弹丸挤进过程中弹带/身管高速冲击摩擦学研究

弹丸挤进过程对枪炮内弹道循环有显著影响，其本质是弹带与身管膛壁间的高速冲击摩擦并伴有大变形，属极端工况摩擦学问题。已有的研究主要集中于用准静态挤进和实弹射击两种方法测定挤进阻力，但测试结果差异显著。申请者推测在挤进过程中，不同加载速率诱发摩擦副材料的应变率效应，导致其力学性质（屈服极限、流动应力等）和力学响应（应力-应变关系等）发生改变，进而影响摩擦学性能，宏观上则表现为挤进阻力的变化等，故而发展了一种基于改进的分离式霍普金森压杆（SHPB）新型冲击加载实验方法并进行了前期研究。准静态和冲击加载挤进预试验结果已初步证实这一假说。本课题将从摩擦学这一新的视觉来阐明挤进过程"内核"，研究不同加载状态下，弹丸（弹带）/身管对冲击载荷的应变率响应以及材料力学性能的演变对摩擦学性能的影响规律，揭示高速冲击摩擦机理和磨损机制，为枪炮和弹药的设计、制造与使用提供摩擦学支持，具有重要的理论意义和应用价值。

弹丸挤进过程是枪炮内弹道特别是起始弹道的重要研究内容之一。因挤进过程发生在密闭的身管内且持续时间极短，至今对弹丸（弹带）挤进过程的认识还相当粗浅。本项目尝试从摩擦学的角度揭示挤进过程的物理本质，为弹炮的设计、制造、使用和维护提供指导和依据。本项目的主要研究内容和研究结果具体包括：.（1）研制了基于气炮加载的高速冲击挤进实验平台，为弹丸挤进试验研究提供了新手段。基于该装置进行的子弹和弹带动态挤进试验结果与实弹射击结果进行比较，二者非常接近，已具备再现挤进过程客观现象进而揭示其物理本质的能力条件。.（2）研发了弹带喷涂新技术，解决了传统的机械嵌合和焊接制备弹带的技术难题。采用热喷涂和冷喷涂两种技术，制备了20-155 mm系列口径炮弹弹带；利用挤进试验装置对其性能特别是弹带与弹体的结合强度进行了评估，结果表明弹带性能满足使用要求。弹带喷涂开辟了喷涂技术在弹丸制造新的应用领域，具有重要的推广价值。.（3）阐明了挤进过程中弹丸（弹带）与坡膛、膛线起始部的摩擦磨损机理是，高速冲击（滑动）摩擦引起的黏着磨损及次生的磨粒磨损，揭示了应变率效应和热效应是影响磨损过程的两个重要因素。.（4）提出了以身管外壁面应变作为枪炮身管健康状态指标参数以预测身管剩余寿命的新思路，避免了传统采用药室增长量法和膛线起始部直径变化量法预测身管使用寿命，存在的缺乏科学依据且预测误差大的突出矛盾问题。采用等离子淬火强化坡膛部和膛线起始部，提高局部抗冲击摩擦磨损能力，以达到有效延长身管使用寿命目的。.（5）将弹带喷涂技术和身管应变测量技术应用于发明的多功能系列教练弹系统，解决了教练弹反复装填，弹带易磨损以及装填训练质量不能定量考核的老大难问题，大幅度提升部队实战训练水平。