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高低温环境试验箱中的武器温升分析

高低温环境试验箱中的武器温升分析
摘要:随着科技的发展, 武器的高低温试验变得越来越重要了, 但无论是固定式高低温试验系统还是机动式高低温试验系统, 当武器脱离高低温试验系统转入性能试验过程中, 武器本身的温度对周围环境温度存在突变, 而武器与周围环境的热量交换将影响武器性能试验。本文针对此问题以火炮炮管温升为例进行分析,得到了火炮系统温升随时间变化的规律, 为试验反应时间确定提供了依据。
1 引言
随着科学技术的发展, 军事装备的复杂程度日益增加, 现代战争使复杂的武器系统面临严酷使用环境的考验, 它既要在60℃左右的高温环境下工作, 又要在- 40℃左右的低温环境下工作; 既要在高原低气压和风沙条件下工作, 又要在海上和沼泽地中工作。这都要对武器系统的性能产生影响, 比如高温会引起老化, 使绝缘失效, 低温会引起零件体积缩小使机械强度降低等。因此, 环境试验是海、陆、空武器系统性能试验的一个重要组成部分。在国内,目前高低温环境试验设备很多, 有固定式(土建结构或板拼结构) 的高低温设备, 以及湿热、盐雾等多功能的环境试验室。试验条件要求当武器升降温到一定温度值时, 保温库体快速后撤, 武器立即进行射击等性能试验。无论是固定式的高低温设备还是机动式高低温系统, 武器须脱离高低温系统然后进行性能试验。在这一过程中, 武器本身的温度相对周围环境温度存在着突变, 因此在保温库体后撤过程中, 武器与周围环境进行热量交换, 引起武器表面温度的变化, 从而影响武器的性能试验。本文针对此问题以火炮炮管温升为例进行分析, 得到了火炮系统高低温试验的温升随时间的变化规律, 为不同武器系统试验反应时间的确定提供了依据。
2 模型的建立
以140 口径火炮武器的身管为例, 火炮壁厚简化为20mm 等壁厚, 并作如下假设:
(1) 忽略身管长度对传热的影响;
(2) 身管内表面与身管内空气也存在对流换热, 且一段封闭;
(3) 忽略身管沿长度方向的厚度变化对温升的影响。
因此该模型简化为一维非稳态导热问题。身管计算
模型如图1 所示。
3 理论分析
由一维非稳态导热理论知, 炮管在柱标系下的导热微分方程及初值和边界条件为:

A—导温系数, 取A= 1. 240×10- 5m 2ös A
1—身管内表面对空气的换热系数
A2
—身管外表面对空气的换热系数tf 1—身管内空气温度
tf 2—空气温度tw 1—膛内温度
tw 2—身管外表面温度
3. 1 内部结点的有限差分方程
这里采用显式中心差分格式, 用下标i 表示节点的空间位置, 用上标k 表示所处的时
刻。

式中$ r 为距离步长
将(5)、(6)、(7) 代入导热微分方程
3. 3 稳定性条件分析
从第(8) 式中可以看出k+ 1 时刻, 壁内各等温面上的温度。

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