喬自平，李峻松，薛鈞（1.北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院，北京100083；.中國兵器工業(yè)第08研究所，北京100）

大口徑機(jī)槍槍管失效規(guī)律研究

喬自平1，2，李峻松2，薛鈞2
（1.北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院，北京100083；2.中國兵器工業(yè)第208研究所，北京102202）

為了研究大口徑槍管在壽命過程中的變化規(guī)律，尋找失效原因，對(duì)兩根不同材料槍管進(jìn)行了綜合壽命試驗(yàn)。分析了內(nèi)膛陽線直徑變化、內(nèi)膛表面形貌變化、密集度、初速下降率及橢圓彈孔率與槍管壽命之間的關(guān)系，得到了某機(jī)槍兩種壽命相差3000發(fā)的壽終槍管的共同規(guī)律為：槍管壽終均表現(xiàn)為橢圓彈孔率超過本組射彈量的50%，內(nèi)膛四錐、五錐的損傷是造成槍管產(chǎn)生橢圓彈孔的根本原因；在射彈量為1 200發(fā)時(shí)，槍管內(nèi)膛五錐處的鉻層已經(jīng)嚴(yán)重成片脫落；由于槍管內(nèi)膛尾部出現(xiàn)了鼓形，用量規(guī)測(cè)量得到的槍管內(nèi)膛直徑大小并不能反應(yīng)槍管性能，但尾部陽線直徑變化越快，槍管壽命越短。

兵器科學(xué)與技術(shù)；槍管；壽命試驗(yàn)；內(nèi)膛；壽命；損傷

0　引言

槍管是槍械的重要零件之一，槍管壽命是指自動(dòng)武器在喪失其要求的彈道性能以前所發(fā)射的槍彈總數(shù)[1]，是槍械壽命的主要指標(biāo)之一。槍管在工作中要承受高溫、高壓、高速氣體的沖刷，受到復(fù)雜的侵蝕，如燒蝕、化學(xué)侵蝕及磨蝕等[2-7]。其內(nèi)膛結(jié)構(gòu)在整個(gè)壽命過程中發(fā)生著復(fù)雜的變化，口徑逐漸變大，身管內(nèi)膛表面不同時(shí)期、不同位置會(huì)產(chǎn)生龜裂、鉻層脫掉、坡膛大面積的燒蝕等，這會(huì)嚴(yán)重影響槍管的性能[8-12]。我國對(duì)槍管壽命的考核標(biāo)準(zhǔn)有3項(xiàng)指標(biāo)，分別為密集度、初速度下降率、橢圓彈孔率[13]。3項(xiàng)指標(biāo)體現(xiàn)的是槍管的性能，而不是對(duì)槍管結(jié)構(gòu)尺寸的檢測(cè)，因此，無法直接明確槍管的哪個(gè)部位、哪個(gè)因素造成了槍管的壽終。

大口徑機(jī)槍槍管燒蝕機(jī)理、壽命趨勢(shì)和壽命預(yù)測(cè)一直是國內(nèi)外關(guān)注和研究的重要課題[14-19]，但公開發(fā)表的論文中，仿真分析的偏多，缺少系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)大口徑機(jī)槍槍管在壽命過程中內(nèi)膛變化規(guī)律缺乏完整認(rèn)識(shí)。

1　試驗(yàn)方案與檢測(cè)方法

1.1試驗(yàn)方案

研究對(duì)象為兩根不同材料的槍管，分別編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)，材料基本力學(xué)性能如表1所示。試驗(yàn)用槍為某制式機(jī)槍（裝配試驗(yàn)槍管）。槍管壽命試驗(yàn)判定標(biāo)準(zhǔn)為：初速下降率大于等于15%；橢圓彈孔（長軸與短軸比大于 1.25倍）數(shù)超過射彈數(shù)的50%；連續(xù)3靶散布密集度平均值R50≥30 cm；出現(xiàn)肉眼可見裂紋，試驗(yàn)中達(dá)到任意一項(xiàng)，宣布槍管壽終。

