火炮身管損傷探析

朱 瑞 姚富山 王宏日

（陸軍裝甲兵學(xué)院士官學(xué)校，長(zhǎng)春 130117）

管狀發(fā)射武器是以火藥為能源，利用火藥在身管內(nèi)燃燒產(chǎn)生的火藥氣體推動(dòng)彈丸運(yùn)動(dòng)，直至命中目標(biāo)。當(dāng)今的火炮基本都屬于管射武器的一種?；鹋谏砉苁怯绊懞蜎Q定彈丸的初始速度、旋轉(zhuǎn)速度與飛行方向的重要部件，也是在彈丸發(fā)射中承受火藥氣體壓力最大、工作條件最苛刻的部件，因此，火炮身管在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選擇材料和加工制造工藝上都有非常高的標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 火炮身管壽命判定

火炮身管壽命主要是指在喪失所規(guī)定的彈道性能之前能夠發(fā)射彈丸的數(shù)量。由于火藥氣體壓力和彈丸引部對(duì)身管內(nèi)膛表面的作用，導(dǎo)致身管內(nèi)膛表面和膛徑會(huì)發(fā)生變化，造成身管燒蝕和損傷，使彈丸在膛內(nèi)的彈道性能發(fā)生變化，無法滿足正常的裝填條件和彈丸發(fā)射，使彈丸無法達(dá)到規(guī)定的初速和轉(zhuǎn)速，無法滿足戰(zhàn)術(shù)性能要求。所以，身管內(nèi)膛的燒蝕與磨損，是身管壽命終止的主要原因，是身管在正常膛壓下射擊的基本失效過程。

火炮身管燒蝕磨損是一種破壞現(xiàn)象，主要由于發(fā)射彈丸時(shí)產(chǎn)生的熱能、機(jī)械能和化學(xué)等多方面因素同時(shí)作用于身管內(nèi)膛表面而產(chǎn)生的，這種破壞現(xiàn)象主要表現(xiàn)包括以下幾方面。第一，彈丸初速降低，彈丸初速下降會(huì)導(dǎo)致火炮有效射程下降，縮短火炮直射距離，一般情況下，火炮初速下降10%，基本上就可以判斷身管報(bào)廢，彈道性能要求與初速減退量要求成正比，彈道性能要求較高，初速減退量的要求也更高。第二，射擊精度下降，由于身管內(nèi)膛燒蝕磨損，彈丸在膛內(nèi)無法滿足相應(yīng)的內(nèi)彈道性能，導(dǎo)致飛行穩(wěn)定性變差，使彈丸的射彈散布變大，導(dǎo)致射擊精度下降。第三，膛內(nèi)壓力下降，彈丸引信無法解除保險(xiǎn)是膛壓下降最顯著的標(biāo)志，一般是在30%左右，對(duì)于加農(nóng)炮身管，引信瞎火的情況出現(xiàn)概率相對(duì)較小，可以通過測(cè)量膛內(nèi)直徑磨損量或立靶密集度進(jìn)行判定。第四，出現(xiàn)彈丸早炸、近彈或引信連續(xù)瞎火的現(xiàn)象，在實(shí)際射擊中，使用人員的判斷依據(jù)主要是通過一些現(xiàn)象來判斷，主要包括彈帶削光、近彈、早炸和引信連續(xù)瞎火，同時(shí)，初速下降、射彈散布面積增大以及膛壓下降等都可以作為參考因素。

2 火炮身管損傷的主要原因

身管內(nèi)膛的磨損和燒蝕是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的作用過程，主要是受火藥氣體、彈丸反復(fù)作用等因素影響，同時(shí)與身管內(nèi)膛選用材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)。主要影響因素包括火藥氣體的熱能作用、火藥氣體的動(dòng)力作用、火藥氣體對(duì)膛壁的物理化學(xué)作用和彈丸對(duì)內(nèi)膛材料的直接作用。

2.1 火藥氣體的燒蝕

在火炮身管內(nèi)膛燒蝕磨損的影響因素中，熱能起主導(dǎo)作用。發(fā)射時(shí)，膛內(nèi)火藥氣體溫度高達(dá)幾千攝氏度，膛面金屬表面層瞬時(shí)溫度可達(dá)千度左右，在整個(gè)發(fā)射過程中，熱量無法快速散失，會(huì)導(dǎo)致身管內(nèi)表面形成燒蝕層，使膛內(nèi)表面層金屬特性發(fā)生變化，熔點(diǎn)降低；在連續(xù)射擊過程中，由于高溫反復(fù)作用，在內(nèi)表面產(chǎn)生燒蝕裂紋，裂紋會(huì)隨著射彈數(shù)的增加而不斷變化，造成嚴(yán)重?zé)g。

