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(zhuǎn)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(yīng)時間確定提供了依據(jù)。
1　引言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, **裝備的復(fù)雜程度日益增加, 現(xiàn)代戰(zhàn)爭使復(fù)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(fēng)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(chǎn)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(nèi),目前高低溫環(huán)境試驗設(shè)備很多, 有固定式(土建結(jié)構(gòu)或板拼結(jié)構(gòu)) 的高低溫設(shè)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一定溫度值時, 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(shè)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(yīng)時間的確定提供了依據(jù)。
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(shè):
(1) 忽略身管長度對傳熱的影響;
(2) 身管內(nèi)表面與身管內(nèi)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(dǎo)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(dǎo)熱理論知, 炮管在柱標系下的導(dǎo)熱微分方程及初值和邊界條件為:

A—導(dǎo)溫系數(shù), 取A= 1. 240×10- 5m 2ös A
1—身管內(nèi)表面對空氣的換熱系數(shù)
A2
—身管外表面對空氣的換熱系數(shù)tf 1—身管內(nèi)空氣溫度
tf 2—空氣溫度tw 1—膛內(nèi)溫度
tw 2—身管外表面溫度
3. 1　內(nèi)部結(jié)點的有限差分方程
這里采用顯式中心差分格式, 用下標i 表示節(jié)點的空間位置, 用上標k 表示所處的時
刻。

式中$ r 為距離步長
將(5)、(6)、(7) 代入導(dǎo)熱微分方程
3. 3　穩(wěn)定性條件分析
從第(8) 式中可以看出k+ 1 時刻, 壁內(nèi)各等溫面上的溫度。