表1　槍管材料基本力學(xué)性能Tab.1　Mechanical properties of barrelmaterials

為了保證試驗(yàn)條件和環(huán)境的一致性，兩根槍管同時(shí)試驗(yàn)，射彈量按6 000發(fā)設(shè)計(jì)，射擊順序按兩個(gè)循環(huán)進(jìn)行，每個(gè)循環(huán)依次按常溫壽命試驗(yàn)、高溫壽命試驗(yàn)、低溫壽命試驗(yàn)3個(gè)階段進(jìn)行，每個(gè)階段的射彈量按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2所示（每個(gè)階段的射彈量含測(cè)試彈），如果6 000發(fā)后槍管沒有壽終，進(jìn)行常溫補(bǔ)射，直到壽終，停止試驗(yàn)。

表2　試驗(yàn)射彈量Tab.2　The number of fired ammunition

1.2檢測(cè)方法

1.2.1檢測(cè)時(shí)機(jī)

整個(gè)試驗(yàn)共有7個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，分別為射擊試驗(yàn)前及壽命試驗(yàn)的每個(gè)階段結(jié)束后，檢測(cè)的項(xiàng)目有槍管內(nèi)膛表面形貌、內(nèi)膛陽線直徑、密集度、初速度、橢圓彈孔等，并記錄相應(yīng)的數(shù)值，同時(shí)按要求進(jìn)行探傷等安全檢查。

1.2.2檢測(cè)方法

槍管壽命試驗(yàn)過程中內(nèi)膛表面的變化采用槍管內(nèi)膛窺視儀進(jìn)行觀測(cè)，記錄每一個(gè)階段的內(nèi)膛表面變化情況；槍管內(nèi)膛陽線直徑的變化采用口徑量規(guī)測(cè)量，規(guī)格為 12.69 mm到 12.90 mm，間隔為0.01mm，及12.94 mm、12.95 mm、12.99 mm共有25個(gè)量規(guī)，每一檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，記錄每一根量規(guī)的進(jìn)入深度；密集度檢測(cè)規(guī)定每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)射彈3組，每組射彈數(shù)為20發(fā)，記錄R50，求平均值；初速度測(cè)試為每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)射彈測(cè)10個(gè)初速值，然后求平均值；橢圓彈孔是在每次密集度檢測(cè)時(shí)進(jìn)行查看，并記錄數(shù)量。

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

1號(hào)槍管射彈6 000發(fā)沒有壽終，進(jìn)行了補(bǔ)射，7 300發(fā)時(shí)壽終，具體射彈量如表3所示。2號(hào)槍管射彈在4 300發(fā)時(shí)壽終，沒有完成6 000發(fā)的壽命目標(biāo)，具體射彈量如表4所示。

表3　1號(hào)槍管試驗(yàn)射彈量統(tǒng)計(jì)表Tab.3　The number of fired ammunition of barrel 1

表4　2號(hào)槍管試驗(yàn)射彈量統(tǒng)計(jì)表Tab.4　The number of fired ammunition of barrel 2

2.1內(nèi)膛表面變化情況

在壽命試驗(yàn)過程中對(duì)兩根槍管進(jìn)行了每個(gè)階段的內(nèi)膛表面觀測(cè)，槍管前端以磨損為主，后端損傷比較復(fù)雜，開始是坡膛處鉻層脫落，基體材料失去保護(hù)，在高溫高壓作用下內(nèi)膛表面出現(xiàn)燒蝕坑及沖刷溝。試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)壽終槍管進(jìn)行了解剖，內(nèi)膛損傷情況與內(nèi)膛窺視結(jié)果一致，壽終解剖后如圖1所示。

圖1　壽終槍管半剖圖Fig.1　Sectional view of life-end barrel

2.1.1槍管前部?jī)?nèi)膛表面變化

試驗(yàn)前兩根槍管陰、陽線特征明顯，陽線比陰線高出0.17 mm，如圖2所示。隨著射彈量的增加，陰陽線交角處有鉻層脫落，陽線磨損嚴(yán)重，陰線、陽線特征模糊，并且沿軸向磨損不均。1號(hào)槍管射彈量較多，從宏觀上看不出陰線、陽線的特征，磨損比2號(hào)槍管要嚴(yán)重，2號(hào)槍管還可以看到模糊的陰線、陽線特征，如圖3所示。導(dǎo)氣孔以前的部位內(nèi)膛表面局部有龜裂，陰陽線交匯處伴有小塊的鉻層脫落，新槍管與壽終槍管對(duì)比如圖4所示。