2.2 火藥氣體動(dòng)力作用

由于火藥氣體對(duì)內(nèi)膛破壞作用十分明顯，彈后膛線起始部位高溫高壓的火藥氣體高速?zèng)_過彈帶與膛壁之間的縫隙，使膛內(nèi)表層溫度迅速升高甚至融化，金屬被火藥氣體氣流沖走，使燒蝕面不斷剝落，裂痕逐漸加大加深，使彈道性能達(dá)不到相應(yīng)要求。

2.3 火藥氣體的化學(xué)作用

火炮發(fā)射環(huán)境溫度和壓力會(huì)非常高，同時(shí)，在發(fā)射過程中會(huì)伴隨出現(xiàn)一些化學(xué)現(xiàn)象，加劇了火炮身管內(nèi)膛的燒蝕磨損。無論是使用單基或雙基發(fā)射藥，身管內(nèi)膛表面材料在高溫作用下會(huì)達(dá)到相變點(diǎn)以上，形成鐵基化合物、奧氏體及馬氏體等化學(xué)產(chǎn)物。同時(shí)，在彈丸發(fā)射過程中，會(huì)產(chǎn)生大量碳元素氣體，降低身管內(nèi)膛材料的強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能，導(dǎo)致內(nèi)壁金屬熔點(diǎn)下降，被火藥氣體沖刷掉。

2.4 彈丸直接作用

彈丸嵌入膛線的過程，是整個(gè)發(fā)射過程的關(guān)鍵時(shí)期，直接影響彈丸的內(nèi)彈道性能。坡膛作為連接部分，在彈丸擠進(jìn)坡膛的過程中，會(huì)發(fā)生磨損現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為炮膛內(nèi)徑增大、身管藥室變長(zhǎng)；彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，陽線的頂部和導(dǎo)轉(zhuǎn)側(cè)受到彈帶的機(jī)械磨損，導(dǎo)致徑向尺寸不斷變大；彈帶及彈體本身也會(huì)對(duì)炮膛內(nèi)壁表面產(chǎn)生擠壓力和摩擦力，同樣也會(huì)使炮膛磨損。

3 延長(zhǎng)火炮身管壽命的主要措施

身管損傷主要是高溫高壓火藥氣體的反復(fù)作用，同時(shí)彈丸對(duì)身管內(nèi)膛的物理、化學(xué)和力學(xué)的綜合作用也是不可忽視的因素，結(jié)合身管損傷影響因素，可從發(fā)射裝藥、身管加工、彈藥使用及維護(hù)保養(yǎng)幾方面加強(qiáng)研究，延長(zhǎng)火炮身管壽命。

3.1 采用低爆溫、高性能發(fā)射藥

常用的硝基胍火藥等裝藥，燒蝕性能雖然比較小，但能量上相對(duì)來說也較低，可以加大對(duì)高能火藥的研究，如三基藥等裝藥。

3.2 改進(jìn)身管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，創(chuàng)新加工工藝

為使彈丸平穩(wěn)緩和嵌入膛線，可以對(duì)身管內(nèi)膛進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，比如，改進(jìn)坡膛錐度、膛線纏度等，根據(jù)內(nèi)彈道特點(diǎn)，充分利用漸速膛線優(yōu)點(diǎn)，代替等齊膛線。同時(shí)，可以采用液壓自緊、內(nèi)膛鍍鉻等工藝來提高身管抗燒蝕性能。

3.3 遵守彈藥使用規(guī)定

嚴(yán)格遵守彈藥使用規(guī)定，能滿足戰(zhàn)術(shù)要求時(shí)盡量使用低標(biāo)號(hào)彈藥或減裝藥，加大火炮射擊時(shí)間間隔，不必要時(shí)避免高頻率射擊。

3.4 維護(hù)保養(yǎng)

按照相關(guān)使用要求對(duì)火炮進(jìn)行檢查，射擊完畢后及時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)擦拭和維護(hù)火炮，延長(zhǎng)火炮壽命。