高低溫環境試驗箱中的武器溫升分析
摘要：隨著科技的發展, 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還是機動式高低溫試驗系統, 當武器脫離高低溫試驗系統轉入性能試驗過程中, 武器本身的溫度對周圍環境溫度存在突變, 而武器與周圍環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,得到了火炮系統溫升隨時間變化的規律, 為試驗反應時間確定提供了依據。
1　引言
隨著科學技術的發展, **裝備的復雜程度日益增加, 現代戰爭使復雜的武器系統面臨嚴酷使用環境的考驗, 它既要在60℃左右的高溫環境下工作, 又要在- 40℃左右的低溫環境下工作; 既要在高原低氣壓和風沙條件下工作, 又要在海上和沼澤地中工作。這都要對武器系統的性能產生影響, 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, 環境試驗是海、陸、空武器系統性能試驗的一個重要組成部分。在國內,目前高低溫環境試驗設備很多, 有固定式(土建結構或板拼結構) 的高低溫設備, 以及濕熱、鹽霧等多功能的環境試驗室。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備還是機動式高低溫系統, 武器須脫離高低溫系統然后進行性能試驗。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, 得到了火炮系統高低溫試驗的溫升隨時間的變化規律, 為不同武器系統試驗反應時間的確定提供了依據。
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:
(1) 忽略身管長度對傳熱的影響;
(2) 身管內表面與身管內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態導熱問題。身管計算
模型如圖1 所示。
3　理論分析
由一維非穩態導熱理論知, 炮管在柱標系下的導熱微分方程及初值和邊界條件為:

A—導溫系數, 取A= 1. 240×10- 5m 2ös A
1—身管內表面對空氣的換熱系數
A2
—身管外表面對空氣的換熱系數tf 1—身管內空氣溫度
tf 2—空氣溫度tw 1—膛內溫度
tw 2—身管外表面溫度
3. 1　內部結點的有限差分方程
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) 代入導熱微分方程
3. 3　穩定性條件分析
從第(8) 式中可以看出k+ 1 時刻, 壁內各等溫面上的溫度。