圖2　新槍管膛線截面圖Fig.2　Sectional view of rifling of new barrel

圖3　壽終槍管膛線截面圖（槍管的前部）Fig.3　Sectional view of rifling of life-end barrel（front）

2.1.2槍管后部?jī)?nèi)膛表面變化情況

槍管后部特別是四錐、五錐及膛線起始位置，如圖5所示，在射擊過程中承受高溫高壓火藥氣體及彈丸的擠壓作用較強(qiáng)，特別是高溫下的彈丸擠進(jìn)，在1 200發(fā)時(shí)就發(fā)現(xiàn)了鉻層嚴(yán)重脫落（鉻層起始脫落時(shí)機(jī)有待于進(jìn)一步研究），隨著射彈量的增加，鉻層脫落嚴(yán)重，如表5所示。失去鉻層保護(hù)的基體材料出現(xiàn)了嚴(yán)重的沖刷溝，表面呈桔皮狀，如圖6所示。由于材料性質(zhì)的不同，五錐處的損傷快慢不一致，在每一個(gè)射擊階段2號(hào)槍管的損傷都比1號(hào)槍管嚴(yán)重，由于1號(hào)槍管的射彈量大，壽終的1號(hào)槍管與2號(hào)槍管損傷程度都非常嚴(yán)重。從解剖的壽終槍管看，兩根槍管四錐、五錐及膛線起始35mm段損傷最為嚴(yán)重，如圖7所示。鉻層完全脫落，基體上出現(xiàn)了沖刷溝，截面上還出現(xiàn)了明顯的宏觀裂紋，如圖8所示。形成機(jī)理及性質(zhì)還需進(jìn)一步微觀分析。

圖4　槍管內(nèi)膛表面圖（槍管的前部）Fig.4　Surface of bore（front）

圖5　槍管四錐、五錐位置Fig.5　Position of the fourth and fifth tapers

2.2槍管內(nèi)膛陽線直徑變化分析

根據(jù)槍管的內(nèi)膛陽線直徑變化是從中部向兩端逐漸變大的特點(diǎn)，從兩端進(jìn)行測(cè)量，從口部測(cè)量量規(guī)進(jìn)入深度用h1表示，從尾部測(cè)量量規(guī)進(jìn)入深度用h2表示，量規(guī)直徑用d表示。

圖6　槍管內(nèi)膛表面圖（槍管五錐處）Fig.6　Surface of bore（rear）

圖7　壽終槍管內(nèi)膛尾部（四錐與五錐處）損傷圖片F(xiàn)ig.7　Erosion of the fourth and fifth tapers

圖8　壽終槍管截面圖（槍管五錐處）Fig.8　Sectional view of life-end barrel（rear）

表5　槍管壽命過程中五錐損傷過程Tab.5　Erosion of bore at rear of barrels during life test

2.2.1試驗(yàn)前內(nèi)膛陽線直徑分析

試驗(yàn)前，對(duì)1號(hào)槍管和2號(hào)槍管的內(nèi)膛陽線直徑進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量值如表6所示。兩根槍管的狀態(tài)基本相同，從口部測(cè)量時(shí)，可進(jìn)入的最大量規(guī)為φ12.69mm，可深入62 mm；從尾部測(cè)量時(shí)，可進(jìn)入的最大量規(guī)為φ12.71mm，可深入2mm.

表6　槍管初始內(nèi)膛陽線直徑Tab.6　The bore's land initial diameter

2.2.2第一循環(huán)常溫后內(nèi)膛陽線直徑分析

第一循環(huán)常溫后，射彈為1 200發(fā)。從口部測(cè)量，1號(hào)槍管、2號(hào)槍管內(nèi)膛陽線直徑都有明顯增大，從壽命試驗(yàn)前φ12.70 mm量規(guī)進(jìn)入都為0，變化到φ12.70mm量規(guī)分別進(jìn)入518mm、516mm，從整體來看1號(hào)槍管的內(nèi)膛磨損較多，如圖9（a）所示；從尾部測(cè)量時(shí)，1號(hào)槍管尾部反而變“小”，φ12.70mm量規(guī)只能進(jìn)入1mm，φ12.71mm量規(guī)不進(jìn)，這是由于射擊過程中一些附著物造成的[5]，2號(hào)槍管內(nèi)膛直徑增大較多，損傷明顯快于1號(hào)槍管，如圖9（b）所示。

圖9　第一循環(huán)常溫后內(nèi)膛陽線直徑變化Fig.9　The change of bore diameter after the first cyclic room temperature

