理论教育 药筒在射击中的移动和变形问题

药筒在射击中的移动和变形问题

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:射击时,根据火药气体压力的变化情况,可将药筒的移动和变形分为以下四个阶段来研究。与此同时,闭锁构件开始产生压缩变形,药筒沿轴向移动和伸长。而膛内高温火药气体对药筒壁加热,使药筒产生温度变形。该阶段末期,药筒的变形量达到最大值。这时药筒与弹膛间可能产生间隙,也可能产生过盈,且药筒与弹膛仍处于热变形中。另外,药筒的温度一般比弹膛的高,它的热变形不利于抽壳。

药筒在射击中的移动和变形问题

射击时,根据火药气体压力的变化情况,可将药筒的移动和变形分为以下四个阶段来研究。

1.第一阶段:从药筒开始膨胀到与膛壁接触为止

该阶段初期,火药气体压力迅速增加,药筒与弹头(丸)同时受到火药气体压力的作用,分别向前和向后移动,消除弹底间隙,药筒特别是其口部将产生径向膨胀,引起切向变形。药筒口部的径向膨胀会使它与弹丸之间出现缝隙,这样火药气体就会从缝隙中溢出,冲入药筒外壁与膛壁之间,有时甚至到达斜肩处。这可由药筒口部被熏黑现象来证实,熏黑的长短与药筒结构尺寸(口部壁厚、力学性能等)及火药燃速等有关。

随着火药气体压力升高,药筒的膨胀量也增大,使初始间隙消除,药筒壁与膛壁接触。与此同时,闭锁构件开始产生压缩变形,药筒沿轴向移动和伸长。由于药筒力学性能和尺寸(壁厚与直径)沿长度方向变化,各部位与膛壁接触先后顺序不同,通常斜肩或筒口先贴膛。

药筒壁在弹性变形范围内所能承受的最大火药气体压力可近似表示为

式中,p为药筒壁在弹性变形范围内所能承受的最大火药气体压力;t为所研究断面处药筒的壁厚;d0为所研究断面处药筒的内径;σe为所研究断面处药筒材料的弹性极限。

以56式7.62 mm步枪弹的钢弹壳为例,它的口部tk=0.29 mm,σek=441 MPa,dk0=7.8 mm,则

即在膛压大于32.7 MPa时,口部开始产生塑性变形。

药筒的弹性相对切向变形量εe1和弹性径向位移量ue可分别表示为

式中,d为所研究断面药筒的外径;E1为药筒材料的弹性模量。(www.daowen.com)

以56式7.62 mm步枪弹的钢弹壳为例,E1=216 GPa,口部dk=8.4 mm,σek=441 MPa,体下部dt=11.35 mm,σet=540 MPa,则口部弹性径向位移量,体下部弹性径向位移量。实际它的口部间隙为0.085~0.22 mm,体下部间隙为0.003~0.088 mm。由计算结果可以看出,弹壳口部在贴膛之前已开始产生塑性变形,从而使材料产生强化。而膛内高温火药气体对药筒壁加热,使药筒产生温度变形。

2.第二阶段:从药筒壁与膛壁接触到最大膛压

该阶段药筒与膛壁一起产生径向变形,而药筒大部分部位产生塑性变形,弹膛仅为弹性变形。同时,在药筒壁紧贴弹膛壁的情况下,作用在药筒底部的火药气体压力,使药筒随闭锁构件的持续压缩而继续产生纵向拉伸。与此同时,药筒与膛壁、枪机紧密接触,在火药气体压力作用下,产生压缩变形;底火室内也受火药气体作用,使底部处于复杂应力状态。火药气体继续对药筒壁加热,药筒和弹膛温度都不断提高,继续产生热变形。

该阶段末期,药筒的变形量达到最大值。若切向变形超过允许值,则药筒产生纵裂;若轴向变形超过允许值,则药筒产生横裂甚至横断。

3.第三阶段:从最大膛压降至大气压力

膛压开始下降后,弹膛产生弹性恢复,恢复到它的初始位置。药筒也产生弹性恢复,但它不能恢复到原来的位置。这时药筒与弹膛间可能产生间隙,也可能产生过盈,且药筒与弹膛仍处于热变形中。

随着膛压下降,药筒也沿轴向做弹性恢复。如果药筒弹性恢复量比枪机的小,则枪机不能自由恢复原位,枪机将压药筒向前,使药筒楔紧在膛内,影响抽壳。另外,药筒的温度一般比弹膛的高,它的热变形不利于抽壳。

4.第四阶段:从膛内压力降到大气压起至抽壳完毕

单发射击时,膛壁温度一般低于药筒温度,药筒将向膛壁传递热量,温度下降,并产生恢复变形(冷缩)。对于自动武器来说,若是在一定压力情况下抽壳,就不存在第四阶段。同时,自动武器的射速高,膛壁温度也高,不利于药筒冷却。

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