125mm坦克炮筒紧身管研究1Word文档格式.docx

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发射过程可分以下几个过程：

（1）点火阶段

（2）发射药定容燃烧阶段

（3）弹丸加速运动阶段

（4）火药燃气后效作用阶段

火炮结构是实现火炮功能的重要方面，应该满足下述具体要求：

（1）火炮能够长时间准确的对目标发射具有一定射向和一定初速的弹丸；

（2）火炮的射向能够随战斗需要轻便而迅速、准确的变化；

（3）火炮发射时，对其后坐能量要进行妥善处理；

（4）火炮应具有轻便、灵活的瞄准机构、支撑机构、行走和运动机构，全炮的质量应小。

1.2坦克炮筒紧身管和分类

按照身管的结构分，有单筒身管、紧固身管和衬管身管三类。

单筒身管

这类身管是由一个毛抷制成的，它结构简单，加工方便，因而得到了广泛的应用。

目前制式火炮中大部分炮身都是单筒炮身，如85加农炮，37、57、100高射炮以及各种迫击炮和无后座炮等等。

单筒炮身发射时，内层产生的应力很大，而外层的应力很小。

也就是说，外层材料没有得到充分利用。

对高膛压大威力的火炮来说，采用单筒炮身，必须增加壁厚和采用高强度炮钢，对火炮的使用和生产都是不利的[4]，对于96式坦克来说，减轻其身管的重量有助于减轻整体坦克的重量，使其机动性增加。

用紧固身管，还可以是坦克炮的使用效能增强，使用寿命增长，增强对高寒好海拔地区以及高温天气的适应能力。

紧固身管

采取工艺措施使身管内层产生预期工作时方向相反的应力（预应力），外层产生与工作方向相同的应力。

发射时，由于预应力的存在，身管内层的最大应力降低，外层的应力则提高，整个身管应力的分布趋于均匀一致，因而可以在同样壁厚、同样材料的条件下，使身管能承受更大的内压。

