CN108180781A - 一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管 - Google Patents

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舒红林
高丽艳
杨成
李斌帅
张秀梅
盛磊
刘静
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Abstract

本发明涉及军用技术领域，公开了一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管，包括：火炮内炮身、填充腔室和火炮外炮身，火炮内炮身和火炮外炮身均为管状物，火炮外炮身套设于火炮内炮身的外周侧，填充腔室设于火炮内炮身的外周侧与火炮外炮身的内周侧之间，填充腔室内填充有相变材料。火药室设于火炮内炮身的内侧底部，闩体封装于火炮内炮身和火炮外炮身的底部。本发明提供的一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管，采用双层炮身，并在之间增加填充腔室，利用填充腔室内的相变材料对火炮炮身起热冲击起到缓冲作用，降低火炮发射前后激冷激热的幅度，从而保护炮身，提高火炮初速度，射程，精度，以及使用寿命。

Description

一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管
技术领域
本发明涉及军用技术领域，特别是涉及一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管。
背景技术
射击过程中高温火药的燃烧以及弹带摩擦的热作用造成的热影响，会引起如内膛烧蚀磨损，身管热应力、身管热弯曲、发射药自燃甚至炸膛。会引起火炮初速度，射程，精度的丧失，严重影响火炮性能，成为限制火炮威力的重要因素。
目前采取的各种身管热控制措施按作用机理，从传热学的角度可分为隔热和冷却两大类。火炮的散热设计通常是选用高温下机械物理性能保持性较好的高强度钢并且加粗身管，在身管内膛镀耐烧蚀的材料并用护膛剂。隔热被动保护措施有：1、内膛面镀耐烧蚀金属，如铬，钽，钒。他们能为基体钢提供甚好的保护，将其与高温燃气隔开，有效阻止热量向基体钢扩散。2、发射药中添加缓蚀剂，在发射时对发射药产生的热量与内膛表面产生一定的隔绝作用。冷却为主动保护措施，其中有：1、无动力冷却，在身管结构上添加散热肋片，肋片可以在身管表面直接加工或者嵌套金属薄片形成。2、有动力冷却，使用液体冷却剂与身管进行强制热交换，将热量带走。是目前比较普遍的方法。通过冷却剂对身管的冷却位置可以分为外部冷却，中层冷却，内部冷却。这种主动冷却的方法主要运用在航炮或舰炮上，老式的某种重机枪也采用水冷方式。
一般发射药的爆温在2500K到3700K之间，其中10％-20％被膛壁吸收，弹丸做功的6％左右损失于弹带与膛壁的摩擦，而这部分摩擦生热也大部分被膛壁吸收。射击时身管发热特点是，发射时内膛受到高度的热冲击，弹丸发射后又迅速冷却，身管壁沿直径方向的温度梯度过大，造成很大的热应力。热冲击在发射瞬间产生动态压应力，发射后迅速冷却会产生动态拉应力，这种应力循环是造成内膛面产生裂纹的直接诱因。这种激冷激热的热应力是引起金属疲劳的直接原因，直接影响身管的疲劳寿命。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管，解决现有技术中火炮身管冷却沿直径方向的温度梯度过大，激冷激热造成很大的热应力，造成内膛面产生裂纹，引起金属疲劳，减少身管的寿命。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，包括：火炮内炮身、填充腔室和火炮外炮身，所述火炮内炮身和所述火炮外炮身均为管状物，所述火炮外炮身套设于所述火炮内炮身的外周侧，所述填充腔室设于所述火炮内炮身的外周侧与所述火炮外炮身的内周侧之间，所述填充腔室内填充有相变材料。
其中，所述填充腔室为设于所述火炮内炮身外侧壁的凹槽。
其中，所述凹槽为12个，并沿所述火炮内炮身轴向等距排布。
其中，还包括透气孔，所述透气孔开设于所述火炮外炮身，并与所述填充腔室连通，用于平衡相变材料相变时产生的压强变化。
