某大口径火炮身管坡膛结构优化设计

张鑫，于存贵，牛志鹏，梁林，邹利波

(1.南京理工大学 机械工程学院，江苏 南京 210094；2.中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南 郑州 450015)

身管内膛烧蚀磨损主要集中在坡膛和膛线起始部[1]，弹带挤进膛线时期，身管坡膛部分承受弹带巨大的挤压力与剪切力，弹带发生弹塑性变形，整个大变形过程持续到弹带挤进全深膛线后基本结束。挤进过程伴随着能量的转化与耗散，耗散的能量大多以热能的形式积聚在炮膛内，短时间内大量热量的积聚会加剧内膛的烧蚀磨损，对身管寿命不利。能量耗散规律与坡膛结构有很大关系，优化出合理的坡膛结构对提高身管寿命具有重要意义。

文献[2]通过试验与仿真结合的手段，对3种不同坡膛结构下的弹带挤进过程进行了有限元仿真，研究发现坡膛长度越长，挤进阻力越小；文献[3]运用显式非线性有限元算法对两种不同结构坡膛的挤进过程进行瞬态动力学数值模拟，研究发现短坡膛相比长坡膛工况，阳线起始点的法向接触力和剪切力峰值更大；文献[4]对不同坡膛锥度下内弹道性能的影响进行了对比分析。现有文献并未提出针对坡膛结构的优化方法。笔者从挤进过程能量转化与耗散角度出发，对某大口径火炮身管坡膛结构进行优化设计。

1 计算模型

1.1 仿真模型基本假设

仿真模型作出如下基本假设：忽略身管的后坐运动；忽略火药燃气的热因素对挤进过程的影响；弹体和身管在发射过程中只发生弹性变形；……