高低溫環(huán)境試驗箱中的武器溫升分析

摘要：隨著科技的發(fā)展, 武器的高低溫試驗變得越來越重要了, 但無論是固定式高低溫試驗系統(tǒng)還是機動式高低溫試驗系統(tǒng), 當武器脫離高低溫試驗系統(tǒng)轉入性能試驗過程中, 武器本身的溫度對周圍環(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。本文針對此問題以火炮炮管溫升為例進行分析,得到了火炮系統(tǒng)溫升隨時間變化的規(guī)律, 為試驗反應時間確定提供了依據。

1　引言

隨著科學技術的發(fā)展, 軍事裝備的復雜程度日益增加, 現(xiàn)代戰(zhàn)爭使復雜的武器系統(tǒng)面臨嚴酷使用環(huán)境的考驗, 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沙條件下工作, 又要在海上和沼澤地中工作。這都要對武器系統(tǒng)的性能產生影響, 比如高溫會引起老化, 使絕緣失效, 低溫會引起零件體積縮小使機械強度降低等。因此, 環(huán)境試驗是海、陸、空武器系統(tǒng)性能試驗的一個重要組成部分。在國內,目前高低溫環(huán)境試驗設備很多, 有固定式(土建結構或板拼結構) 的高低溫設備, 以及濕熱、鹽霧等多功能的環(huán)境試驗室。試驗條件要求當武器升降溫到溫度值時, 保溫庫體快速后撤, 武器立即進行射擊等性能試驗。無論是固定式的高低溫設備還是機動式高低溫系統(tǒng), 武器須脫離高低溫系統(tǒng)然后進行性能試驗。在這一過程中, 武器本身的溫度相對周圍環(huán)境溫度存在著突變, 因此在保溫庫體后撤過程中, 武器與周圍環(huán)境進行熱量交換, 引起武器表面溫度的變化, 從而影響武器的性能試驗。本文針對此問題以火炮炮管溫升為例進行分析, 得到了火炮系統(tǒng)高低溫試驗的溫升隨時間的變化規(guī)律, 為不同武器系統(tǒng)試驗反應時間的確定提供了依據。

2　模型的建立

以140 口徑火炮武器的身管為例, 火炮壁厚簡化為20mm 等壁厚, 并作如下假設:

(1) 忽略身管長度對傳熱的影響;

(2) 身管內表面與身管內空氣也存在對流換熱, 且一段封閉;

(3) 忽略身管沿長度方向的厚度變化對溫升的影響。

因此該模型簡化為一維非穩(wěn)態(tài)導熱問題。身管計算

模型如圖1 所示。

3　理論分析

由一維非穩(wěn)態(tài)導熱理論知, 炮管在柱標系下的導熱微分方程及初值和邊界條件為