关于延长火炮身管寿命的研究

高海朝

摘要：分析了影响炮膛烧蚀磨损的主要因素，指出合理选择火药种类、加入缓蚀剂、进行内膛表面处理以及采用复合材料身管都能有效提高身管的寿命。

关键词：火炮；烧蚀；磨损；内膛表面

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。因为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。

1、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）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。

（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。

（3）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。

2、影响炮膛烧蚀磨损的主要因素

内膛烧蚀磨损是决定身管寿命的关键因素之一，影响烧蚀磨损的因素主要有以下几点：

（1）火药气体与内膛表面金属的化学作用。火炮发射药不论是单基药、双基药还是三基药，都是由碳、氢、氧、氮组成的。火炮全装药时爆热大、烧蚀严重而寿命降低很快。不同成分的火药对烧蚀影响不同，在同样火药质量的条件下爆热低，对炮膛烧蚀作用小。在高压作用下，炽热的富含碳的火药气体源源不断地对剧烈升温的膛壁表面金属进行快速的碳渗入，随着射击发数的增加，渗透量也在增加。渗碳将会使金属的熔点降低几百度，进一步加剧了火炮内膛表面的熔化，熔化的表面很容易被流动的火药气体冲刷而烧蚀严重。目前正在研制高效低烧蚀的火药，它是延长身管寿命的一个重要途径。

（2）火药气体的机械作用。在高温、高压、高速火药气体及弹丸的作用下，对炮膛烧蚀层的冲刷使身管内膛直径不断增大是加速炮膛烧蚀的重要因素。由于它们的速度很快，对膛壁的机械磨损也很大。燃气的高压使内膛膨胀，从而使内膛表面产生龟裂。

（3）火药气体的热作用。剧烈的热作用使炮膛表面极薄的一层金属熔化，这层材料可能被火药气流和弹带带走。火药气体的爆热越大，炮膛烧蚀越严重。火药气体对膛壁的热作用使炮膛表面升温是引起烧蚀磨损的一个重要因素，对身管的寿命有着重要的影响。

3、提高身管寿命的几种措施

烧蚀磨损和金属疲劳是决定身管寿命的两大因素。目前，在炮钢的冶炼中采用的电渣精炼技术，基本上解决了身管由高膛压和减轻质量要求造成的疲劳寿命低的问题。相比之下，身管烧蚀磨损成为火炮身管寿命的主要制约因素。因此，提高身管寿命

的重点是研究解决烧蚀磨损问题。

（1）研制低爆温的火药并使用粒状代替管状发射药。用低火焰温度的发射药传热速率将会降低，也将会导致较低的烧蚀速率；同时粒状药在燃烧时随火药气体一起运动，使火药气体的热量分布均匀，膛线的起始部烧蚀不太严重［3-4］。

（2）镀耐烧蚀金属。通过物理或化学方法在炮膛内表面涂覆一层高溶点、高硬度、高韧性的金属或利用另外元素的渗入来改变金属表面的化学成分以实现表面强化形成耐磨层、抗蚀层等，这是提高身管寿命的重要措施。常用的方法为电镀和化学镀，其中镀铬工艺已普遍应用。铬金属是一种优秀的耐烧蚀料，与炮钢相比铬不仅能抵抗火药燃气的化学作用，而且因相对的高熔点而具有相当的热阻抗，并且化学惰性好，因而可有效减少身管内膛的磨损和烧蚀。

（3）添加缓蚀剂。随着高膛压、高射速武器的发展，缓蚀剂技术越来越受到人们的重视，添加缓蚀剂主要是在膛内起到吸热、融热作用。缓蚀剂的装填量、装填结构、装填方式对身管的烧蚀寿命都有直接的影响，不同的缓蚀剂对不同的火炮有不同的降低烧蚀的作用。在装药的适当位置，加入某些缓蚀剂（有机化合物、无机化合物或是其一定比例的混合物）可降低膛内烧蚀，减缓身管内膛的磨损。因此，缓蚀剂技术是提高身管寿命的很有效的措施之一。

（4）改进火炮的膛线结构及弹带材料以减缓内膛的磨损。渐速膛线比等齐膛线提高寿命明显，将大口径火炮的等齐膛线调整为渐速膛线或混合膛线可以推迟弹带削光时间达到提高火炮寿命的目的。弹带的结构形状、几何尺寸、材料性能是控制和调整火炮弹道性能，提高火炮寿命的重要因素。为消除或减小弹带同已磨损炮膛间隙，提高身管寿命，采用楔形膛线或者在弹带上增加一个或两个直径大、厚度小的凸台，可减小弹丸定位点的变化，这是延长大威力火炮身管寿命的一项重要措施。

4、结束语

本文对火炮身管寿命的预测技术发展进行了介绍，并在前人研究的基础上提出了动态预测技术，结合实际分析了这种技术应该满足的一些要求。

参考文献：

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