某榴弹发射器枪管瞬态热结构耦合分析

                                  王菲，廖振强，冯海星

                        (南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京)

枪管是枪械的基本构件。因为射击时枪管要承受火药燃气作用，所以枪管应有足够的强度、刚度、韧性和耐烧蚀能力。武器射击过程中的枪管发热会不同程度地影响武器作战效能的发挥。不同的传热条件使武器的弹道性能发生变化，当环境温度高时，初速、膛压要增大，反之亦然。身管发热后将发生不同程度的变形、弯曲和磨损，这些都会影响武器的精度［1］。为了提高武器的使用性能，就必须研究膛内传热机理，找出降低膛内温度的方法。

1传热学基本理论

   只要有温差存在，就会有热量自发地从高温区域传递到低温区域，其传热方式有3种：传导、对流和辐射［2］

   a.传导，或称导热。传导是指导热物体内部质点互相直接接触，或不同物体直接接触，因组成该物体的各物质的原子、分子和自由电子的额外运动而引起的能量交换。身管内壁的热量传给身管的外壁属于热传导。

   b.对流。对流换热是指一种依靠流体的运动把热量由高温区域传递到低温区域的传热方式。身管外壁与周围空气的换热属于这一类型。对流换热分为自然对流换热及强制对流换热。火药气体与内壁面的换热主要属于后者。气体与身管壁的接触亦伴有热传导。

    c.辐射。辐射换热是物质在高温状态下依靠电磁波发射能量的过程，同时伴有能量转换。

高温火药气体会对外热辐射，高温的身管壁也会对外热辐射，因此在研究武器的传热时需要考虑这一因素。在实际的换热过程中，这3种换热方式不是孤立存在的，热量的传递过程很复杂，往往是复合换热。

2枪管射击过程中的传热理论

    弹丸发射时火药燃气的温度会使身管温度升高，会对管壁温度、枪管刚度及内膛强度产生严重影响。因此，在进行枪管强度设计之前应先了解管壁的温度情况［3］。

    a.枪管温度近似计算公式。枪管温度场的计算较复杂，常把管壁内的热传导问题简化为一维不稳定的导热问题。这样便得到枪管内壁一维径向传热控制微分方程，即目前常用的光滑圆管一维非定常公式。式中：T为枪管内壁温度，K；t为时间，s；r为枪管内壁某点与枪管对称轴之间的距离，m；α为枪管内壁导热系数，m2/s。

    b.单发射击时管壁的温度状况。

    单发射击时，因枪管内壁从火药燃气中获取热量的时间极短，使枪管发热的能量有限。但由于获取热量的时间极短，枪管内壁获得的热量来不及向……

作者简介：王菲（1990—），女，新疆克拉玛依人，南京理工大学硕士研究生，主要研究方向为特种机械结构设计与动力学仿真。

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