其中，所述火炮外炮身为具有弹性的钢材制成。
其中，还包括抽烟装置，所述抽烟装置包括蓄气室和抽烟孔，所述蓄气室通过所述抽烟孔与所述火炮内炮身的内部连通，用于收集弹丸发射后产生的气体。
其中，还包括炮身热护套，所述炮身热护套包裹于所述火炮外炮身的外周侧。
其中，所述相变材料为金属合金相变材料。
本发明还公开一种坦克炮管，包括闩体、火药室和本发明的基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，所述火药室设于所述火炮内炮身的内侧底部，所述闩体封装于所述火炮内炮身和所述火炮外炮身的底部。
(三)有益效果
本发明提供的一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管，采用双层炮身，并在之间增加填充腔室，利用填充腔室内的相变材料对火炮炮身起热冲击起到缓冲作用，降低火炮发射前后激冷激热的幅度，从而保护炮身，提高火炮初速度，射程，精度，以及使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管的主视图；
图2为本发明一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管的A-A剖视图；
图3为本发明一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管的横截面结构示意图。
图中，1、火炮外炮身；2、填充腔室；3、火炮内炮身；4、抽烟装置；5、蓄气室；6、抽烟孔；7、炮身热护套；8、火炮内膛；9、炮弹；10、火药室；11、透气孔；12、闩体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-图3所示，本发明公开一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，其特征在于，包括：火炮内炮身3、填充腔室2和火炮外炮身1，火炮内炮身3和火炮外炮身1均为管状物，火炮外炮身1套设于火炮内炮身3的外周侧，填充腔室2设于火炮内炮身3的外周侧与火炮外炮身1的内周侧之间，填充腔室2内填充有相变材料。
具体的，火炮内炮身3与传统炮管类似，但是比传统的炮身薄，方便热量传到填充腔室2；本发明的火炮内炮身3的内周侧空间为火炮内膛8，用于填充和发射炮弹9。本发明采用火炮内炮身3和火炮外炮身1的双层炮身代替传统的单层炮身。火炮内膛8吸收发射药爆燃的极度高温，传给火炮内炮身3，火炮内炮身3与填充腔室2紧密接触，并且将热量传给相变材料，相变材料吸热相变，对发射时引起的火炮内炮身3激热效应起到缓解作用；发射完毕火炮内炮身3迅速冷却，相变材料放热，缓解火炮内炮身3的激冷效应。通过这种结构使热量完成：火炮内膛8-火炮内炮身3-填充腔室2-火炮外炮身1的热量传递过程。相变材料对激冷激热的缓冲作用，对于缓解火炮内膛8的烧蚀和裂纹有显著效果，优选地，本发明的相变材料可选用金属合金相变材料。该金属合金相变材料具有常温固体形态，高潜热，高比热，高导热率的特点，在抵抗火炮发射时的热冲击具有良好的效果。对于相变材料相变体积变化问题的解决有以下几种：1、采用体积膨胀率很小的相变材料；2、火炮外炮身1上开透气孔11，使相变材料体积变化时不会撑破炮身；3、火炮外炮身1选用高弹性钢材，相变时体积改变为弹性势能。
本发明提供的一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管，采用双层炮身，并在之间增加填充腔室，利用填充腔室内的相变材料对火炮炮身起热冲击起到缓冲作用，降低火炮发射前后激冷激热的幅度，从而保护炮身，提高火炮初速度，射程，精度，以及使用寿命。
如图3所示，为了保证火炮自身强度，填充腔室2为设于火炮内炮身3外侧壁的凹槽，使之既能填充相变材料，又能与火炮外炮身1 紧密装配，在保证强度不变的条件下对火炮热设计进行优化，提高火炮寿命。
优选地，凹槽为12个，并沿火炮内炮身3轴向等距排布，保证对炮身良好的降温与缓冲作用。本领域技术人员可根据炮身和凹槽的大小，进行增减凹槽的个数，达到更好的效果。
