浅析火炮身管寿命预测技术发展

2016-10-21陈屹峣

科技与企业 2016年8期

陈屹峣

【摘要】在军事设计中，从事炮火研究、使用、生产以及设计的人员已经开始密切关注火炮身管寿命的问题。本文对火炮身管寿命的定义进行论述并预测了在这一方面上的发展历程，根据这一方面的技术取得的成果，还提出了对其寿命实施动态预测的方法，并做出初步探讨，确定对实现该方法的关键所在。

【关键词】火炮；身管寿命；发展历程

火炮的寿命长短取决于其身管的寿命。弹丸以及火药在发射过程中对身管的磨损，会逐渐改变身管的性能，其寿命也会慢慢减少，直到不能够继续使用。因為火炮在射击的时候身管是处于一个高温、高速磨损的状态，所以，利用测试装置很难对身管的寿命做出有效的预测。同时，还有很多形式可以耗尽身管的寿命，所以，在其寿命上的问题始终没有得到一个比较完美的解决方法。

一、火炮身管寿命的定义

火炮在射击的时候，其身管在高速运动的炮弹以及高压、高温的火药气体摩擦下，内膛尺寸、形状都会发生改变，从而导致火炮的性能大大下降，当其性能下降一定程度，即会终止身管的寿命。因为终止身管寿命的方式有很多，比如：炸膛、连续瞎火以及弹丸早炸等因素，所以，很多关于这方面的专家重点研究了身管寿命的问题，并建立了身管寿命在不同角度以及不同条件下的定义。

1.1身管弹道的寿命

在火炮发射的时候，火药的气体对身管造成的压力被称作膛压，炮弹的速度叫初速，初速以及膛压的误差是火炮的参数，叫做内弹道性能。其弹道性能是根据炮弹数量的增加而变化，弹道性能下降到一定程度就不能够完成战斗的任务，就视为寿命结束，这种描述方法被叫做弹道寿命。这是从火炮设计的角度进行定义的，一般通过连续瞎火、弹丸早炸以及初速下降等一些现象表示其寿命终止。身管弹道的寿命通常是在火炮的生产、设计以及研究上应用，一般是在靶场的环境下才可以进行检测，但是在基层作战的部队因为作战任务以及检测装备等条件的限制下还没有办法去实现通过检测弹道的寿命去预测身管的寿命。

1.2身管疲劳寿命

这是指炮火在多次射击后，在盈利以及热化学的重复作用下，机械的性能不断的下降，其内膛表面有了裂纹，并且还在不断的扩张，直到破裂，这就是身管寿命的终止。实践证明，在身管工艺以及材料学的快速发展下，身管的寿命比弹道的寿命要高很多，而且在测试技术的限制下，这种判断方式没有办法得到推广运用。所以，在身管疲劳寿命上的研究变得越来越少。

1.3极限寿命

身管的极限寿命指的是火炮在越来越多的射击后，出现了发射弹丸飞行不稳定以及弹带消光等状态，已经无法去战斗。因为预测极限状态比较困难，而且对其检测的方法比较复杂，所以不适合用在部队对身管寿命进行检测。

1.4身管使用寿命

身管使用寿命就是指在极限寿命或者身管弹道寿命的基础上，规定一个提前量，作为其寿命的判断条件，从而方便使用以及管理火炮，比如对于高炮、舰炮等一些小口径的火炮，在发射一定数量的炮弹后必须更换身管；而大口径火炮的寿命终止是指初速下降量到达一定的数值。通过这种定义一般到不了身管的极限状态就视为寿命终止，要进行更换，但是因为这种方法比较简单，所以部队一般都是采用这种方式去判断身管是否可以继续使用。

1.5经济寿命

经济寿命就是说火炮火炮在使用了很长时间之后，对其进行的保养维护所花费的费用已经达到购买一个新的火炮的时候，就视为其寿命终止。为了管理方便，通常都是在维修三次之后，就要更换新的火炮。实际上身管的寿命和经济寿命没有太大的关系，经济寿命终止的是火炮，并不是身管。

二、火炮身管寿命预测技术发展

伴随火炮的性能不断提高，火炮身管寿命的问题也相继出现。因为其寿命和射击的效果以及维修有很大的关系，所以，身管寿命的问题是由火炮不断提高的性能引起的。很多专家在这一问题上进行了深入的研究，到现如今，已经有了很大的研究成果，在这方面上的发展有三个阶段：

