CN102156198A - 利用转速测试弹丸炮口速度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的利用转速测试弹丸炮口速度的方法属电子测试技术领域，该利用转速测试弹丸炮口速度的方法是：根据实际测试得到弹丸在炮口处的转速值，结合火炮的炮口缠度来计量或计算弹丸或引信在炮口的初速度值；本发明的利用转速测试弹丸炮口速度的方法优点有：该测试方法精度高，可精确测试炮口处弹丸的初速度，该方法已经在实弹验证，与雷达测速接近，比雷达测试略高；该测试方法不受炮口电离区域和火焰区域的影响；该测试方法不受场地和天气的限制；该测试方法减少了人工测量靶距带来的误差；这种利用转速测试弹丸炮口速度的方法适合基地靶场、军区弹道站、兵工厂采用，该测试方法简单实用，已在155杀爆弹系列、155子母弹和122榴弹上进行实际测试。

Description

利用转速测试弹丸炮口速度的方法

一.技术领域

本发明公开的利用转速测试弹丸炮口速度的方法属电子测试技术领域，具体涉及的是一种利用弹丸转速测试弹丸出炮口时速度的方法。

二.背景技术

关于测量弹丸在炮口初速度，目前常用的方法有两种。一种是雷达测速法，采用雷达测速系统进行直接测试，这种方法是利用雷达回波的多普勒效应进行测速，在测试终端进行数据采集之后，需进行数据检验与递推滤波，之后根据外弹道公式以多项式拟合的方式外推出炮口初速度。对于弹丸而言，测试距离一般是2000倍的弹丸直径，而雷达对火炮弹丸的开始测试时间一般是在后效期之后和发射药的喷焰及其流场对雷达电磁波的影响基本消失之时。如果测试最短距离选择过于靠近的炮口的话，炮口处的复杂电磁场环境会对雷达测速的频率稳定性、计时误差造成很大影响；如果距离炮口处较远的话，测试精度无法保证，造成外推炮口初速的误差增大。另一种是区截装置和测时仪。这种方法是把区截装置--天幕靶、光幕靶、线圈靶等放在炮口10m以外，当弹丸通过靶的瞬间会产生一个电信号，同时启动或停止测时仪。区截装置通过两个靶在弹道上截取一段距离区间，一个靶用于捕获弹丸飞入信号，另一个用于捕获弹丸飞出信号，通过使用测时仪就可以得到弹丸飞过这段弹道内所需的时间，以此得到两个靶之间的平均速度，并将其作为该段弹道中点的瞬时速度。然后同样根据外弹道公式用多项式公式推出炮口初速度。相比而言，本发明的利用转速测试弹丸炮口速度的方法具有：简单、实用、实施方便、精度高，可精确测量炮口处弹丸的初速，而不受炮口电离区域和火焰区域的影响。

三.发明内容

本发明的目的是：向社会提供这种利用转速测试弹丸炮口速度的方法，这种方法简单实用、测试精度高，实施测量不受炮口电离区域和火焰区域的影响。

本发明的技术方案如下：这种利用转速测试弹丸炮口速度的方法，系采用直接测量弹丸转速来测试弹丸在炮口速度的方法，技术特点在于：所述的利用转速测试弹丸炮口速度的方法是：根据实际测试得到弹丸在炮口处(限定在炮口附近)的转速值，结合火炮的炮口缠度来计量或计算弹丸或引信在炮口的初速度值。

根据以上所述的利用转速测试弹丸炮口速度的方法，技术特点还有：所述的利用转速测试弹丸炮口速度的方法还有：由于弹丸出炮口后，弹丸脱离膛线约束，弹丸轴向速度由于后效期的作用有增大趋势，但转速不再增大，整个后效期内(短时间内)，弹丸角速度近似不变，可将弹丸角速度看作常数，而且炮口处的弹丸角速度最大。通过弹丸角速度的测量，可以推算出弹丸或引信在炮口处的速度值。按如下公式计量或计算出弹丸或引信在炮口处的速度值：

$v_0=\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{2\mathrm{\π}}\·{\mathrm{\η}}_g\·D$ 或 $v_0=\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{2\tan {\mathrm{\γ}}_g}\·D$

公式中：v₀为弹丸或引信在炮口处的速度值；η_g为火炮膛线缠度；ω₀为弹丸或引信在炮口的转动角速度；D为弹丸或引信口径；γ_g为膛线的缠角。上述公式表明，影响炮口初速的因素主要有火炮膛线缠度η_g、弹丸口径D以及炮口转速ω₀。下面逐一分析影响初速度计算的误差。(1)火炮的膛线缠度η_g，缠度的大小在火炮制造时已经确定，射击后炮弹的弹带形状整齐，说明与膛线吻合程度较高，此时膛线的缠角γ_g可以用火炮身管膛线缠角测量仪器测量得到，通常精度为2′。(2)弹丸(或引信)口径D，弹丸的弹带在膛内经剪切后要嵌入膛线，定心部与弹带紧密结合，因此D应按定心部的直径计算。弹丸一经产出其口径值是固定的、已知的。(3)弹丸在炮口转速ω₀。