我们把这种炮身成为紧固炮身。

由于产生预应力的方法不同，紧固炮身又可以分为以下三类：

a筒紧身管

身管由两层或多层同心圆筒过盈地套合在一起，这样，内筒存在与发射时方向相反的应力，外筒存在与发射时方向相同的应力，从而提高了身管的强度。

这种炮身的层数越多，其径向应力分布越均匀，因而强度提高亦越多，但在工艺上也越困难。

b丝紧身管

以一定的拉力将钢丝（带）缠绕在钢制的衬管上，使衬管（内管）产生预应力，以此来提高身管的强度，这种炮身叫做丝紧身管。

因为钢丝拉力较易控制，这样就可使整个身管的应力分布均匀合理。

c自紧身管（自增强身管）

这种身管结构同单筒身管完全一样，但在制造时对其膛内施以高压，使身管由内到外局部或全部产生塑性变形。

在高压去掉以后，由于各层塑性变形不同，造成外层对相邻内层产生压应力，即内层受压、外层受拉，将向多层筒紧身管一样，因而可以使身管强度提高。

由于此种身管结构简单，加之自紧工艺不断改进，在国外一些新设计的火炮中得到了较广泛的应用。

活动衬管（活动身管）炮身

随着火炮初速、膛压、射速的提高，炮膛的烧蚀、磨损问题变得日益严重。

烧蚀、磨损造成火炮膛压、初速和射击密集度的下降，最终使火炮寿命终止。

这个问题在大口径、高初速的加农炮和小口径自动炮中表现得非常突出。

解决这个问题的一个方法是，把身管做成内、外两层，在内层寿命结束后，可换上一个新的内管使火炮恢复原有的战斗性能。

为了保证内管更换方便，在内、外管之间留有一定的间隙。

在发射时由于内管膨胀，间隙消失，因而外筒也承受内压的作用。

此种炮身又可以分为活动衬管炮身（被筒全长覆盖）和活动身管炮身（被筒在身管尾部一定长度上覆盖）。

另外有一种活动身管炮身，其被筒和身管之间留有较大的间隙，发射时被筒并不承受内压的作用。

采用被筒的目的是为了增加火炮后座部分的重量。

由反后座装置原理可以知道，后做部分重量的增加将使发射对火炮的作用力减小，因而可以减轻炮架重量。

我们把这种叫做带被筒的单筒炮身，例如54式122榴弹炮就采用这种炮身。

实践表明，炮膛烧蚀比较严重的部位，仅在由坡膛起始部向炮口方向的大约10倍口径的长度上，为此而更换整个内管是不合算的，于是出现了短衬管炮身。

衬管的材料可以采用高强度炮钢或是特殊的耐热合金。

在设计这种衬管时，要考虑更换方便的问题。

有的筒紧炮身也采用耐热合金的短衬管，但衬管同身管是过盈配合在一起，衬管不能更换。

1.3筒紧身管的基本原理

身管，又称炮管，是发射时赋予弹丸一定的初速和射向的管状件。

外形多为圆柱行或圆柱与圆锥形的组合，其尺寸主要根据膛压曲线的变化规律由强度计算确定，同时还要考虑身管刚度，散热以及其他部件的连接方式，在身管设计中，通常有两种分类法，根据炮膛结构，可分为滑膛，线膛，半滑膛和锥膛。

根据身管结构可分为普通单筒身管，增强身管和可分解身管。

我国现装配的制式火炮基本上都采用普通单筒身管；

增强身管包括筒紧身管，丝紧身管和自紧身管；

可分解身管包括活动衬管，活动身管和带被筒的单筒身管，由于单筒身管要承受更高的内压，只有增加身管壁厚或提高身管的强度类别，为了给身管减重，本火炮采用筒紧身管。

2筒紧身管的优缺点

筒紧身管因为其结构的特殊性，所以在火炮发射弹丸时就具有很高的优越性，但是从维护保养和制造难度系数来说其又有相对于单筒身管的一些特点。

。

2.1使用寿命的增长

筒紧身管是在制造时，把身管制造成两个圆筒，内层圆筒作为发射弹丸时的内膛，外层圆筒通过热胀冷缩的方式，使在两层套筒之间形成过盈配合，使外层套筒对内层套筒产生一定的应力。

这种应力在身管发射弹丸的时候起到了非常重要的作用，火炮发射时产生高温高压的燃气，内层的向内的原始应力能抵消一部分来自火药燃气的压力。

所以这种身管能承受更高的火药燃气膛压。

在身管发射同种质量，同种装药量的的弹丸时，在所有外界情况一致的情况下，这种筒紧身管能承受更高的火药燃气，自然就能发射更多数量的弹丸。

每一种弹丸相对于这样的身管寿命也有一定的不同。

当发射榴弹时，发射的数量能达到800到1000发的发射数量，当发射破甲弹时，发射的数量能达到700到900发，而穿甲弹对弹道的要求更高，对于这样的弹种，这样的身管也能承受600发左右的发射数量。

而相同口径的单筒身管，采用自紧技术后，也达不到这样的发射数量，也就是没有这样的使用寿命。

再者，随着使用时间的增长，或对武器弹药保管，保养不当，会使膛内状况发生变化，比如内膛状况恶化导致发射的时候容易挂铜，弹丸运动的阻力增大，内膛的渡铬容易脱落形成龟裂，如果在内膛有比较大的原始应力，就能保证火药发射弹丸时的内膛状况更加优化。

这直接导致身管的使用寿命增长。

2.2对维护保养的要求降低

对武器系统进行定期保养，不仅可以保证武器经常处于良好的战备状态，而且可以延长武器的使用年限。

对坦克身管的主要体现在对坦克内膛的保养上，内膛在发射弹丸时工作环境恶劣，在发射的时候容易造成渡铬的龟裂和脱落，导致弹丸的弹带容易形成挂铜，多筒紧身管的保养首先体现在除铜的工作上，因为筒紧身管能够承受更多的火药燃气压力，对出现挂铜的现象概率就更低，所以对保养方面来说，大大简化了保养的时序。

