氧化钛快速相变及增强火炮身管缓烧蚀材料性能的研究

缓烧蚀添加剂被认为是延长火炮身管寿命的有效技术之一。为获得降烧蚀性能更加优异的缓烧蚀添加剂,系统开展了缓烧蚀添加剂配方对比研究、静态高温试验,成功研制出平均单发烧蚀磨损量在0.002 mm的缓烧蚀添加剂。通过实弹靶试、扫描电镜、X射线衍射仪等方法,阐明了其作用机理:氧化钛由锐钛矿型向金红石型转变,有利于缓烧蚀性能提升。氧化银能够有效促进氧化钛相变,且能够促使氧化钛快速相变。锐钛矿氧化钛的增加使这种作用得以增强,进一步提升缓烧蚀性能。此外,缓烧蚀添加剂能够附着于身管内壁,形成保护膜,尤其是身管内壁裂纹处,且膜层具有一定的厚度,能够有效阻隔火药燃气对身管内壁的侵蚀。该技术为缓烧蚀添加剂的发展提供了更多的理论和数据支撑,为身管武器延寿提供了更多的技术支撑。

基于不同Ta10W渗镀层厚度的火炮身管热力耦合数值分析

采用双辉等离子渗金属技术于火炮身管内膛渗镀抗烧蚀涂层,是延长身管武器寿命的重要手段之一。为探究Ta10W渗镀层对火炮发射传热过程以及应力分布的影响规律,该文以某125 mm口径火炮为研究对象,通过热力耦合数值分析法,根据内弹道时期火药高温高压燃气的动态变化过程定义热力载荷以及边界,从而获得在高速热流工况下,Ta10W渗镀层厚度为0.04~0.10 mm时,火炮身管的传热变化过程以及应力分布特点。结果表明:随着渗镀层厚度的增加,弹后炮尾的最高温度呈下降趋势,不同厚度产生的应力差值在身管中段会大于身管尾部,同时在炮尾的涂层与基体结合处产生应力集中,0.04 mm、0.07 mm和0.10 mm厚度Ta10W层的应力最大值分别为891.4 MPa、884.3 MPa和879.1 MPa。

基于PSD的火炮身管膛线精度测量数据补偿方法

针对火炮身管内部膛线测量技术及自动检测问题,提出一种精度测量数据补偿方法。搭建火炮内膛检测机器人测量系统。采用激光测距仪对火炮身管阴阳线内径进行测量,使用PSD激光位置传感器对火炮身管轴线与测量系统轴线的偏心距离进行测量,分析检测误差产生的原因,推导基于矢量三角法的测量数据精度补偿算法和误差补偿计算公式,通过补偿前后数据的对比分析,结果表明:该测量补偿方法是有效的,能够解决火炮内膛轴线与机器人旋转中心不重合产生误差的问题。

基于激光圆周扫描和定心修正的火炮身管内膛检测方法研究

火炮身管内膛的状态直接影响着火炮的射击精度和安全性,针对目前激光圆周扫描检测方法存在的定心不准、激光束与管壁垂直度差等现状所导致的检测精度不高的问题,提出一种基于激光圆周扫描的通用口径火炮身管内膛检测定心修正算法。通过校正管道和装置上的姿态传感器完成检测装置轴线与校正管道轴线的平行。修正装置根据定心修正算法完成激光位移传感器旋转轴线与校正管道轴线的重合以及激光束与管壁的精确垂直,完成身管内膛深度特征的精确测量。该修正算法及装置对于提高火炮身管检测精度和效率,研究身管剩余寿命和健康监测有着重要的理论意义和实用价值。

基于极度梯度提升模型的火炮身管寿命预测

为提高火炮身管寿命预测的精度,将身管内径磨损量作为寿命预测指标,提出基于极度梯度提升(XGBoost)模型的火炮身管寿命预测算法。以火炮弹射数为输入,身管内径磨损量为输出,通过集成多个弱学习器反复训练来拟合前一个弱学习器预测值与实际值之间的残差,从而生成强学习器,并通过在损失函数后加入正则化项及采用剪枝技术降低模型过拟合的风险。基于某型火炮实测数据进行验证,结果表明:该模型不仅有效解决了火炮弹射量与身管内径磨损量之间的映射关系,且相比支持向量机、BP神经网络、灰色模型等现有算法显著提升了身管寿命预测精度。

火炮身管内膛表面材料强度退化机理研究

火炮射击过程中身管在热、力、化学等因素作用下平均每发射弹会产生微米级的内径扩大,是造成身管寿命终止的主要原因,研究内膛表面材料性能变化对揭示身管寿命机理具有重要意义。通过分析某寿命终止155 mm口径身管内膛表面材料组织和性能,获得了身管不同部位内膛表面材料组织形貌、厚度及力学性能。结合身管温度梯度分析及烧蚀模拟试验,揭示了身管内膛表面材料性能退化机理及其与射弹发数关系。研究结果表明:身管寿命初期,在火药燃气作用下内膛表面材料相变形成硬化层,硬化层厚度与火药燃气温度及作用时间相关;身管烧蚀磨损发生在硬化层表面,硬化层常温下硬度和强度比基体高1倍,呈现硬脆特征,高温下硬度和强度迅速下降,在弹带摩擦及气流冲刷下造成身管内径扩大。