2.2.3第一循環(huán)高溫后內(nèi)膛陽線直徑分析

第一循環(huán)高溫后，射彈量累計(jì)為2 100發(fā)，槍管的內(nèi)膛陽線直徑進(jìn)一步變大，從口部測(cè)量時(shí)，1號(hào)槍管的內(nèi)膛陽線直徑變化較大，可進(jìn)入最大量規(guī)為φ12.80mm，可深入318 mm，而2號(hào)槍管可進(jìn)入最大量規(guī)為φ12.76 mm，僅深入155 mm，總體情況如圖10（a）所示；從尾部測(cè)量時(shí)，2號(hào)槍管的內(nèi)膛陽線尺寸變化明顯大于1號(hào)槍管，如圖10（b）所示，1號(hào)槍管可進(jìn)入的最大量規(guī)為 φ12.86 mm，可深入0.5mm，而2號(hào)槍管可進(jìn)入的最大量規(guī)為φ12.95mm，可深入5.5mm.

圖10　第一循環(huán)高溫后內(nèi)膛陽線直徑變化Fig.10　The change of bore diameter after the first cyclic high temperature

2.2.4第一循環(huán)低溫后內(nèi)膛陽線直徑分析

第一循環(huán)低溫后，射彈量累計(jì)為3 000發(fā)，從槍管口部測(cè)量時(shí)，1號(hào)槍管可進(jìn)入的最大量規(guī)φ12.81mm，可深入20.5mm，而2號(hào)槍管可進(jìn)入的最大量規(guī)為φ12.79mm，僅深入3 mm，總體情況如圖11（a）所示，1號(hào)槍管在槍口處直徑變化大于2號(hào)槍管，而2號(hào)槍管在從深度為57mm處開始，陽線直徑變化大于1號(hào)槍管，磨損的總體情況，2號(hào)槍管的磨損量略大于1號(hào)槍管；從尾部測(cè)量時(shí)，2號(hào)槍管的內(nèi)膛陽線尺寸變化仍然明顯大于1號(hào)槍管，如圖11（b）所示，1號(hào)槍管可進(jìn)入的最大量規(guī)為φ12.94mm，進(jìn)入深度為6mm，2號(hào)槍管可以進(jìn)入的最大量規(guī)為φ12.95mm，進(jìn)入深度為14.5mm，沿徑向向前，同樣的量規(guī)進(jìn)入2號(hào)槍管的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1號(hào)槍管，說明2號(hào)槍管的尾部損傷速率快于1號(hào)槍管。

圖11　第一循環(huán)低溫后內(nèi)膛陽線直徑變化Fig.11　The change of bore diameter after the first cyclic low temperature

2.2.5第二循環(huán)常溫后內(nèi)膛陽線直徑分析

第二循環(huán)常溫后累計(jì)射彈量為4 300發(fā)，通過測(cè)試2號(hào)槍管壽終。從槍管口部測(cè)量時(shí)，1號(hào)槍管可進(jìn)入的最大量規(guī)為φ12.82mm，可深入352mm，而2號(hào)槍管可進(jìn)入的最大量規(guī)為φ12.90mm，可深入15mm，總體情況如圖12（a）所示。距離槍口小于300mm的部位，2號(hào)槍管的磨損量明顯多于1號(hào)槍管；從槍管尾部進(jìn)行測(cè)量時(shí)，兩根槍管的損傷都進(jìn)一步嚴(yán)重，如圖12（b）所示，內(nèi)膛陽線直徑明顯大于上一個(gè)射擊階段。1號(hào)槍管可進(jìn)入的最大量規(guī)為φ12.94mm，可深入21 mm，2號(hào)槍管可進(jìn)入的最大量規(guī)為φ12.99mm，可深入27mm.