根据以上所述的利用转速测试弹丸炮口速度的方法，技术特点还有：所述的利用转速测试弹丸炮口速度的方法还有：关于弹丸或引信在炮口的转动角速度ω₀，利用缠绕在铁磁性物体上的线圈，在弹丸旋转时由于线圈切割磁力线在线圈的两端会产生电动势，再经过电压放大器、模数转换器、存储器把信号记录下来，测试完毕后把数据读入计算机，通过单位时间内的正弦波个数计量或计算出弹丸或引信在炮口的转动角速度ω₀。本发明利用缠绕在铁磁性物体上线圈，在弹丸旋转时由于线圈切割磁力线在线圈的两端会产生电动势，再经过电压放大器、模数转换器存储器把信号记录下来，测试完毕后把数据读入计算机，通过单位时间内的正弦波个数可推出此时的转速。

本发明的利用转速测试弹丸炮口速度的方法优点有：1.该测试方法精度高，可精确测试炮口处弹丸的初速度，该方法已经在实弹验证，与雷达测速接近，比雷达测试略高；2.该测试方法不受炮口电离区域和火焰区域的影响；3.该测试方法不受场地和天气的限制；4.该测试方法减少了人工测量靶距带来的误差。这种利用转速测试弹丸炮口速度的方法适合基地靶场、军区弹道站、兵工厂采用，该测试方法已在155杀爆弹系列、155子母弹和122榴弹上进行实际测试。

四.附图说明

本发明的说明书附图共有六幅：

图1为利用转速测试弹丸炮口速度的方法的测试流程方框图；

图2为利用转速测试弹丸炮口速度的方法使用的测试装置结构示意图；

图3为利用转速测试弹丸炮口速度的方法使用的测试电路方框图；

图4为利用转速测试弹丸炮口速度的方法实测得到的转速曲线与轴向加速度曲线时间对应关系；

图5为利用转速测试弹丸炮口速度的方法实测得到的弹丸在0-1s内的转速曲线；

图6为利用转速测试弹丸炮口速度的方法实测得到的弹丸在0-100ms内的转速曲线。

在六图中：1.安装测试装置于弹丸内；2.实弹测试后回收测试装置；3.读取测试数据计算出弹丸角速度ω₀；4.测量弹丸口径D和膛线缠度η_g或缠角γ；5.计算得出弹丸炮口处初速度v₀；6.测试电路；7.高导磁材料外筒；8.柔性薄膜线圈；9.弹丸或引信；10.炮筒；11.电压放大模块；12.模数转换模块；13.存储器模块；14.接口模块；15.控制模块；16.电池；17.外界信号；18.时间值，单位为ms；19.转速随时间的变化曲线；20.轴向加速度随时间的变化曲线；21.信号经过放大和AD转换后的值，单位为bit；22.时间值，单位为ms；23.转速随时间的变化曲线；24.信号经过放大和AD转换后的值，单位为bit；25.时间值，单位为ms；26.转速随时间的变化曲线。

五.具体实施方式

本发明的利用转速测试弹丸炮口速度的方法非限定实施例如下：

实施例一.利用转速测试弹丸炮口速度的方法

该例的利用转速测试弹丸炮口速度的方法系采用直接测量弹丸转速来测试弹丸在炮口速度的方法，该例的利用转速测试弹丸炮口速度的方法是：根据实际测试得到弹丸在炮口处的转速值，结合火炮的炮口缠度来计量或计算弹丸或引信在炮口的初速度值。该例的利用转速测试弹丸炮口速度的方法是：根据弹丸出炮口后整个后效期内，弹丸角速度近似不变，通过弹丸角速度的测量，按如下公式计量或计算出弹丸或引信在炮口处的速度值：

