中不可忽略;2)半自动模式膛内温度比全自动模式降低15.7%;3)对于同样的射弹数,射频的提高与外壁最高温度呈负相关,且最高温度区域会逐渐向身管尾部移动。研究结果可为探讨及解决热散问题提供一定的参考价值。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１?１／４身管有限元模型??Ｆｉｇ．?１?Ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?１／４?ｇｕｎ?ｔｕｂｅ??镀层的某大口径机枪枪管在单个和连续热冲击下的??瞬态温度及瞬态热应力
６３０??工程热物理学报??４１卷??图２内部载荷面??Ｆｉｇ．?２?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｌｏａｄ?ｓｕｒｆａｃｅｓ??外边界条件：??的燃烧。燃烧方程式：??｜ｒ＝ｆｌ?＋?ｈａ（Ｔ?—?Ｔａ）?｜ｒ＝ｉｊ?＝?０?（２）??式中，Ａ为枪管材料的导热系数；ｒ〇，?ｉ？为枪管??内，外半径；ｒｇ，ｒａ为膛内火药气体温度与环境温??度；心为火药气体及周围环境空气与枪管内，外??表面的导热系数。??１．３．２温度载荷??内弹道整个过程中，随着火药的燃烧，火药燃??气推动弹丸沿着身管轴向不断向前运动，同时髙达??２〇〇〇多摄氏度的火药燃气又不断与内膛表面发生??剧烈的强制对流换热；身管本身内外表面温度差距??巨大，产生热传导；随着射弹数的不断增加，外表??面的温度不断升高，身管外表面开始与空气产生不??可忽略的自然对流换热以及辐射换热。为了模拟这??样一个复杂的传热过程，考虑到操作的可行性，在??Ａｎｓｙｓ／Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中简化为沿轴向划分的内外２０??个表面的对流、辐射换热膜系数的确定，如图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??火药气体的温度确定：??Ｔｈ??１４??Ｔａ??⑷??（ＰＡ／Ｐｉ）＾－??－ｌ）／ｋｃ??Ｖｂｍｐ?（１?＋??２７３?Ｊ??（５）??ｍｇ??＝?（１?＋氣??＼?ＶＡ??（６）??／??式中，％?为室温?１６°Ｃ，?％?＝?２２．４?Ｌ／ｍｏｌ，ｍｐ?为??燃烧产物的摩尔数，ＶＡ为在大气压下火药燃气的
本文采取该５．８?ｍｍ步枪射击试验对上述有限??元模型进行了验证。该测试枪支口径５．８?ｍｍ，身管??长度４６３?ｍｍ．膛口初速９０５？９２５?ｍ／ｓ．本试验对该??５．８?ｍｍ自动步枪按照ＧＪＢ３４８４－１９９８《枪械性能试??验方法》进行一个冷却周期内３０发射击试验的身管??表面温度进行了测试。环境温度为１６°Ｃ，所采取的??射击规范为常温寿命试验射击方法，即单发、点射、??连发射弹量分别为１〇％、７〇％、２０％．其中每个射击??方式之间间隔１？２?ｓ。架枪方式为枪架夹持，如图３??所示。??图３试验枪支夹持??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｔｅｓｔ?ｇｕｎ??将射击验证试验步骤简化为身管模型内外壁面??的换热系数的选取，利用该有限元模型进行计算，计??算所得结果如图４所示。??为了验证上述有限元仿真计算模型结果的正确??性，本文采用红外热像测温仪（ＦＬＩＲ?Ｓ６５）对该５．８??ｍｍ自动步枪在上述射击规范下的身管外壁温度进??行了测试，该红外热像测温仪热灵敏度为〇．〇８°Ｃ，测??试精度为±２°Ｃ或±２％（取较小值），测试区域如图－５??所示。??由于ＡＲ０２，?ＡＲ０６分别为导气孔、膛底位置，在??射击过程中由于导气和换弹的原因，会给这两个区??域带来额外的的气体流动，导致换热系数无法准确??模拟这两处的换热情况，所以为了考虑一般性，选取??ＡＲ０１，ＡＲ０３，ＡＲ０４，ＡＲ０５这四个位置做比较，验证结??果如表３所示。同时，网格无关性验证如表４所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]身管温度对步枪射击影响[J]. 蓝维彬,杨臻. 兵器装备工程学报. 2017(10)
[2]连续射击下的枪管瞬态传热模型[J]. 冯国铜,周克栋,赫雷,王靖亚,张英琦,李峻松. 弹道学报. 2016(04)
[3]环境因素对枪管温度场的影响[J]. 冯国铜,周克栋,赫雷,张英琦,乔自平,黄雪鹰. 工程热物理学报. 2016(11)
[4]大口径火炮多发连射炮管热力耦合分析[J]. 武锋,郑祖华,吴圣川,祖方遒. 中国机械工程. 2012(09)
[5]承受热冲击的大口径机枪枪管的热效应分析[J]. 吴永海,徐诚,李峰,范钦满. 南京理工大学学报(自然科学版). 2007(01)
本文编号：3524837
