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艾因斯新蟲 (小有名氣)
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[交流]
在兩級輕氣槍中使用鉭襯層減少膛腐蝕和增加初速 已有1人參與
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介紹 艾姆斯0.5英寸兩級輕氣槍的操作是從粉末室中的粉末燃燒開始的�；钊ǔＪ且环N容易變形的塑料，例如聚乙烯，在泵管中被加速到0.8千米/秒的速度�；钊暗臍錃獗换钊蟠髩嚎s和加熱，壓力達到7000巴左右，溫度理想情況下高達3000 K。在壓縮周期的某個時刻，射彈后面的隔膜破裂，射彈開始沿槍管加速下落�；钊蜕鋸椫g高度壓縮和加熱的氫氣可以有大約4公里/秒的聲速，并可以將射彈加速到7 - 8公里/秒的速度。 注：艾姆斯0.5英寸輕氣槍相關(guān)尺寸（以厘米為單位）為內(nèi)徑或距粉末室盲端的距離，WG1–WG4表示用于測量活塞速度的須規(guī)。 炮膛腐蝕是兩級輕氣槍的一個嚴重問題。由于發(fā)射組件的損壞或破壞，過度的炮管腐蝕會導(dǎo)致發(fā)射不良或失敗。它還會導(dǎo)致頻繁的槍管更換，特別是在較高的發(fā)射速度下，以及相應(yīng)的停機時間。炮管腐蝕還會限制用嚴重腐蝕的炮管材料裝填氫工作氣體所能獲得的最大速度。 緩解這一問題的一種方法是在各種火炮操作條件下進行一系列計算流體動力學(xué)計算，然后從這一系列計算中選擇最佳的火炮操作條件，從計算中判斷出的可能導(dǎo)致降低火炮侵蝕的條件可以在實際火炮發(fā)射中進行測試。 測試 計算方法 為了進行所需的計算，首先需要獲得槍管材料(槍鋼或碳鋼)的熱導(dǎo)率、比熱和密度。 火炮身管壁內(nèi)的徑向熱傳導(dǎo)分析是按常規(guī)方法進行的。該壁在軸向和徑向上被分成多個單元。對于美國宇航局艾姆斯0.5英寸輕氣槍，軸向有200至400個單元，徑向有16個單元。細胞在管孔處最薄，并且隨著向外移動而厚度增加。分析熱傳導(dǎo)的區(qū)域的總徑向厚度為0.042厘米。當壁溫超過熔點時，材料開始從壁上流失。為了確定壁材料損失的速率，對于每個時間步長，在炮管壁處對第一個單元進行熱平衡。 管材的選擇 熔點最高的金屬是錸、鉭和鎢。表1給出了這些金屬以及鉭-10%鎢合金的相關(guān)性能，鉭-10%鎢合金被用作槍管襯套。還提供了炮鋼的數(shù)據(jù)。 難熔金屬非常昂貴，因此必須在炮管中用作襯里或涂層，炮管的主要材料通常是炮鋼。 模量大于槍鋼護套模量的內(nèi)襯/涂層材料不能有效地將載荷傳遞給護套材料，并且容易開裂。相比之下，那些模量小于護套模量的襯里/涂層材料，特別是如果它們是韌性的，有效地將載荷傳遞到護套上，并且不容易開裂。 表1.槍管襯套或涂層潛在材料的關(guān)鍵性能。 鉭和鉭-10W及類似合金已被用作軍用粉末槍的襯里和涂層，并被證明能有效減少槍管腐蝕。 從表1可以看出，鉭的熱性能比錸稍差，因為鉭的熔點、密度和熱導(dǎo)率低于錸的相應(yīng)值。然而，鉭的熔點比炮鋼的熔點提高了錸的近90%。很明顯，鉭是兩級輕氣炮內(nèi)襯/涂層的有力候選材料。 模擬的火炮和條件 在計算中，隔膜被視為封閉端邊界條件，直到隔膜處的壓力首先超過隔膜破裂壓力；此時，隔膜立即被移除。 表2中有四個數(shù)據(jù)塊，用垂直線隔開。數(shù)據(jù)塊1使用4198型粉末，其余數(shù)據(jù)塊使用4895型粉末。前兩個數(shù)據(jù)塊的標稱泵管體積為100%，數(shù)據(jù)塊3和4的標稱泵管體積分別為60%和40%。數(shù)據(jù)塊之間的收縮錐角也有差異，如表2所示；這些被認為不如粉末類型和泵管體積的差異重要。各種數(shù)據(jù)塊的噴槍配置如下: 數(shù)據(jù)塊1:尺寸按常規(guī)標準配置。 