大口径机枪枪管内膛损伤的试验研究

针对大口径机枪枪管寿命显著低于国外同类型枪械的问题,开展了枪管综合寿命试验。以某12.7 mm大口径机枪枪管为研究对象,对各支枪管在寿终前各寿命阶段的初速、精度、内膛直径和内膛表面形貌等进行了测量或内窥。通过对枪管综合寿命试验的结果进行深入分析,获得了大口径机枪枪管内膛损伤的主要形式,验证了各支枪管在相同制造工艺下寿命极限和内膛损伤形式的一致性。可以得出以下结论:枪管内膛损伤形式分为均匀磨损和局部损伤2类;按损伤规律的不同沿枪管轴向可以分为4个区域,各区域轴向长短不一,内膛损伤在这4个区域之间表现出较大的差异性。研究结果可以为建立准确的损伤枪管弹/枪相互作用模型提供依据。

某大口径机枪内膛损伤对弹头挤进过程的影响研究

为研究大口径机枪枪管寿命过程中内膛损伤对弹头动态挤进过程的影响,分析影响枪管寿命的关键因素,在进行大量射击试验获得枪管内膛损伤发展规律基础上,建立了不同寿命阶段含内膛损伤枪管的精确有限元模型。采用Fortran子程序的方式实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了弹头挤进过程中表面形貌及运动姿态随内膛损伤发展的变化数据。对比数值模拟结果与试验数据验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明:内膛损伤导致的弹头挤进过程中,质心偏移量和弹头摆动角的增加、表面形貌及气动力参数的改变,以及由于导转侧损伤较严重引起的弹头所受导转力和转速下降等3个因素是导致弹头外弹道飞行稳定性降低及枪管寿终的主要原因。研究结果为进一步研究枪管寿终机理,提高枪管寿命具有一定的参考意义。

内膛损伤枪管对内弹道性能和弹头出膛状态的影响研究

为研究大口径机枪内弹道性能和弹头出膛状态受内膛损伤的影响规律,探究内膛损伤导致枪管寿终的关键因素,对某12. 7 mm重机枪进行了系统的寿命试验。分析获得了该枪枪管内膛损伤的主要形式及其随射弹数增加在枪管轴向的分布及演化规律,在此基础上建立了精确的不同寿命阶段内膛损伤枪管的弹-枪热力耦合有限元模型。采用Fortran子程序实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了12. 7 mm弹头内弹道性能及出膛状态等随内膛损伤发展的变化规律,将数值模拟结果与寿命试验数据进行对比验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明:弹头出膛时的扰动量、转速的下降量以及表面形貌的改变量等随枪管射弹数增加而增加,在身管寿命后期表现尤为明显;弹头出膛状态的改变是导致该枪枪管寿终的主要原因。研究结果对进一步分析内膛损伤引起的弹头外弹道性能退化行为,实现从内到外完整地分析枪管寿终机理具有重要意义。

枪管内膛损伤对弹头外弹道过程的影响研究

为研究枪管内膛损伤对弹头气动特性及外弹道过程的影响,基于系统的12.7 mm机枪枪管寿命试验获得的内膛损伤规律,建立了损伤枪管的有限元模型并获得了枪管在4个寿命阶段所发射弹头的表面形貌状态.采用基于剪应力输运(SST)k-ω湍流模型的计算流体力学(CFD)方法对不同表面形貌的高速旋转弹头的气动参数进行了数值计算.采用均匀设计方法安排随机因素影响下的弹头内弹道计算过程,获得了各阶段弹头膛口扰动随机响应状态.建立了弹头6自由度刚体外弹道模型,结合弹头的气动参数和膛口扰动状态对弹头外弹道过程进行编程求解,获得了100 m处各寿命阶段枪管所发射弹头的散布圆半径和椭圆弹孔率,最终计算结果与试验数据吻合较好.计算结果表明:弹头初始扰动在枪管寿命末期的迅速增大,以及大攻角下弹头所受气动力压力中心的前移和马格努斯力矩的增大等,是造成枪管寿命末期弹头飞行稳定性降低及枪管迅速寿终的主要原因.

内膛损伤枪管膛口扰动参数研究

为分析枪管内膛损伤导致射击精度下降、椭圆弹孔率上升进而导致枪管寿终的问题,基于系统的某12.7 mm机枪枪管寿命试验,建立无损伤枪管、寿命中前期枪管、寿命中期枪管及寿终枪管4个寿命阶段枪管内弹道过程的弹枪热力耦合模型。采用均匀设计方法安排弹药随机因素影响下的弹头内弹道过程仿真实验,获得不同内膛损伤程度的枪管膛口扰动状态随弹药参数变化的响应值,仿真计算结果与试验数据吻合较好。利用基于3次B样条曲线的偏最小二乘回归建模方法对传统均匀设计响应面法进行改进,获得以弹药参数为自变量的弹头膛口扰动响应面方程及枪管在不同寿命阶段时弹药随机因素对弹头出膛时初始扰动状态的影响规律。仿真实验及数据分析结果表明:各弹药参数对不同寿命阶段的枪管膛口扰动量贡献度均不相同;为降低寿命末期枪管的弹头膛口扰动,应尽量减少弹头的质量偏心,在合理范围内适当减少弹头壳初始屈服应力,并取适中的弹头壳圆柱部直径和装药量。