圖12　第二循環(huán)常溫后內(nèi)膛陽線直徑變化Fig.12　The change of bore diameter after the second cyclic room temperature

2.2.6壽終后的兩根槍管內(nèi)膛陽線直徑分析

1號(hào)槍管將設(shè)計(jì)的壽命彈數(shù)打完，仍沒有壽終，又進(jìn)行了補(bǔ)壽命試驗(yàn)，射彈量為7 300發(fā)時(shí)測(cè)試壽終。將1號(hào)槍管、2號(hào)槍管壽終時(shí)內(nèi)膛陽線直徑進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖13所示。從槍管前端測(cè)量時(shí)，最小量規(guī)為φ12.69mm在兩支槍管內(nèi)均可深入640mm，沿軸向槍口方向，1號(hào)槍管的陽線直徑明顯大于2號(hào)槍管，即磨損量大于2號(hào)槍管。從槍管尾部測(cè)量的值，如圖13（b）所示，1號(hào)槍管的陽線直徑同樣明顯大于2號(hào)槍管。

通過試驗(yàn)過程中對(duì)槍管內(nèi)膛陽線直徑的變化分析，2號(hào)槍管從口部測(cè)量的尺寸變化量開始比1號(hào)槍管小，隨著射彈量的增加，2號(hào)槍管的尺寸變化明顯開始大于1號(hào)槍管，2號(hào)槍管從尾部測(cè)量的尺寸變化量一直大于1號(hào)槍管。可看出，槍管尾部（坡膛及膛線起始位置）損傷快的槍管壽命短，此位置的損傷會(huì)導(dǎo)致彈丸失穩(wěn)，加速槍管口部的磨損，這也是2號(hào)槍管口部磨損量變大的重要原因；槍管壽終時(shí)內(nèi)膛陽線直徑變化并不一致，有趣的是槍管壽命短的貌似內(nèi)膛陽線直徑變化更小，保持的更為完好，結(jié)合內(nèi)膛的截面和內(nèi)窺鏡圖來看，實(shí)際并非這樣，這個(gè)現(xiàn)象是由測(cè)量手段造成的。到目前為止，內(nèi)膛陽線直徑只有用塞規(guī)進(jìn)行測(cè)量，而塞規(guī)只能測(cè)出沿槍管軸向的某一截面上的直徑，對(duì)于出現(xiàn)鼓形部位無法測(cè)得，對(duì)于磨損不均造成的內(nèi)徑變化則無法測(cè)出真正的數(shù)值（圓度變差）。與壽命數(shù)趨勢(shì)一致的是槍管尾部?jī)?nèi)膛陽線直徑的變化速率，變化速率快的則壽命短，變化速率慢的則壽命長。因此，用量規(guī)測(cè)量得到的內(nèi)徑值的大小不能反應(yīng)槍管的真實(shí)性能，但變化趨勢(shì)可以反應(yīng)出槍管的抗損傷能力，抗損傷能力差則壽命短。

圖13　壽終槍管的內(nèi)膛陽線直徑變化Fig.13　The change of bore diameter at end of life

2.3槍管性能分析

2.3.1初速度分析

試驗(yàn)前及每一個(gè)壽命試驗(yàn)階段進(jìn)行初速度測(cè)試，每一次測(cè)10發(fā)，求平均值，如表7所示。壽命試驗(yàn)的前期初速有些上升，但總體變化呈下降趨勢(shì)，前期相對(duì)比較平穩(wěn)，到臨壽終時(shí)出現(xiàn)陡降，如圖14所示。1號(hào)槍管初速度初始值為810 m/s，壽終時(shí)為743m/s，初速下降率為8.3%，2號(hào)槍管初速度初始值為807 m/s，壽終時(shí)為765 m/s，初速下降率為5.2%，都沒有達(dá)到初始值的15%，不能判斷槍管壽終。但每根槍管初速度開始陡降的時(shí)機(jī)不盡相同，1號(hào)槍管在總壽命的83%以后開始陡降，下降量分別占初速總下降量的71.7%，而2號(hào)槍管在總壽命的68%以后開始陡降，下降量占初速總下降量的98.2%.

表7　初速度統(tǒng)計(jì)表Tab.7　Muzzle velocity　m/s

圖14　槍管壽命過程中初速度變化曲線圖Fig.14　Relation between muzzle velocity and number of ammunition

對(duì)近幾年某機(jī)槍槍管壽命試驗(yàn)測(cè)得的初速度進(jìn)行了匯總，如表8所示。初始初速度有少許差異，從801m/s到809m/s不等，在壽終初速度都有一定的下降，最大值為749m/s，最小值為715m/s，初速下降率都沒有達(dá)到初始值的的15%，但在最后幾百發(fā)時(shí)初速下降率突然數(shù)倍增大，出現(xiàn)陡降。