筒紧身管在使用时也要防止内膛出现杂物等情况，在使用过程中，如果内膛被浸入布条，泥土等杂物，应该立即停止射击并进行清洗，防止在射击时对身管造成损坏，这样继续射击还有可能造成炸膛事故。

对于筒紧身管，同样要保证内膛不能生锈，在坦克不适用期间，一定要对身管进行油封，防止其因为氧化而生锈，生锈的身管不仅寿命降低，射击精度差，还有可能造成射击事故，所以在对身管进行维护保养的时候一定要保证内膛不能生锈，在使用时保证内膛的清洁无杂物。

2.3复合式身管有助于提高射击精度

筒紧身管，又称为复合式筒紧身管，这种身管使用双层的套筒，外层套筒对里层套筒产生巨大的应力，这样，这种身管相对于单筒自紧身管来说就有更轻的重量，更大的使用效能，这种身管由于相对重量较轻，所以在同一种坦克上使用的时候对伺服机构的要求更低，更能够快速进行精确瞄准，能使坦克身管快速的从一个方向转移到另一个方向，在火控系统的计算下，能使身管快速的瞄准目标并实施发射，从这个角度讲，筒紧身管的重量因素决定了这样的身管有助于提高射击精度。

再者，当坦克处于恶劣的环境，如在温度高的南方地区，或者在温度较低的北方地区，热胀冷缩会使坦克身管产生微小的弯曲变形，如果天气酷热或者寒冷，这严重影响射击的精度，导致误差偏大。

，筒紧身管因为是双层套筒，而单筒身管只有一层厚壁，所以，当坦克处于同样的环境中时，使用这两种不同身管的坦克射击精度是大不相同的，因为双层圆筒的身管传热的机能不如单筒，双层身管之间虽然只是过盈配合，但是在原子之间的间隙远远大于实体原子之间的间隙。

当外界温度变化，如太阳光照射身管的某一侧时，对温度的敏感度，筒紧身管敏感度要比单筒身管的敏感度低很多，筒紧身管的优点不仅体现对环境的适应能力强，更体现在其射击精度大大提高。

2.4使弹丸弹道更低伸

通常把弹丸脱离炮口瞬间的速度叫初速，初速是衡量武器战斗性能的重要指标之一，相同的弹丸，初速越大，则射程更远。

对坦克而言，初速大，则弹道低伸，直射距离远。

对于现代穿甲弹来说，初速的大小对其穿甲威力有决定性的意义。

而弹丸的初速是通过发射时，膛压给予弹丸推动力，使弹丸在膛内加速向前前进，若膛压越高，弹丸的初速就越大，在火炮的设计中提高初速收到膛压的限制，在使用膛压过高时会引起炮膛膨胀，甚至出现炸膛。

另外，膛压变化也会引起初速的改变。

筒紧身管能承受更高的膛压，所以针对筒紧身管设计的弹药必然能使火药的装填密度增大，或者可以提高装药质量，弹丸的初速就可以更大，直射距离就可以更远，弹道就会更低伸。

这就意味着相同口径的身管，筒紧身管在发射弹丸时，身管的抗高压能力增强导致弹丸的初速增大。

当身管的药室磨损后，其容积增大，一方面弹丸的挤进压力降低，另一方面最大膛压下降，弹丸的初速下降。

若身管的内膛能承受这样的恶劣变化，那对弹丸的影响就会降低，同样的身管，同样的使用期限，对筒紧身管来说，对弹丸弹道的影响就会更小。

2.5对制造加工的要求低

坦克炮是坦克的主要武器，在加工制造中也是难度系数最大的一个部分，坦克炮身管，主要赋予弹丸的射向和初速，是坦克炮最重要的部件。

对坦克炮的加工，通常是一个整体的钢材，通过车外圆，掏内孔，然后再确定内膛尺寸，然后再精磨内膛，使其达到一定的要求和精度，在完成这些工序之后，对单筒身管来说炮膛要经液压自紧，并全膛渡铬。