火炮身管延寿技术研究现状与展望

火炮身管延寿难题长期制约着其综合性能的进一步提升和作战效能的持续发挥,延长身管使用寿命成为现代化及未来战场的迫切需求。通过概括影响火炮身管寿命的主要因素,从改进发射药、身管内膛表面处理、优化弹丸和膛线设计、炮钢材料改进、磁控等离子体抗烧蚀技术等方面阐述当前用于火炮身管延寿的主要技术措施,总结相关技术的国内外研究进展,并分析国内在上述技术领域存在的短板。从明晰火炮身管内膛壁面的烧蚀磨损规律,遴选可行延寿方法并多措并举开展科研攻关以及探索并发展磁控等离子体抗烧蚀新技术等方面展望我国在火炮身管延寿领域未来的发展方向。研究成果可为发展火炮身管常规延寿技术提供思路,并为探索新型延寿技术提供启发,进而可为延长身管使用寿命、提升火炮作战效能提供参考和借鉴。

脉冲激光模拟火炮身管热烧蚀行为研究

热烧蚀在火炮身管服役寿命的影响因素中占主导地位,通过脉冲激光模拟烧蚀实验,研究炮钢试样在热作用下的烧蚀行为。采用扫描电镜对烧蚀后的炮钢试样进行形貌观察和成分分析。结果表明,在不同能量的激光照射后,炮钢试样表面出现不同程度的烧蚀,表面形貌以龟裂状裂纹与块状剥落为主,同时发生氧化和熔化现象,表面C元素的析出增加了炮钢试样表层的脆性,导致产生裂纹与剥落。

基于DT-Markov的新型火炮身管状态预测

火炮身管的烧蚀磨损是影响身管寿命的重要原因之一,科学预测火炮身管健康状态对于火炮装备管理具有重要作用。针对新型火炮身管数据样本少、局限性大的问题,提出了一种基于数字孪生的马尔可夫状态预测方法,将身管的烧蚀状态进行了等级划分,采集某新型火炮随发射弹药数变化的身管烧蚀磨损量作为研究数据,建立火炮身管烧蚀的马尔可夫状态预测模型和身管的数字孪生模型,与实体形成虚实映射关系,提高了状态预测的准确性,使装备管理者能够更加清楚地了解装备状态的变化趋势,对提升装备管理水平具有重要意义。

火炮身管静态多参数测量系统的研究

针对目前火炮身管静态参数测量系统存在的精度不高、效率低、结构分散等问题,研制了一种集身管内径、烧蚀磨损及身管弯曲度测量于一体的新型高精度火炮身管测量系统。该测量系统综合利用精密机械制造、光学测试、图像采集与处理、计算机控制及软件设计等学科技术,采用了模块化设计方法,将各测量模块装置在身管膛内行走机构载体上,应用该系统对某两型火炮身管进行实际测量,各项参数指标均符合设计要求,满足了火炮身管静态多参数测量的需求。

火炮身管内表面综合测量系统研究

研究一种用于火炮身管内表面的综合测量系统.该系统主要由环形激光发生器、反射锥镜、CCD相机以及驱动装置等组成,通过对环形激光器投射在被测火炮身管内壁上的环形光斑进行成像和分析计算,可对身管内表面的一个截面形廓进行检测;同时利用身管一段内表面在CCD相机上所成的像,可实现对膛线参数检测、内表面缺陷识别和磨损程度的检测.该系统可在驱动装置的驱动下沿着身管轴线移动,实现对整个身管内表面的综合测量.

火炮身管固有振动特性的有限元传递矩阵法

利用二节点Hemite梁单元对火炮身管进行单元离散,利用传递矩阵进行离散单元之间状态矢量的传递,推导出火炮身管总传递矩阵及振动频率方程.对某火炮身管固有振动特性进行了分析,计算得到了振动频率和振型.用有限元传递矩阵法分析火炮身管固有振动特性,矩阵阶次低,计算所得的固有频率与实际固有频率接近,误差在允许的范围内.