表8　近年壽命試驗(yàn)初速度統(tǒng)計(jì)表Tab.8　Muzzle velocity

2.3.2橢圓彈孔率分析

兩根槍管都是以橢圓彈孔率超過本組射彈量的50%而壽終，每組射彈量為20發(fā)。出現(xiàn)橢圓彈孔的時(shí)機(jī)如表9所示，1號(hào)槍管在6 000發(fā)時(shí)出現(xiàn)了6個(gè)橢圓彈孔，補(bǔ)壽命后（7 300發(fā)）后出現(xiàn)了14個(gè)橢圓彈孔，橢圓彈孔率為70%，2號(hào)槍管在4 300發(fā)時(shí)出現(xiàn)11個(gè)橢圓彈孔，橢圓彈孔率為55%，超過了50%的指標(biāo)，宣布?jí)劢K。從以上分析可看出，橢圓彈孔率都達(dá)到壽終指標(biāo)，因此，在本試驗(yàn)中橢圓彈孔率首先達(dá)到而宣布槍管壽終，終止試驗(yàn)。

表9　橢圓彈孔統(tǒng)計(jì)表Tab.9　Recent tatistical table of elliptical shot-holes

近年來，3根槍管在綜合壽命試驗(yàn)中槍管橢圓彈孔的記錄如表10所示。均以橢圓彈孔數(shù)量超標(biāo)而壽終，橢圓彈孔率分別為90%、95%和100%.

表10　近年壽命試驗(yàn)橢圓彈孔率統(tǒng)計(jì)表Tab.10　Recent tatistical table of elliptical shot-holes in life test

2.3.3散布密集度R50分析

隨著射彈量的增加，槍管內(nèi)膛陽線直徑逐漸增大，內(nèi)膛表面損傷加重，R50的變化同樣呈增大趨勢(shì)，變化情況如表11、圖15所示。1號(hào)槍管R50初始值為10.7 cm，壽終前為15.7 cm，整個(gè)壽命試驗(yàn)過程中波動(dòng)較大；2號(hào)槍管R50初始值為14 cm，壽終前為15.8 cm，R50變化不大，兩根槍管與壽終判據(jù)R50≥30 cm，分別相差14.3 cm和14.2 cm.

表11　槍管密集度R50Tab.11　Accuracy and dispersion（R50）of barrels cm

圖15　槍管R50與射彈量的關(guān)系圖Fig.15　Relation between R50and number of ammunition

對(duì)近幾年某機(jī)槍槍管壽命試驗(yàn)測(cè)得的R50進(jìn)行了匯總，如表12所示。初始測(cè)試R50從10.7 cm到12.3 cm，在壽終時(shí)R50都有所增加，但遠(yuǎn)沒有達(dá)到壽終值（R50≥30 cm）。

表12　近年來壽命槍管密集度R50統(tǒng)計(jì)表Tab.11　Accuracy and dispersion（R50）of recent barrels

2.3.4綜合原因分析

根據(jù)內(nèi)膛陽線直徑的變化和內(nèi)膛破損情況看，槍管壽終的根本原因是四錐、五錐及膛線起始位置向前35mm段損傷嚴(yán)重，未射擊槍管四錐、五錐與子彈的配合如圖16（a）所示，與彈丸的配合如圖17（a）所示，四錐與彈丸定位面配合處幾乎沒有間隙，而壽終槍管與子彈的配合如圖16（b）所示，與彈丸的配合如圖17（b）所示，本來給彈丸定位的四錐處產(chǎn)生了單邊約0.8 mm的間隙，同時(shí)由于五錐及其以前的位置破損，使彈丸脫離彈殼后失去定位，彈丸在新槍管中的定位位置與彈丸在壽終后槍管的定位位置相比，它們前后位置相差約60 mm，如圖17所示。在這段位置上彈丸失去了定位，為自由狀態(tài)，從彈丸兩側(cè)的間隙大小不一致可看出，彈丸中心與槍管中心不重合，甚至使彈丸產(chǎn)生歪斜，如圖18所示。這情況下，彈丸不能閉氣，使最高膛壓降低，是初速下降的一個(gè)原因；另一方面由于大間隙的存在，在彈藥爆炸彈丸脫離彈殼的初始時(shí)刻，氣體的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于彈丸，繞過彈丸到達(dá)彈丸前面，對(duì)彈丸的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生擾動(dòng)。同時(shí)，彈丸脫離彈殼后失去定位，這將嚴(yán)重影響彈丸的均勻受力，致使彈丸與內(nèi)膛產(chǎn)生碰撞，也使彈丸膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的不均勻阻力，進(jìn)而改變彈丸的飛行姿態(tài)，產(chǎn)生橢圓彈孔，也是造成初速下降的另一個(gè)原因。再一方面由于彈丸膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的碰撞，加速了彈丸對(duì)內(nèi)膛的不均勻磨損，使槍管直徑迅速變大，橫截面的圓度變差，彈丸運(yùn)動(dòng)失衡，進(jìn)而改變彈丸的姿態(tài)，產(chǎn)生橢圓彈孔，這些也是散布密集度增大的原因。