火炮的身管使用寿命绝大部分的因素就取决于自紧技术，对于现阶段我国的自紧技术还不是很成熟，主要是自紧机的制造难度大，在封闭的炮膛内要形成几百兆帕的油压并保持几十个小时，要制造这样的机器难度很大。

目前我国的自紧机主要是从俄罗斯进口，或者通过友好国家从西方进口。

而筒紧身管则不需要进行自紧，筒紧身管在制造时，需要制造两个套筒，内层套筒的内膛需要和单筒一样的加工精度，内筒的外圆和外筒的内圆面只需要一定的加工精度即可。

在完成两个套筒的加工后，将外层套筒加温，使其膨胀，然后将冷却的内筒放入外层套筒中直到其慢慢冷却恢复至室温，这个过程比液压自紧工序来的简单的多，也不需要想液压自紧机那样的高精度设备。

所以，从制造的难度角度来说，筒紧身管的制造难度比单筒液压自紧身管简单的多，但是由于增加了很多加工步骤，筒紧身管的制造费用不一定比单筒液压自紧身管更实惠，这是必须要面对的问题。

3筒紧身管的使用

筒紧身管的使用，关系到火炮的射击，寿命等，所以在使用过程中，应充分考虑各方面的因素，保证对弹药的正确使用，保证其良好的战术性能。

3.1筒紧身管对弹药的要求

对于125mm的筒紧身管，所对应的弹药为分装式弹药，坦克内部空间有限，125mm坦克炮弹丸威力大，弹丸体积大，采用分装式弹药有利于节省坦克内部空间，同时可以根据目标的不同性质进行发射药的选择。

对于125mm筒紧身管支撑的坦克炮，可以选择的弹药类型会更多。

（一）装填密度装填密度大的发射药，发射时燃烧速度更快，气体的生成量增多，最大膛压和初速都增大，在更短的时间内能达到最大膛压，这就使在身管能承受这样膛压的情况下，有利于提高弹丸的初速度。

对于穿甲弹、破甲弹等弹种，可以选择装填密度更大的发射药。

（二）装药温度，弹药在使用过程中，装药温度高时更有利于发射药燃烧，而对于分装式的弹药，在使用时严格控制弹丸以及发射药的保管与检查。

（三）装药湿度装药湿度是指装药的含水量，当湿度增大时，发射药燃烧更缓慢，不利于火药的燃烧，这就造成在发射时身管的最高膛压下降，弹丸的初速下降，在原装表距离上，其射击结果就是命中精度下降。

所以保管弹药时要求相对湿度不超过70%，若相对湿度过大，还有可能引发迟发火。

（四）弹丸质量很明显，如果身管能承受更高的膛压，那么在相同射击距离上能发射的弹丸的质量也就会更大，射击威力也就会更大。

3.2筒紧身管对使用的要求

筒紧身管相对于自紧身管来说，当发射相同的弹药时，由于筒紧身管的导热性比但单筒身管的导热性差，筒紧身管的内膛温度升高更大，在使用这种身管来组合大火炮时，在发射的时候一定要严格控制发射速度，确定当膛内温度冷却到安全的程度时再将下一发炮弹装入药室，以防止弹药自行发火。

在不进行射击时严禁将弹丸长期放入药室，并保持药室的干净清洁。

在坦克行进时，不要将炮口仰角打的太低，这主要是避免在行进过程中身管触地引发变形或者进入杂物，当身管进入杂物是，必须立即进行清洗才能进行下一发炮弹的发射，否则将可能导致身管的损坏或者炸膛事故。

每次射击任务完成后，应及时仔细的擦拭炮膛，保持炮膛清洁，长期不使用火炮，要进行密封，防止锈蚀。

3.3筒紧身管对环境的要求

筒紧复合式身管由于其结构特殊，对环境的适应能力增强，但也有一定的要求。

温度筒紧身管对于环境的温度适应能力比单筒身管对环境的适应能力更强，究其原因在于这样的设计有利于分开环境温度对外筒的影响和发射燃气对内筒的影响的温度场。

但是当外界环境的温度升高到一定程度时，身管外筒因为受热膨胀造成对内筒的应力降低，这就影响了身管内筒承受火药燃气压力的能力降低，当这种时候执行发射时，可能对内层身管造成向外的应力，这种应力会抵消原来外筒的过盈应力，造成身管寿命下降。