火炮身管测径仪伞状定心结构设计

火炮身管内径磨损量是判别火炮寿命状态的主要依据之一,设计了一种基于伞状定心结构的火炮身管内径测量仪器,该仪器由高精度定心机构和测量机构构成。介绍了该仪器主要构件的设计原理,表明其具有结构简单、可操作性强,适合部队战士使用。分析了测量时可能产生的各种误差,并通过对比该仪器与星形测径仪的实验数据,结果表明本仪器具有总体误差小、精度高等优点,完全可以满足部队相关需求,是一款适合部队使用的火炮身管测径仪器。

基于自适应神经网络的火炮身管结构优化研究

针对火炮多学科优化设计存在计算量大、收敛慢和易陷入局部最优的问题,提出一种基于自适应径向基函数(RBF)神经网络的结构优化方法。编程计算火炮高低温压力曲线,并对ABAQUS有限元软件二次开发将其加载进有限元模型以获取身管的优化目标值,构建其与设计变量间自适应RBF神经网络模型。引入罚函数法处理约束条件,采用遗传算法在模型中求解寻优。每次优化迭代时利用建立的局部和全局分析模型分别选取更新点,增加样本点来更新神经网络,以提高神经网络的局部和全局预测能力。采用典型函数算例和某火炮身管结构多目标优化,实例验证了所提出优化策略的有效性。研究结果表明:身管优化后质量减小了6.63%,结构刚度提高了5.60%,最大等效应力减小了6.34%;与仅使用遗传算法相比,该方法所需的有限元模型调用次数降低了86.5%,运行时间减少了83.3%,为火炮结构设计和优化提供了参考。

火炮身管烧蚀及其防护研究进展

在火炮发射过程中,其身管内膛承受剧烈的烧蚀侵蚀和磨损导致其几何形状和尺寸发生改变,成为直接影响火炮身管射击精度及寿命的关键因素之一。针对该问题,综合论述了钢制火炮身管烧蚀及其防护研究进展,主要包括:火炮身管烧蚀行为、热-化学-机械烧蚀模型、身管内膛耐烧蚀材料、身管内膛耐烧蚀层制备技术、火炮身管结构设计和火药的选择与设计。

火炮身管弯曲度检测方法研究

为实现对火炮身管弯曲度的非接触无损检测,提出不完全整体式结构下的检测方法。利用半导体激光准直光束作为测量参考基准,位置敏感探测器(PSD)作为接受器件,应用单片机实现系统的总体控制,最大程度减化系统外部结构。建立系统数学模型,实现火炮身管直线度的非接触无损自动检测,最终达到预期的效果。

火炮身管烧蚀磨损的灰色预测模型

为了准确地获得火炮身管烧蚀磨损量变化情况,根据火炮在发射过程中的膛内特性,分析了火炮身管的烧蚀磨损规律,利用灰色系统理论,结合灰色Verhulst模型特性,提出了一种火炮身管的烧蚀磨损量的预测模型,并在传统的灰色Verhulst模型基础上进行了预测模型的优化。通过对某型火炮身管烧蚀磨损量的数据验证及对比,证明了优化灰色Verhulst模型的准确性,为火炮在实际应用过程中的身管烧蚀磨损的准确预测及火炮身管寿命的判决提供了一种可行的求解方法。

Φ25mm火炮身管直线度光电测量方法

基于激光准直和光电探测原理与技术,并借鉴象限探测法、精密机械、伺服控制技术和计算机技术研制了一种用于Φ25mm火炮身管直线度的光电测量系统。给出了系统的总体结构,对系统的测量原理进行了理论分析,得到了身管直线度的计算公式,建立了解决光电靶偏心的数学模型。并将测量系统应用于长1.15m的Φ25mm精加工孔标准件进行两组采样,每组采样步长为100mm。实测的结果表明:测量系统分辨率可以达到0.005mm,测量误差小于0.015mm,重复性测量精度优于±0.009mm,说明测量方法是可行的。

火炮身管内壁磁控溅射氮化物层的性能

为了提高火炮身管的力学硬度和弹性模量，在PCrNi3Mo钢表面磁控溅射了TiAlN，CrAlN2种氮化物防护层。利用激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪（XRD）对2种溅射层的形貌及结构进行了表征，采用纳米压痕仪测试了基材与2种溅射层的硬度和弹性模量。结果表明：CrAlN层表面相对平整光滑致密，表面粗糙度较小（R2=0．004～0．006μm），TiAlN层表面粗糙度相对较大（Ra=0．005～0．021μm）；CrAlN层表面生成的主晶相为CrN，TiAlN层表面生成的主晶相为TiN，2种晶相分别沿（110）和（200）面呈现择优取向；CrAlN层硬度和弹性模量分别为20．39，288．8GPa，TiAlN分别为14．51，267．70GPa，较基材（5．57，258．00GPa）均有显著提高，其中CrAlN层提高最为显著。

火炮身管直线度检测系统总体设计

针对传统火炮身管直线度检测存在的深膛受限、精度较差、自动化程度较低等不足,设计了一种基于光电位置传感器的适用于不同口径、不同长度身管的火炮身管直线度检测分析系统,由直线度检测硬件分系统与直线度数据分析处理软件分系统组成.重点分析了检测硬件分系统的工作原理及各组件功用与组成,包括机械部分、光学部分和电路部分.该检测系统能满足现代化作战条件下武器系统快速、便捷检测的要求,具有较强的实用意义.