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高低溫環(huán)境試驗(yàn)箱中的武器溫升分析
高低溫環(huán)境試驗(yàn)箱中的武器溫升分析
摘要：隨著科技的發(fā)展, 武器的高低溫試驗(yàn)變得越來(lái)越重要了, 但無(wú)論是固定式高低溫試驗(yàn)系統(tǒng)還是機(jī)動(dòng)式高低溫試驗(yàn)系統(tǒng), 當(dāng)武器脫離高低溫試驗(yàn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入性能試驗(yàn)過程中, 武器本身的溫度對(duì)周圍環(huán)境溫度存在突變, 而武器與周圍環(huán)境的熱量交換將影響武器性能試驗(yàn)。本文針對(duì)此問題以火炮炮管溫升為例進(jìn)行分析,得到了火炮系統(tǒng)溫升隨時(shí)間變化的規(guī)律, 為試驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間確定提供了依據(jù)。
1　引言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, **裝備的復(fù)雜程度日益增加, 現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)使復(fù)雜的武器系統(tǒng)面臨嚴(yán)酷使用環(huán)境的考驗(yàn), 它既要在60℃左右的高溫環(huán)境下工作, 又要在- 40℃左右的低溫環(huán)境下工作; 既要在高原低氣壓和風(fēng)沙條件下工作, 又要在海上和沼澤地中工作。這都要對(duì)武器系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響, 比如高溫會(huì)引起老化, 使絕緣失效, 低溫會(huì)引起零件體積縮小使機(jī)械強(qiáng)度降低等。因此, 環(huán)境試驗(yàn)是海、陸、空武器系統(tǒng)性能試驗(yàn)的一個(gè)重要組成部分。在國(guó)內(nèi),目前高低溫環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備很多, 有固定式(土建結(jié)構(gòu)或板拼結(jié)構(gòu)) 的高低溫設(shè)備, 以及濕熱、鹽霧等多功能的環(huán)境試驗(yàn)室。試驗(yàn)條件要求當(dāng)武器升降溫到一定溫度值時(shí), 保溫庫(kù)體快速后撤, 武器立即進(jìn)行射擊等性能試驗(yàn)。無(wú)論是固定式的高低溫設(shè)備還是機(jī)動(dòng)式高低溫系統(tǒng), 武器須脫離高低溫系統(tǒng)然后進(jìn)行性能試驗(yàn)。在這一過程中, 武器本身的溫度相對(duì)周圍環(huán)境溫度存在著突變, 因此在保溫庫(kù)體后撤過程中, 武器與周圍環(huán)境進(jìn)行熱量交換, 引起武器表面溫度的變化, 從而影響武器的性能試驗(yàn)。本文針對(duì)此問題以火炮炮管溫升為例進(jìn)行分析, 得到了火炮系統(tǒng)高低溫試驗(yàn)的溫升隨時(shí)間的變化規(guī)律, 為不同武器系統(tǒng)試驗(yàn)反應(yīng)時(shí)間的確定提供了依據(jù)。
2　模型的建立
以140 口徑火炮武器的身管為例, 火炮壁厚簡(jiǎn)化為20mm 等壁厚, 并作如下假設(shè):
(1) 忽略身管長(zhǎng)度對(duì)傳熱的影響;
(2) 身管內(nèi)表面與身管內(nèi)空氣也存在對(duì)流換熱, 且一段封閉;
(3) 忽略身管沿長(zhǎng)度方向的厚度變化對(duì)溫升的影響。
因此該模型簡(jiǎn)化為一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題。身管計(jì)算
模型如圖1 所示。
3　理論分析
由一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱理論知, 炮管在柱標(biāo)系下的導(dǎo)熱微分方程及初值和邊界條件為:

A—導(dǎo)溫系數(shù), 取A= 1. 240×10- 5m 2ös A
1—身管內(nèi)表面對(duì)空氣的換熱系數(shù)
A2
—身管外表面對(duì)空氣的換熱系數(shù)tf 1—身管內(nèi)空氣溫度
tf 2—空氣溫度tw 1—膛內(nèi)溫度
tw 2—身管外表面溫度
3. 1　內(nèi)部結(jié)點(diǎn)的有限差分方程
這里采用顯式中心差分格式, 用下標(biāo)i 表示節(jié)點(diǎn)的空間位置, 用上標(biāo)k 表示所處的時(shí)
刻。

式中$ r 為距離步長(zhǎng)
將(5)、(6)、(7) 代入導(dǎo)熱微分方程
3. 3　穩(wěn)定性條件分析
從第(8) 式中可以看出k+ 1 時(shí)刻, 壁內(nèi)各等溫面上的溫度。

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