公式中：v₀为弹丸或引信在炮口处的速度值；ω₀为弹丸或引信在炮口的转动角速度；D为单丸或引信口径；γ_g为膛线的缠角。该例的利用转速测试弹丸炮口速度的方法还有：关于弹丸或引信在炮口的转动角速度ω₀，利用缠绕在铁磁性物体上的线圈，在弹丸旋转时由于线圈切割磁力线，在线圈的两端会产生电动势，再经过电压放大器、模数转换器、存储器把信号记录下来，测试完毕后把数据读入计算机，通过单位时间内的正弦波个数计量或计算出弹丸或引信在炮口的转动角速度ω₀。说明书附图1示出利用转速测试弹丸炮口速度的方法的测试流程方框图，图1中的测试流程：1为安装测试装置于弹丸内，2为实弹测试后回收测试装置，3为读取测试数据计算出弹丸角速度ω₀，4为测量弹丸口径D和膛线缠度η_g或缠角γ_g，5为计算得出弹丸炮口处初速度v₀。图2示出利用转速测试弹丸炮口速度的方法使用的测试装置结构示意图，图2中：6是测试电路，7是高导磁材料外筒，8是柔性薄膜线圈，9是弹丸或引信，10是炮筒。图3示出利用转速测试弹丸炮口速度的方法使用的测试电路方框图，图3中：11为电压放大模块，12为模数转换模块，13为存储器模块，14为接口模块，15为控制模块，16为电池即电源。17是外界信号，即线圈切割磁力线产生的电压。该实施例一的炮弹型号是沙弹，该例中实测得膛线的缠角γ_g＝8度55分43秒，D为直径155mm，转速为17992r/min，由此计算得出速度v₀为929m/s。转速对炮口初速的影响主要有以下两个方面：第一，转速在炮口的作用时间是否能和加速度在炮口的作用时间对应。轴向加速度是产生速度的原因，为此，将转速曲线和轴向加速度曲线进行对比，图4为利用转速测试弹丸炮口速度的方法实测得到的转速信号与轴向加速度信号时间对应关系。图4中：18为横坐标时间，单位是ms，19是转速随时间的变化曲线，20是轴向加速度随时间的变化曲线。分析图4中的两曲线可知，17ms是出炮口时弹上加速度信号出现巨大振荡的时间，此时刻转速信号由于炮口电离气体产生的电磁场作用，也有巨大振荡，说明二者在时间上是一致的。炮口处的转速用于计算速度是可行的。第二，炮口转速值自身有测试误差，经过计算其误差小于0.1％。图5是实测的弹丸在0-1s内的转速信号。图5中：21是实测得到的信号经过放大和AD转换后的值，单位为bit；22是时间值，单位为ms；23是转速随时间的变化曲线。为了清楚看出信号变化情况，图6给出了弹丸在0-100ms内的转速信号。图6中：23是实测得到的信号经过放大和AD转换后的值，单位为bit；24是时间值，单位为ms；25是转速随时间的变化曲线。对多发炮弹的实测，实测的炮口转速分布在18000转/分～18120转/分之间，经过1s后左右下降到17500转/分左右，经过计算后的弹丸出炮口初速值与实测初速值比较，误差不超过±1.5％。实测的结果见两附表(附表1和附表2)。

附表1内外弹道的测试基本数据

附表2出炮口后960ms内转速值

实施例二.利用转速测试弹丸炮口速度的方法

该例的利用转速测试弹丸炮口速度的方法系采用直接测量弹丸转速来测试弹丸在炮口速度的方法，该例的利用转速测试弹丸炮口速度的方法与实施例一利用转速测试弹丸炮口速度的方法不同点有：1.该例的利用转速测试弹丸炮口速度的炮弹是实弹。2.该例的利用转速测试弹丸炮口速度的方法是：按如下公式计量或计算出弹丸或引信在炮口处的速度值：

公式中：v₀为弹丸或引信在炮口处的速度值；η_g为火炮膛线缠度；ω₀为弹丸或引信在炮口的转动角速度；D为单丸或引信口径。该例中实测得膛线的缠角γ_g＝8度55分43秒，弹丸或引信在炮口的转动角速度ω₀为18010r/min，弹丸或引信口径D为155mm，由此计算出η_g为126，再计算得出弹丸或引信在炮口处的速度值v₀为933m/s。实测的结果见两附表(附表3和附表4)。该例的利用转速测试弹丸炮口速度的方法其余未述的，全同于实施例一中所述的，不再重述。

附表3内外弹道的测试基本数据

附表4出炮口后960ms内转速值

Claims (3)

1.一种利用转速测试弹丸炮口速度的方法，系采用直接测量弹丸转速来测试弹丸在炮口速度的方法，特征在于：所述的利用转速测试弹丸炮口速度的方法是根据实际测试得到弹丸在炮口处的转速值，结合火炮的炮口缠度来计量或计算弹丸或引信在炮口的初速度值。

2.根据权利要求1所述的利用转速测试弹丸炮口速度的方法，特征在于：所述的利用转速测试弹丸炮口速度的方法是根据弹丸出炮口后整个后效期内，弹丸角速度近似不变，通过弹丸角速度的测量，按如下公式计量或计算出弹丸或引信在炮口处的速度值：

$v_0=\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{2\mathrm{\π}}\·{\mathrm{\η}}_g\·D$ 或 $v_0=\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{2\tan {\mathrm{\γ}}_g}\·D$

公式中：v₀为弹丸或引信在炮口处的速度值；η_g为火炮膛线缠度；ω₀为弹丸或引信在炮口的转动角速度；D为弹丸或引信口径；γ为膛线的缠角。

3.根据权利要求2所述的利用转速测试弹丸炮口速度的方法，特征在于：所述的利用转速测试弹丸炮口速度的方法还有：关于弹丸或引信在炮口的转动角速度ω₀，利用缠绕在铁磁性物体上的线圈，在弹丸旋转时由于线圈切割磁力线在线圈的两端会产生电动势，再经过电压放大器、模数转换器、存储器把信号记录下来，测试完毕后把数据读入计算机，通过单位时间内的正弦波个数计量或计算出弹丸或引信在炮口的转动角速度ω₀。

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