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD
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【部分图文】：
图１?１／４身管有限元模型??Ｆｉｇ．?１?Ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?１／４?ｇｕｎ?ｔｕｂｅ??镀层的某大口径机枪枪管在单个和连续热冲击下的??瞬态温度及瞬态热应力
６３０??工程热物理学报??４１卷??图２内部载荷面??Ｆｉｇ．?２?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｌｏａｄ?ｓｕｒｆａｃｅｓ??外边界条件：??的燃烧。燃烧方程式：??｜ｒ＝ｆｌ?＋?ｈａ（Ｔ?—?Ｔａ）?｜ｒ＝ｉｊ?＝?０?（２）??式中，Ａ为枪管材料的导热系数；ｒ〇，?ｉ？为枪管??内，外半径；ｒｇ，ｒａ为膛内火药气体温度与环境温??度；心为火药气体及周围环境空气与枪管内，外??表面的导热系数。??１．３．２温度载荷??内弹道整个过程中，随着火药的燃烧，火药燃??气推动弹丸沿着身管轴向不断向前运动，同时髙达??２〇〇〇多摄氏度的火药燃气又不断与内膛表面发生??剧烈的强制对流换热；身管本身内外表面温度差距??巨大，产生热传导；随着射弹数的不断增加，外表??面的温度不断升高，身管外表面开始与空气产生不??可忽略的自然对流换热以及辐射换热。为了模拟这??样一个复杂的传热过程，考虑到操作的可行性，在??Ａｎｓｙｓ／Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中简化为沿轴向划分的内外２０??个表面的对流、辐射换热膜系数的确定，如图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??火药气体的温度确定：??Ｔｈ??１４??Ｔａ??⑷??（ＰＡ／Ｐｉ）＾－??－ｌ）／ｋｃ??Ｖｂｍｐ?（１?＋??２７３?Ｊ??（５）??ｍｇ??＝?（１?＋氣??＼?ＶＡ??（６）??／??式中，％?为室温?１６°Ｃ，?％?＝?２２．４?Ｌ／ｍｏｌ，ｍｐ?为??燃烧产物的摩尔数，ＶＡ为在大气压下火药燃气的
本文采取该５．８?ｍｍ步枪射击试验对上述有限??元模型进行了验证。该测试枪支口径５．８?ｍｍ，身管??长度４６３?ｍｍ．膛口初速９０５？９２５?ｍ／ｓ．本试验对该??５．８?ｍｍ自动步枪按照ＧＪＢ３４８４－１９９８《枪械性能试??验方法》进行一个冷却周期内３０发射击试验的身管??表面温度进行了测试。环境温度为１６°Ｃ，所采取的??射击规范为常温寿命试验射击方法，即单发、点射、??连发射弹量分别为１〇％、７〇％、２０％．其中每个射击??方式之间间隔１？２?ｓ。架枪方式为枪架夹持，如图３??所示。??图３试验枪支夹持??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｔｅｓｔ?ｇｕｎ??将射击验证试验步骤简化为身管模型内外壁面??的换热系数的选取，利用该有限元模型进行计算，计??算所得结果如图４所示。??为了验证上述有限元仿真计算模型结果的正确??性，本文采用红外热像测温仪（ＦＬＩＲ?Ｓ６５）对该５．８??ｍｍ自动步枪在上述射击规范下的身管外壁温度进??行了测试，该红外热像测温仪热灵敏度为〇．〇８°Ｃ，测??试精度为±２°Ｃ或±２％（取较小值），测试区域如图－５??所示。??由于ＡＲ０２，?ＡＲ０６分别为导气孔、膛底位置，在??射击过程中由于导气和换弹的原因，会给这两个区??域带来额外的的气体流动，导致换热系数无法准确??模拟这两处的换热情况，所以为了考虑一般性，选取??ＡＲ０１，ＡＲ０３，ＡＲ０４，ＡＲ０５这四个位置做比较，验证结??果如表３所示。同时，网格无关性验证如表４所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]身管温度对步枪射击影响[J]. 蓝维彬,杨臻. 兵器装备工程学报. 2017(10)
[2]连续射击下的枪管瞬态传热模型[J]. 冯国铜,周克栋,赫雷,王靖亚,张英琦,李峻松. 弹道学报. 2016(04)
[3]环境因素对枪管温度场的影响[J]. 冯国铜,周克栋,赫雷,张英琦,乔自平,黄雪鹰. 工程热物理学报. 2016(11)
[4]大口径火炮多发连射炮管热力耦合分析[J]. 武锋,郑祖华,吴圣川,祖方遒. 中国机械工程. 2012(09)
[5]承受热冲击的大口径机枪枪管的热效应分析[J]. 吴永海,徐诚,李峰,范钦满. 南京理工大学学报(自然科学版). 2007(01)
本文编号：3524837
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