CN103115711B - 炮口制退器制退力测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炮口制退器制退力测试方法，在靠近炮口制退器的身管外表面对称选择四个测点，在每个测点上粘贴一片单向应变片，敏感栅方向沿身管轴线方向。上下表面测点应变片组成一个电桥系统，而左右表面测点应变片组成另一个电桥系统，两个电桥系统得到的应变求平均值。火炮射击，在后效期，火炮燃气流冲击炮口制退器，它给身管施加拉力，引起身管拉伸变形。应变片感知该拉伸变形，并以电信号形式由动态应变仪将电信号传输给数据采集器，经过数据处理，就得到了炮口制退器引起的身管轴向应变，再利用虎克定律，由此可以得到制退力。本发明对于研究火炮后坐阻力规律，减小射击激励力，降低炮口振动，提高火炮射击密集度具有划时代意义。

Description

炮口制退器制退力测试方法

技术领域

本发明涉及一种炮口制退器制退力测试方法，具体地讲，本发明涉及一种火炮射击条件下基于应变测试原理的炮口制退器制退力测试方法。

背景技术

炮口制退器用于减小后效期中火药燃气对后坐部分的冲量。它通过控制后效期火药燃气的速度和方向，用动量传递的方法使炮膛合力的冲量减小，达到减小后坐动能从而减小炮架受力、减轻炮架质量以提高火炮机动性的目的。炮口制退器按其原理分，有冲击式和反冲击式炮口制退器，小口径火炮常采用反冲击式炮口制退器。弹丸出炮口后，身管内高压火药燃气流入内径较小的制退室，膨胀较小，压力仍很高，大部分燃气经侧向扩张喷孔突然膨胀，以高速向后喷出，形成反推力(或称制退力)，使身管向前，少量燃气从中央弹孔流出。

炮口制退器依靠螺纹和身管连接，炮口制退器制退力的大小影响着炮口连接螺纹的强度，影响着炮口制退器能否可靠地连接。目前，常用计算的方法估算炮口制退器制退力。在后效期，有炮口制退器时的炮膛合力计算公式为

P_pt，T＝χP_pt                        (1)

式中，P_pt是无炮口制退器时的炮膛合力；

χ是炮口制退器的冲量特征量。

炮口制退器的冲量特征量χ计算公式为

$\mathrm{\χ}\frac{(q+\mathrm{\β\ω})\sqrt{1-{\mathrm{\η}}_T}-(q+0.5\mathrm{\ω})}{(\mathrm{\β}-0.5)\mathrm{\ω}}---\left(2\right)$

式中，q是弹重；

β是火药气体作用系数，按经验公式估算，A是经验系数，v₀是弹丸初速；

ω是装药量；

η_T是炮口制退器效率。

在已知参数q、β、ω、η_T的条件下，利用公式(2)，可计算出炮口制退器的冲量特征量为χ，这样，在后效期，有炮口制退器时炮膛合力计算公式为

P_pt，T＝χP_pt                   (3)

由公式(3)可以计算炮口制退器制退力为

P_z＝(1-χ)P_pt                   (4)

公式(2)中，炮口制退器效率η_T是计算炮口制退器制退力的关键参数，该参数常用实验方法获得，是利用自由后坐试验台，通过测量自由后坐速度来实现。这种方法成本很高，测试过程非常复杂。

由于计算要进行简化，原始数据不能精确给出，仅依靠公式计算炮口制退器制退力，有可能产生较大误差。火炮工程实践迫切需要炮口制退器制退力精确实验测试方法，以指导火炮设计。炮口制退器制退力对火炮后坐阻力影响很大，而大的后坐阻力既会引起炮架过大的应变，降低火炮结构强度储备，又会引起炮口较大的振动响应，使射击密集度变差，降低了火炮关键性能。而准确给出炮口制退器制退力，对火炮设计有重要指导意义。