所以在实际使用中，身管的暴露温度不能超过70℃，当环境温度达到这个警戒值时，就要采取相应的措施，比如给身管添加隔热层。

当环境温度过低时，会印象身管材料的原子结构，这主要表现在身管的钢材会变“脆”，身管内膛的韧性降低，发射时弹丸弹带的作用力的不利于火炮身管保持其原有的寿命，虽然对火炮的射击影响不大，但所以当环境温度下降到-60℃时，最好采取相应的措施，比如添加“保温层”。

湿度湿度对身管的影响也是很大的，相对于单筒身管来说，筒紧身管是双层结构，空气中的氧气分子和水分子比较容易进入两层套筒之间，从而有引发锈蚀的可能。

所以在相对湿度比较大的环境中，要给身管的前后截面处添加油封。

3.4筒紧身管对保养的要求

对筒紧身管的维护保养主要体现在擦拭和润滑两方面。

炮身外表面的尘土和污垢用擦布擦拭，如太脏，可用清水清洗，然后擦干净，对未涂漆的地方，擦拭干净后涂一层油即可。

对于外表面的保养还包括对两个截面的油封，保证空气中的氧气分子和水分子比较难进入有过盈配合的双层套筒之间，这就要求保养维护时要经常检查筒紧身管两个截面的油封圈并经常更换。

擦拭炮膛通常用擦拭剂或肥皂水（煤油）两种方法擦拭。

1.用擦拭剂擦拭炮膛

火炮在射击后，膛内留有火药气体残渣〈积碳）以及在膛壁上产生,铜。

当积碳和挂铜没有清除掉时，积碳就会吸收空气中的水分而附着在膛壁上成为一种电解溶液。

此时，挂铜和膛壁金属在电解液中就形成两种不同的电极电位，铜的电极电为正，膛壁金属的电极电位为负，这样便形成腐蚀电池，使膛壁生锈。

由此可见，射击后及时地把积碳和挂铜擦掉，是防止炮膛锈蚀的主要途径。

用擦拭剂擦拭炮膛是一种比较简便、迅速、髙效的方法。

射击后，不用涂油即可擦拭，趁炮身未凉时最好。

其方法步骤如下：

（一）取下闩体和抽筒装置，安好洗把杆，套上导向垫圈，用洗把刷蘸擦拭剂，自炮口伸入膛内，逐段地往复刷洗数次，直至将规定用量（125毫米坦克炮为1〜1.5升）用完为止，将内膛部分據細，再擦弹药室和抽气装置。