數(shù)據(jù)塊2:錐角變?yōu)?.1°。 數(shù)據(jù)塊3:WG1右側(cè)所有軸向尺寸縮小607.22cm；錐角改變至8.1度。 數(shù)據(jù)塊4:WG1右側(cè)所有軸向尺寸縮小911.82cm；錐角改變至8.1度。 對于具有8.1度錐角的區(qū)塊2、3和4中的數(shù)據(jù)，錐大端的軸向尺寸被移動以適應(yīng)該錐角。 表2.模擬數(shù)據(jù)塊的Ames 0.5 "火炮操作條件。 在表3中的鏡頭是以不同的方式建模的。所有45次射擊都用鋼槍管模擬，并在氫中加入鋼(在表中記為“鋼，l”)。然后用鋼槍管模擬36次射擊，并且沒有用鋼裝載氫(在表中記為“鋼，沒有l(wèi)”)。 在氫中加入了錸(在表中記為“re，l”)。選擇用錸槍管建模的彈丸大多是在高性能火炮操作條件下制造的，從鋼換到錸槍管時的初速增益預(yù)計最高。 用鉭槍管對9次最高性能的射擊進行了重新建模，用鉭裝載氫(在表中記為“Ta，l”)。 表3.觀察到或預(yù)測到侵蝕的炮管長度。 鉭、錸和鋼管的結(jié)果 計算流體動力學(xué)分析結(jié)果顯示，對于9次注射中的7次，鉭管和錸管的初速結(jié)果難以區(qū)分。對于第二高速度射擊，鉭管初速比錸管初速稍小(~0.040 km/s)。對于最高速度射擊，鉭管的初速比錸管的初速小約0.70 km/s，但即使如此，鉭管產(chǎn)生的初速增益約為用錸管可獲得的鋼管初速增益的82%。結(jié)論是，總的來說，鉭槍管可以產(chǎn)生錸管獲得的炮口速度增益的很大一部分。 鋼管、錸管和鉭管的計算流體動力學(xué)炮管質(zhì)量損失與鋼管的計算流體動力學(xué)初速、粉末質(zhì)量與氫質(zhì)量之比均存在一定關(guān)聯(lián)。其中，鉭管的質(zhì)量損失是鋼管的0 ~ 0.14倍，錸管的質(zhì)量損失是鋼管的0 ~ 0.05倍。對于最高速度數(shù)據(jù)點，耐火金屬管的質(zhì)量損失是鋼管的0.25至0.45倍。 針對33-93炮點條件、鏡頭20-80及鏡頭18-78的分析顯示，對于鋼管，預(yù)計在165–280厘米的管長范圍內(nèi)會發(fā)生腐蝕，隔膜的腐蝕范圍約為45厘米。除了最高速度的噴丸33-93，耐火金屬管的腐蝕長度要小得多，鉭管為0-40厘米，錸管為0-25厘米。 鋼管的最大退壁量為：7發(fā)0.003–0.005厘米，第二快發(fā)0.008厘米（20-80發(fā)），最快發(fā)0.012厘米（33-93發(fā)）。對于鉭管，相應(yīng)的數(shù)字為0.0–0.0023厘米（7發(fā)）、0.004厘米（20-80發(fā)）和0.0065厘米（33-93發(fā)）。對于錸管，相應(yīng)的數(shù)字為0.0–0.0013厘米（7發(fā)）、0.0028厘米（20-80發(fā)）和0.0049厘米（33-93發(fā)）。 結(jié)論 鉭的腐蝕仍然比鋼管少得多，鉭管的初速性能與錸管非常接近。即使對于最高速度的彈丸，鉭管產(chǎn)生的初速增益約為鋼管的82%，這是錸管所能獲得的。 鉭涂層將比錸更有效地將載荷傳遞到背襯厚鋼管上。鉭的延展性也比錸大得多。這將使鉭涂層比錸更能承受槍火的熱和壓力應(yīng)力和應(yīng)變而不破裂。此外，鉭和鉭合金襯里/涂層已成功應(yīng)用于軍用粉末槍�？偟膩碚f，鉭似乎比錸更適合作為兩級輕氣槍的襯里/涂層材料，以減少管腐蝕并提高初速。 |
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2樓2026-01-14 14:45:48
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3樓2026-01-15 09:30:01
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