在未知参数q、β、ω、η_T的条件下，可以利用实验测试的方法获得炮口制退器制退力的大小。本发明的目的就是提出一种炮口制退器制退力实验测试方法，描述制退力测试原理，推导实验测试过程中所用到的计算公式。

发明内容

本发明采用应变测量原理实现炮口制退器制退力实验测试。在靠近炮口制退器的身管外表面的某一横截面上对称选择四个测点，在每个测点上粘贴一片单向应变片，敏感栅方向沿身管轴线方向。上下表面测点应变片组成一个电桥系统，而左右表面测点应变片组成另一个电桥系统，两个电桥系统得到的应变求平均值。火炮射击，在后效期，火炮燃气流冲击炮口制退器，它给身管施加拉力，引起身管拉伸变形。应变片感知该拉伸变形，并以电信号形式由动态应变仪将电信号传输给数据采集器，经过数据处理，就得到了炮口制退器引起的身管轴向应变，再利用虎克定律，由此可以得到制退力。

基于应变测量原理的炮口制退器制退力测试方法具有显著优点。1)不用建造费用昂贵、且利用率很低的自由后坐台，简化了测试方法，节约了测试费用；2)巧妙地利用测试火炮自身结构，仅在炮口粘贴电阻应变片就可以得到炮口制退器制推力，方法简单、易行，测试效率高；3)在实际火炮上测试，数据真实、可靠。本发明炮口制退器制退力测试方法对于研究火炮后坐阻力规律，减小射击激励力，减小火炮结构变形，降低炮口振动，提高火炮射击密集度，实现火炮轻量化具有划时代意义，能明显提升我国火炮武器研制水平。

附图说明

附图1是应变测点位置示意图。

附图2是电桥工作示意图。

附图3是炮口制退器制退力测试方法示意图

具体实施方式

本发明采用应变测量原理实现炮口制退器制退力实验测试。在靠近炮口制退器的身管1外表面的某一横截面上对称选择四个测点，在每个测点上粘贴一片单向应变片2，敏感栅方向沿身管1轴线方向。上下表面测点应变片2组成一个电桥系统，而左右表面测点应变片2组成另一个电桥系统，两个电桥系统得到的应变求平均值。火炮射击，在后效期，火炮燃气流冲击炮口制退器，它给身管1施加向前的拉力，引起身管1拉伸变形。应变片2感知该拉伸变形，并以电信号形式由动态应变仪将电信号传输给数据采集器，经过数据处理，就得到了炮口制退器引起的身管1轴向应变，再利用虎克定律，由此可以得到制退力。

下面以上下表面测点应变片2组成的电桥系统得到轴向拉应变为例，说明制退力计算公式推导过程。身管1上表面应变片2标记为R₁，身管1下表面应变片2标记为R₄。为了消除温度的影响，在不受力的构件上粘贴两片温度补偿片，分别标记为R_2B和R_3B，将R₁、R_2B、R_3B和R₄按照附图2所示的方式完成电桥连接。其中，R₁和R₄为工作片，u₀为恒定电压，u_i为动态应变仪工作时的输出电压(即与应变测试值对应)。

在后效期过程中，身管1受力主要包括沿身管1轴线的制退力P、身管1受到的弯矩M和温度引起的应力，温度应力可以通过温度补偿而消除。由制退力P在上下外表面引起的应变标记为ε_1拉和ε_4拉，由弯矩M在上下外表面引起的应变标记为ε_1弯和ε_4弯，由温度在上下外表面引起的应变标记为ε_1温和ε_4温，温度补偿片R_2B和R_3B对应的应变分别为ε_2B和ε_3B。根据身管1结构的对称特性及R₁和R₄的粘贴对称特性，有

ε_1弯＝-ε_4弯，ε_1拉＝ε_4拉                   (5)

及

ε_1温＝ε_2B，ε_4温＝ε_3B                     (6)