重点是自炮口起3米处〔因挂铜主要在此段）。

擦拭中要注意以下两点：

要的擦拭足够的时间，用完規定数量的擦拭剂。

因为重铬酸钾和碳酸铵要起作用，就要有一个化学反应过程，擦拭时间过短，化学反应过程还没有全部完成，必然会影响效果。

擦拭速度不可过快，洗把刷在膛内来回的行程要稍长一些，这禅可以使空气中的氧气大量向膛内补充，促使重铬酸钾和碳酸铵进行化学反应，否则影响效果，也易使人疲劳。

用包上布的锥形木塞堵住弹药室，稍賦予炮身仰角，向膛内灌入半桶热清水，冲洗炮膛1〜2次（每次均应反复擦洗），不宜刷洗过多，至炮膛干净后涂以新油。

切勿在用清水刷洗炮膛后再用炮塞子冲擦炮膛。

这是因为：

重铬酸钾在擦拭自液中，能分解出钾离子和铬酸根离子。

铬酸根离子易被钢铁吸附于表面，形成铁铬氧化薄膜，将炮膛与液体隔开，保护炮膛不被腐蚀。

因为膛壁有铁铬氧化薄膜，所以炮膛擦干后，稍发暗是正常现象，切勿再行冲擦。

（二）涂油将炮油涂在洗把刷上，自炮口插入膛内，反复推拉，逐段涂刷，最后将洗把刷由炮尾向前不停留地一次拉出，以使涂油均匀。

（三）除油通常需待涂油后2〜3小时进行。

除油前，应先取下炮闩和抽筒装置，然后用包有擦布的洗把刷将膛内的炮油拉出。

（四）洗刷炮膛用包好擦布的锥形木塞堵住弹药室，賦予火炮适当仰角，从炮口倒入5〜6升肥皂水（冬季用1〜1.5升煤油），用洗把刷逐段地往复洗刷，而后賦予火炮俯角，将脏水倒出。

如此洗刷2〜3次，最后用清洁的热水刷洗1〜2次。

（五）冲刷炮膛刷洗完后，将有包布的炮塞子从炮口放入膛内，用冲杆将炮塞子从炮尾冲出。

反复冲刷，直至清洁白布出现金属兰色为止。

最后，用干净包布洗把刷通刷炮膛，以除去木屑、碎布等。

（六）涂炮油与使用擦拭剂擦拭炮膛时的涂油要领相同。

3.5注意事项

筒紧身管在使用时应注意以下几个问题：

（一）保持内膛清洁无杂物，长期不用时进行油封。

（二）严禁将身管内筒和外筒的截面处暴露在空气中很长时间，以防止过盈配合的两个套筒之间出现锈蚀。

（三）应该在-60℃到70℃之间使用身管，超出这个极限就要给身管加隔热套。

（四）当射击误差较大时，或者身管射击超过寿命时（1000发），应更管身管。

（五）使用时应防止撞击或者身管触地而引起身管出现变形。

4结论

经研究讨论，筒紧身管从使用寿命比单筒自紧身管更长，在射击超过一定的寿命之后筒紧身管能更好的保持射击精度，在综合射击效能方面，筒紧身管有很高的优势，他不仅重量更轻，还能发射威力更大的弹药，同种口径的身管，筒紧技术能让身管发射的弹丸选择范围更大，或者发射弹丸更重，从而威力更高。

身管采用自紧技术，能使弹丸的出炮口速度更大，从而射击距离更远。

筒紧身管外筒和内筒温度场相对分离，所以对环境的适应能力更强，更适合在极端的环境中使用，内筒发射弹丸时温度相对于单筒身管来说升高会更快，但是它由于壁厚比单筒的低很多，多以温度降低也会更快，所以这样的身管相对于单筒身管来说并不会影响坦克的发射弹丸的速度。

在维护保养方面，筒紧身管相对于单筒身管稍显复杂，因为筒紧身管可以说是多部件，而单筒身管是单部件，在维护保养方面筒紧身管不仅要对内膛的维护保养，还要承担双筒结合部的油封。

在设计制造方面，单筒身管不需要进行发杂的液压自紧，也就不需要液压自紧机这种复杂的机器，单筒身管相对于筒紧身管制造的工序更少，但是制造难度和制造费用方面筒紧身管却更加优惠。

5致谢

通过这次的论文写作，对125毫米坦克炮的筒紧身管研究，使我对身管设计有了较为系统的认识，并形成了自己的一些观点。

使我对所学知识有了一个较系统、深刻的理解，真正实现了学为所用，为以后走向工作岗位做了一个较好的铺垫。

在研究过程中，我采取了理论与实例相结合的设计方法，其中着重参考了96式125mm坦克炮的相关数据和理论知识，通过对比来形成了本论文的基本观点。

在论文的准备和写过过程中，朱英贵教授给以了慷慨细致的指点和帮助，并提供相关资料。

由于时间的仓促和实践经验的不足，论文所涉及到的内容难免有不妥之处，望各位教员教授进行批评与指导。

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Abstract

Thisresearchandanalysisofthetankbarreltighttubebasicstructureandtheory.Throughtheoreticalintroductionandcomparisonmonocular125mmtankgunbarrelperformance,studyanddiscusstheuseoftubefittingtubeadvantagethe