﻿ 大口径舰炮抽壳性能的影响因素研究
 舰船科学技术  2019, Vol. 41 Issue (10): 185-188 PDF

1. 中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南 郑州 450015;
2. 中北大学 机电工程学院，山西 太原 030051

Research on influence factors of heavy caliber naval gun extraction characteristics
LI Xiang1, SHEN Jian2, CHEN Guo-guang2, TIAN Xiao-li2, FU Cai-yue1
1. The 713 Research Institute of CSIC, Zhengzhou 450015, China;
2. School of Electromechanical Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China
Abstract: The research is mainly concentrated on the influence factors of Heavy Caliber Naval Gun extraction characteristics. With theory analysis and finite element simulation, there are the comparison of bore nestling time under different gun pressure raising speed. Moreover, the remain positive pressures between gun and cartridge under varied launch temperatures are analyzed. It is researched which the bore nestling time and remain positive pressures affect the naval gun extraction capability. In the future cartridge design, in order to make the extraction successfully, the ignition powder load curve should be highly paid attention to, and the cartridge should nestle the bore before powder gas overflow.
Key words: naval gun     extraction force     gun pressure raising speed     bore nestling time     remain positive pressure
0 引　言

1 药筒发射过程理论分析模型 1.1 有限元计算理论模型

 图 1 药筒与身管模型 Fig. 1 Cartridge and barrel models

 $\begin{gathered} \int_v {{{\left[ B \right]}^{\rm T}}} \left\{ {\Delta {\sigma _{ij}}} \right\}{\rm d}v = \int_v {{{\left[ N \right]}^{\rm T}}\left\{ W \right\}{\rm d}v} + \\ \begin{array}{*{20}{c}} {}&{}&{} \end{array} \int_{{s_0}} {{{\left[ N \right]}^{\rm T}}\left\{ {\Delta {q_i}} \right\}{\rm d}s} + \sum\limits_i {{{\left[ N \right]}^{\rm T}}\left\{ {{p_i}} \right\}} {\text{。}} \\ \end{gathered}$ (1)

1.2 影响抽壳性能的因素分析

 图 2 有无泄气下的压力分布对比 Fig. 2 Pressure distribution with or without leakage

 图 3 泄气后药筒口部位置压力分布 Fig. 3 Pressure distribution on top of cartridge after leakage

2 有限元计算前处理 2.1 CCAE药筒有限元分析软件

CCAE（Cartridge Computer Aided Engineering）药筒有限元软件系统是2017年由中北大学智能弹药中心在可视化的Windows平台上开发的面向药筒发射强度问题的软件组。CCAE软件针对现代药筒设计过程中药筒与身管之间互相接触的复杂非线性问题进行定量的分析计算。CCAE药筒有限元软件的主要功能如下：

2）可实现模型的智能网格划分，生成高质量的四边形为主体，混有少量三角形单元的混合网格，模型边界处全为四边形单元，贴体良好。

3）可实现受约束、载荷、接触单元的自动识别，自动加载。

4）可实现求解时间的自动调整，使求解在较短的时间内完成。

5）可直接从求解结果中获取退壳力大小。

6）可求解药筒厚度、药筒身管间隙及材料性能与退壳力之间的关系，为药筒设计提供帮助。

7）区域材料定义具有可继承性，方便用户建立有限元模型。

CCAE药筒有限元软件运行后的主界面如图4所示。

 图 4 CCAE药筒有限元软件主界面 Fig. 4 CCAE interface
2.2 计算模型 2.2.1 材料模型

1）药筒包含3个材料区，每个区域内材料具有一致性。身管整体采用同一种材料；

2）身管材料为线弹性，即材料应力应变呈线性关系，外载荷去除后材料的变形可全部恢复；

3）药筒材料为双线性模型。该模型是通过2个直线段来模拟弹塑性材料的本构关系，在弹性阶段和塑性阶段都为线性的材料，2条直线的交点即为应力屈服点。

2.2.2 膛压升速曲线

 图 5 膛压升速曲线 Fig. 5 Gun pressure rising-speed curve
2.2.3 不同温度下的膛压曲线

 图 6 膛压曲线 Fig. 6 Gun pressure curve
2.2.4 有限元模型

 图 7 CCAE软件前处理结束后药筒网格分区 Fig. 7 Mesh of cartridge after CCAE preset
3 计算结果 3.1 不同膛压升速下的计算结果

 图 8 膛压升速和药筒贴膛时间的关系曲线 Fig. 8 Relation between gun pressure rising-speed and bore nestling time

3.2 不同膛压曲线下的抽壳力计算结果

 图 9 残余正压力分布曲线 Fig. 9 Remain positive pressure distribution curve

4 结　语

1）通过对高温、常温、低温下药筒的发射过程进行有限元分析，得到不同工况下药筒在实际膛压曲线下的贴膛时间；

2）分析计算5种膛压上升速率与对应的药筒口部贴膛时间关系，得到药筒口部的贴膛时间随着膛压升速的增大而缩短。如果药筒口部有漏气现象存在，药筒口部无法顺利贴膛。

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