其中，还包括透气孔11，透气孔11开设于火炮外炮身1，并与填充腔室2连通，用于平衡相变材料相变时产生的压强变化，保证火炮外炮身1不会被撑破。具体的，通气孔设于火炮外炮身1的末端。优选地，火炮外炮身1为具有弹性的钢材制成，在受到相变材料相变膨胀时候，能够随之膨胀，可进一步保证火炮外炮身1不会被撑破，但在与火炮内炮身3前端和后端接触部分采取有效的密封。
其中，还包括抽烟装置4，抽烟装置4包括蓄气室5和抽烟孔6，蓄气室5通过抽烟孔6与火炮内炮身3的内部连通，用于收集弹丸发射后产生的气体。抽烟装置4上的抽烟孔6通过火炮内外炮身，直达火炮内膛8，在火炮发射时发射药气体通过抽烟孔6进入蓄气室5，弹丸射出后发射药气体从蓄气室5排出，并将内膛发射药气体排出炮身，避免有毒气体从炮身尾部进入坦克，威胁车载人员。
如图1所示，还包括炮身热护套7，炮身热护套7包裹于火炮外炮身1的外周侧，避免火炮炮管在日晒或其他条件下引起受热不均，导致炮管弯曲，影响精度。
如图1和图2所示，本发明还公开一种坦克炮管，包括闩体12、火药室10和本发明的基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，火药室 10设于火炮内炮身3的内侧底部，闩体12封装于火炮内炮身3和火炮外炮身1的底部。
本发明提供的一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置及其坦克炮管，采用双层炮身，并在之间增加填充腔室，利用填充腔室内的相变材料对火炮炮身起热冲击起到缓冲作用，降低火炮发射前后激冷激热的幅度，从而保护炮身，提高火炮初速度，射程，精度，以及使用寿命。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，其特征在于，包括：火炮内炮身(3)、填充腔室(2)和火炮外炮身(1)，所述火炮内炮身(3)和所述火炮外炮身(1)均为管状物，所述火炮外炮身(1)套设于所述火炮内炮身(3)的外周侧，所述填充腔室(2)设于所述火炮内炮身(3)的外周侧与所述火炮外炮身(1)的内周侧之间，所述填充腔室(2)内填充有相变材料。
2.如权利要求1所述的基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，其特征在于，所述填充腔室(2)为设于所述火炮内炮身(3)外侧壁的凹槽。
3.如权利要求2所述的基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，其特征在于，所述凹槽为12个，并沿所述火炮内炮身(3)轴向等距排布。
4.如权利要求1所述的基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，其特征在于，还包括透气孔(11)，所述透气孔(11)开设于所述火炮外炮身(1)，并与所述填充腔室(2)连通，用于平衡相变材料相变时产生的压强变化。
5.如权利要求4所述的基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，其特征在于，所述火炮外炮身(1)为具有弹性的钢材制成。
6.如权利要求1所述的基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，其特征在于，还包括抽烟装置(4)，所述抽烟装置(4)包括蓄气室(5)和抽烟孔(6)，所述蓄气室(5)通过所述抽烟孔(6)与所述火炮内炮身(3)的内部连通，用于收集弹丸发射后产生的气体。
7.如权利要求1所述的基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，其特征在于，还包括炮身热护套(7)，所述炮身热护套(7)包裹于所述火炮外炮身(1)的外周侧。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，其特征在于，所述相变材料为金属合金相变材料。
9.一种坦克炮管，其特征在于，包括闩体(12)、火药室(10)和如权利要求1-8中任意一项所述的基于相变材料的坦克炮管的冷却装置，所述火药室(10)设于所述火炮内炮身(3)的内侧底部，所述闩体(12)封装于所述火炮内炮身(3)和所述火炮外炮身(1)的底部。
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