某火炮制退机散热分析

　　四川兵工学报武器装备某火炮制退机散热分析张洪挺，何永，饶越（南京理工大学，南京210094）而造成火炮的故障和损坏。针对这个问题建立了某火炮制退机简化模型，运用Ansys/Flotmn软件对火炮的制退机进行散热分析，得出制退机的散热规律及温度分布。结果表明，该方法简单可行，构思新颖，为以后选取有较好散热性能的制退机材料提供依据。

　　近年来，火炮的射击速度不断地提高，从第3代大射速4~6发/min发展到第4代大射速8~12发/mm，火炮射速的提高具有典型性。然而火炮的身管、制退机温升也加剧了，因此了解火炮制退机的散热规律，以保障火炮的正常工作显得尤为必要。针对火炮制退机的温升散热问题，国内外学者主要通过数值计算和。

　　简化模型2传热数值模型建立热量的传递有3种基本方式：热传导、热对流、和热辐射。制退机的冷却同时包含了3种基本传热方式。本文制退机冷却的传热方式主要考虑热传导和热对流，热辐射将以适当增大传热系数的方式考虑到模型中。

　　其传热过程的热流量可以用式（1）表示。

　　制退机的冷却过程没有内热源，其导热微分方程为制退液的自然对流传热微分方程组如下：其中：a是体积膨胀系数，a=- a是热扩散率，=；0是过余温度0=7-「。

　　对流传热微分方程建立以上微分方程加上定解条件，便可对制退机的传热模型进行求解。

　　3仿真及结果分析3.1初始条件和材料参数确定制退机散热分析的初始条件：环境温度恒为15制退机初始温度为80.仿真中的温度用开氏温度计算，与摄氏度的换算公式是尤=K-273.制退机长为310 mm.目到的材料是水和碳钢。碳钢选用0. 5的中碳钢，其材料参数：密度7840 kg/m3，导热系数48. KkgK）。制退液的材料用水代替。由于本次仿真考虑制退液的自然对流，因此必须考虑液体的密度随温度变化，又因水的黏度随温度变化比较快，所以也按变量处理。至于比热和导热系数，随温度变化很小，可以按常量处理。导热系数A为0.液体的密度将使用一个以温度为函数的二次多项式要得到液体的密度和黏度，必须先得到它们各自的系数K1、2、C1其值可以根据表1中的数据求得。

　　表1水的材料参数根据表1中的数据，可以得出式⑴和⑵中的系数，其3.2网格模型的建立及结果分析由于制退液的自然对流受到重力的影响，而本次采用的是轴对称模型，所以考虑将模型竖直放置，并取纵向截面的一半作为研究对象。网格划分好后的模型如所示，网格模型包含了754个单元，网格数为13x58.求解器选择三对角矩阵法（TDMA），重力g取9.81m/S2.为了查看方便，显示了在水平方向上放大了2倍的网格模型，但是不影响计算过程。

　　网格模型对上面的模型加载求解，得出制退机自然冷却的散热情况。是经过25mm冷却后制退机的温度分布。由可知，制退机固体部分由上往下温度逐层递减，有明显的分层现象。由于制退液存在自然对流，它的温度分布跟液体流动相关联。但总体来说，上层流体的温度要比下层的高。

　　25min后制退机内的温度分布为了得到制退机的温度冷却规律，选取模型中的6个节点做为研究对象，研究它们的温度冷却情况。

　　是制退液内3个节点的温度随时间变化的分布规律。从中可以看到，位置1、2、3的散热规律相似，只是在每个时刻的温度按位置1、2、3的秩序递减。这符合制退液自然对流的温度分布规律：靠近左侧的液体经左壁冷却，温度下降，密度变大下沉，同时右侧液体源源不断地补充到左壁，使制退液总体上按逆时针方向流动。终上层液体的密度相对较小，温度较高，下层液体密度较大，温度也较低。

　　从中还可以看出经过25min的冷却后，节点的温度从初的353 K冷却到338 K左右，即从80T：冷却到65T：左右。

　　是制退机的制退筒壁和制退杆内3个节点的温度变化规律。从随时间冷却的温度变化图中可以看出，制退筒壁上两点的温度变化，即4和5点处的冷却速度明显比制退杆内6点处的冷却速度快。冷却快的是靠近左侧底端的地方，比如4点处经过25 min后温度冷却到59T：。温度变化较慢的制退杆，比如6点处，温度只冷却到67 4结束语通过上述仿真和结果分析可以看出，本次研究的方案可行，得出的结果也有一定的研究价值。本文从有限元仿真这一方面得出在火炮发射芫后，制退机内各点的温度变化规律，为制退机的热分析研究提供了思路。但是本文研究基于某中口径火炮的制退机以及一些特定的条件，加上模型进行了较大的简化，所以其结果有一定的局限性今后将针对各具体的条件，建立接近制退机实际结构的模型，对其进行相关的热分析，得出更加普遍适用的规律。