2.1第一阶段（二十世纪九十年代以前）

在火炮不断提高的性能下，火炮射击的时候对内膛造成的磨损程度越来越大，这对身管寿命问题有很大的影响。所以，在火炮技术的快速发展下，其身管寿命的问题已经变成影响火炮性能的主要因素，大概到二十世纪七十年代以后，很多国家都开始大力关注身管寿命这一方面的问题。很多国家分析了火炮寿命的预测技术，明确了初速下降的判断方法等传统方式对火炮寿命判别的局限性，并且在火炮发射时身管寿命的下降是因为弹丸和火药的磨蚀作用这一主要因素上达成共识，所以就有了通过膛线磨损梁去判别火炮身管寿命的方法。相关研究人员认为，在身管寿命判别上通过火炮膛线径向磨损量的理论，能从火炮寿命以及火炮弹道性能两点进行解释。首先，在性能方面来讲，发射弹丸会使身管内膛扩大是通过一些装置观测到的，内膛扩大会导致弹丸发射时压力下降，从而使其初速下降，当内膛扩大到一定程度的时候，就没有办法满足炮弹的发射，这就判定为身管寿命已经终止。其次，膛线径向磨损量判别方法的合理性可以从火炮寿命上进行解释，事实证明膛线深度和其磨损量之间是有一定的关系的，磨损量加大，膛线深度就会慢慢减小，这会导致挤压应力变大，当它增加到一定程度后，就会出现一些弹带削光等表示其寿命完结的现象，这也表示着火炮身管的寿命和磨损量也是有一定关系的。根据上面两点的分析，磨损量判别法马上得到了很多专家的认同，直到今天，它仍然被认为是目前对身管寿命判别的最有效的方法。

2.2第二阶段（二十世纪九十年代到二零零七年）

确定了身管寿命下降的主要因素是磨损，并在提出这一判别法后，各国对身管寿命研究的重点马上转移到磨损量上。在不断的实践后，我国慢慢把内膛阳线的磨损量作为判别身管寿命的标准，但是西方一些国家却是在其向炮口移动一英寸地方的磨损量作为判别身管寿命的标准。

同时，很多国家围绕这一点做出大量的实验，从而得出和磨损量变化过程没有关系，但是和磨损量有关系的这个结论，这使在这方面的研究得到了简单化，就是通过磨损量就能够判断身管的寿命。所以，这个时期内我国开发了一种测量磨损量的装置。但是这种测量装置测量的结果会有一定的误差，所以对其性能进行改善还有很大的发展空间。

2.3第三阶段（二零零七年到现在）

在许多专家的努力下，第三阶段的研究已经转移到射击研究上。目的就是预测不同射击后的磨损量和标准射击条件下的磨损量之间的关系，从而实现在各种条件下能够对其寿命进行预测。

三、火炮身管寿命动态预测技术

通过磨损量的判别方法对射击条件标准化后，就可以实现通过分析射击条件来预测身管的寿命。所以，只要识别各种影响身管寿命的信息，就能够实现对身管寿命的预测。伴随传感器信号处理的快速发展，以及信息的自动识别，对其寿命的动态预测已经变成现实。

3.1火炮身管寿命动态预测的要求

现如今对于火炮寿命预测的种种方法没有普遍应用，是因为它在操作性、适用性以及科学性等方面存在着一定的缺陷，没有办法应用到火炮生产、设计以及报废、維修等过程中，所以，在火炮身管寿命上建立的动态预测技术一定要包括下面几个方面。

3.1.1科学性

动态预测技术一定要充分利用专家在这方面研究出来的成果，其原理要科学化，而预测的方法应是通过火炮准确的特征去确定对火炮身管寿命的预测。

3.1.2适用性

其适用范围不广泛的主要原因是因为现在各种身管寿命的预测不能够普遍应用，其动态预测技术可以适用于高炮、滑膛炮、舰炮、榴弹炮、加农炮等各种火炮，而且可以应用在火炮生产、设计以及维修等过程，可以准确预测火炮的身管寿命。

3.1.3可操作性

之所以会出现难以预测火炮身管寿命的问题，设备比较复杂的操作性是十分重要的影响因素这就要求火炮寿命预测技术能够有较为方便简介的操作方式，并能够有效的适应不同的环境，从而使得战斗人员能够真正的掌握火炮的身管寿命。