圖16　子彈在槍管內(nèi)的狀態(tài)圖Fig.16　State of ammunition in barrel

圖17　彈丸在槍管內(nèi)的狀態(tài)圖Fig.17　State of pill in barrel

3　結(jié)論

對(duì)于某機(jī)槍不同壽命槍管的壽終規(guī)律進(jìn)行了分析，得到了槍管壽終的形式及原因，具體結(jié)論如下：

1）不同壽命的某機(jī)槍槍管的壽終形式都是以橢圓彈孔率達(dá)到本組射彈量的50%而壽終；初速度呈下降趨勢(shì)，但在壽終前的一個(gè)階段初速度出現(xiàn)形了明顯的陡降；壽終前密集度R50遠(yuǎn)小于壽終判據(jù)；

2）槍管內(nèi)膛損傷嚴(yán)重，尾部以燒蝕為主，口部以磨損為主；射彈量為1 200發(fā)時(shí)，槍管內(nèi)膛五錐處的鉻層已經(jīng)成片脫落；隨著槍管內(nèi)膛尾部的破壞，口部尺寸磨損加速；槍管內(nèi)膛尾部損傷越快，槍管壽命越短；

3）槍管四錐、五錐的破損是造成槍管失效的根本原因，主要體現(xiàn)在以下四方面：首先，造成彈丸與內(nèi)膛產(chǎn)生間隙，彈丸失去定位，與內(nèi)膛發(fā)生碰撞，不能平穩(wěn)均勻擠進(jìn)；其次，彈丸與槍管內(nèi)膛的間隙使氣流對(duì)彈丸產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致內(nèi)彈道彈丸不穩(wěn)定；再次，造成彈丸上的刻痕不均勻，對(duì)稱度及圓度下降；最后，以上彈丸的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，加速槍管內(nèi)膛鉻層的脫落和磨損，致使陽線導(dǎo)轉(zhuǎn)作用大幅度降低。

圖18　彈丸脫離彈殼后的狀態(tài)圖Fig.18　The state of pill after breaking away from cartridge case

致謝 感謝北京科技大學(xué)曲選輝教授和中國兵器工業(yè)第208研究所王光華研究員級(jí)高級(jí)工程師兩位導(dǎo)師對(duì)論文的悉心指導(dǎo)，感謝北京科技大學(xué)路新老師的無私幫助和中國兵器工業(yè)第208研究所項(xiàng)目組成員在試驗(yàn)過程中付出的努力和辛苦。

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Research on the Performance Decay Rule of Large Caliber Machinegun Barrel

QIAO Zi-ping1，2，LIJun-song2，XUE Jun2
（1.Institute for Advanced Materials and Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China；2.No.208 Institute of China Ordnance Industry，Beijing 102202，China）

In order to study the erosion rule of large calibermachinegun barrel in lifetime and find out the determinants of barrel life，the life testwas done on two barrelsmade of differentmaterials.The fundamental cause of the ellipse shot holes due to the erosion of the forth and fifth tapers are found out by analyzing the relations among the barrel life and the changes of bore land diameter and bore surface topography，accuracy and dispersion，decreased rate ofmuzzle velocity and number of ellipse shot holes，which results in the different life of two barrels；when firing 1 200 shots，the chrome layer in the fifth taper of bore fell off，the bore diametermeasured by gauge can't reflect barrel performance，but the barrel life is determinated by the changing of land diameter in the rear of barrel.

ordnance science and technology；barrel；life test；bore；life；erosion

TJ10

A

1000-1093（2015）12-2231-10

10.3969/j.issn.1000-1093.2015.12.004

2014-12-25

喬自平（1975—），女，高級(jí)工程師。E-mail：maryqiao@163.com