根据附图2所示的电桥工作原理及公式(5)和公式(6)，其输出电压与应变的关系为

式中，k是应变片2灵敏度系数。

由公式(7)可见，因温度和弯矩引其的应变都不会出现在公式中，但制退力对应的应变读数要除以2。

由公式(7)解出ε_1拉，有

设应变测点位置身管1横截面积为s，身管1材料弹性模量为E，炮口制退器制退力引起的应力为σ，则炮口制退器制退力P_z为

P_z＝σs＝Eε_1拉s                   (9)

为了消除测试误差，按照同样的方法和原理，在炮口制退器附近的身管1左右外表面对称位置粘贴应变片2，也可以得到轴向拉应变，左右拉应变和上下拉应变求平均值，记为ε，则公式(9)可以改写为

P_z＝σs＝Eεs                        (10)

公式(10)给出了应变实验测试原理求炮口制退器制退力的计算公式。因此，实验测试时，只要得到身管1轴向拉应变，并测量测点处身管1横截面积，就可以得到射击时的炮口制退器施加在身管1上的制退力。

Claims (1)

1.一种炮口制退器制退力测试方法，包括动态应变仪、应变片和数据采集器，其特征在于，采用应变测量原理实现炮口制退器制退力实验测试，在靠近炮口制退器的身管[1]外表面的某一横截面上对称选择四个测点，在每个测点上粘贴一片单向应变片[2]，敏感栅方向沿身管[1]轴线方向；上下表面测点应变片[2]组成一个电桥系统，而左右表面测点应变片[2]组成另一个电桥系统，两个电桥系统得到的应变求平均值；火炮射击，在后效期，火炮燃气流冲击炮口制退器，它给身管[1]施加向前的拉力，引起身管[1]拉伸变形；应变片[2]感知该拉伸变形，并以电信号形式由动态应变仪将电信号传输给数据采集器，经过数据处理，就得到了炮口制退器引起的身管[1]轴向应变，再利用虎克定律，由此可以得到制退力；上下表面测点应变片[2]组成电桥系统得到轴向拉应变，身管[1]上表面应变片[2]标记为R₁，身管[1]下表面应变片[2]标记为R₄；为了消除温度的影响，在不受力的构件上粘贴两片温度补偿片，分别标记为R_2B和R_3B，将R₁、R_2B、R_3B和R₄完成电桥连接；其中，R₁和R₄为工作片；在后效期过程中，身管[1]受力主要包括沿身管[1]轴线的制退力P、身管[1]受到的弯矩M和温度引起的应力，温度应力可以通过温度补偿而消除；由制退力P在上下外表面引起的应变标记为ε_1拉和ε_4拉，由弯矩M在上下外表面引起的应变标记为ε_1弯和ε_4弯，由温度在上下外表面引起的应变标记为ε_1温和ε_4温，温度补偿片R_2B和R_3B对应的应变分别为ε_2B和ε_3B；根据身管[1]结构的对称特性及R₁和R₄的粘贴对称特性，有

ε_1弯＝-ε_4弯，ε_1拉＝ε_4拉     (1)

及

ε_1温＝ε_2B，ε_4温＝ε_3B     (2)

根据电桥工作原理及公式(1)和公式(2)，其输出电压与应变的关系为

式中u₀为恒定电压，u_i为动态应变仪工作时的输出电压，k为应变片[2]灵敏度系数；由公式(3)解出ε_1拉，有

则炮口制退器制退力P_z为

P_z＝σs＝Eε_1拉s     (5)

式中s为应变测点位置身管[1]横截面积，E为身管[1]材料弹性模量，σ为炮口制退器制退力引起的应力；为了消除测试误差，按照同样的方法和原理，在炮口制退器附近的身管[1]左右外表面对称位置粘贴应变片[2]，也可以得到轴向拉应变，左右拉应变和上下拉应变求平均值，记为ε，则公式(5)可以改写为

P_z＝σs＝Eεs     (6)

公式(6)给出了应变实验测试原理求炮口制退器制退力的计算公式；因此，实验测试时，只要得到身管[1]轴向拉应变，并测量测点处身管[1]横截面积，就可以得到射击时的炮口制退器施加在身管[1]上的制退力。