CN1040092A

CN1040092A - 力传感器测弹底压力的技术和设备

Info

Publication number: CN1040092A
Application number: CN 88107493
Authority: CN
Inventors: 杨学曾
Original assignee: Inst No202 Ministry Of Machine-Building And Electronics
Current assignee: Inst No202 Ministry Of Machine-Building And Electronics
Priority date: 1988-11-08
Filing date: 1988-11-08
Publication date: 1990-02-28

Abstract

本发明公开了一项用力传感器测弹底压力的技术和设备。在火炮内弹道试验中，使用所提出的力传感器，在经过轴向力标定后，按所提出的公式，就能在一发射击中直接获得弹底压力曲线、自动排除弹丸加速度对弹底压力测量准确度的不利影响，从而提高测量的准确性、减少实验耗费。按所提出的技术，一种能直接测量弹底压力的高技术系统就有了设计的依据。

Description

测量射击中炮膛内火药气体作用于弹丸底部的压力变化是一项重要而困难的火炮内弹道测试技术。

以往曾用装入弹丸内的压电传感器测量弹丸的加速度曲线A（t）后，通过换算得到弹底压力曲线P_d（t），换算公式是：

φ₁qA/g＝SP_d（1）

式中：q为弹重，g为重力加速度，S为炮膛面积，φ₁为计及弹头波阻的膛线阻力系数，常有φ₁＝1.02～1.04;有关的方法记载于1964年出版的[美军]火炮内弹道学的第四章中，该书有中译本，国防工业出版社于1975年出版;但按此方法测弹底压力曲线迂到了对量级高达几万倍g的弹丸加速度A难以准确标定的困难。1980年以来，国内曾用微波干涉法直接测量弹底压力，但装在弹丸内的测压传感器在感受弹底压力的同时还承受强烈的弹丸加速度的作用，后者的影响不易排除;于是只好在一次射击中在弹底钻孔，使弹内传感器感受弹底压力和弹丸加速度的综合作用，而在下一发射击时在弹底不钻孔，弹内传感器仅感受弹丸加速度的作用，比较两次射击中所测到的讯息，通过数据处理排除弹丸加速度的影响后，得到弹底压力曲线P_d（t）;由于两次射击中实际的P_d（t）和A（t）曲线都不可能是相同的，因此该方法测出的P_d（t）曲线仍存在着难以估计的误差，而且实验耗费大、仅适用于滑膛炮，有关这方面的技术发表在兵工学报武器分册1985年第一期，题为：20000g弹底压力测试技术;其实20000g的过载加速度尚不敷需要，对于老式85毫米高射炮，其弹丸的最大加速度已超过25000g。1960年以来，按Michelson效应，国内外都研制成功了测量弹丸位移曲线X（t）的微波干涉仪，在计算机对X（t）曲线作两次差分得弹丸加速度曲线A（t）后再按公式（1）输出弹底压力曲线P_d（t），按此原理工作的有奥地利的BS-310微波干涉仪系统，87年我国有引进，使用中发现该系统在按X（t）作差分计算A（t）时存在着不可忽视的计算方法误差而影响弹底压力曲线的准确性，而且输出的弹丸加速度曲线A（t）也存在着标定上的困难。80年代后国内外都有激光干涉仪测量弹丸速度曲线V（t）的报导，在对V（t）曲线作差分得A（t）后再按公式（1）换算得到P_d（t）曲线;但是，火炮在射击中，弹带的密封性是不确实的，火药气体的泄漏导致激光产生严重的散射，因此使用此类仪器很难得到完整的V（t）和P_d（t）曲线，有关资料可查兵工学报武器分册1985年第一期，题为：用激光干涉仪测定弹丸在膛内的V-t曲线。总之，弹底压力的准确测量至今仍是难题。

本发明提出以力传感器测量弹底压力的方法，当该传感器被安装于弹尾、并使用所提出的标定方法和换算方法后，弹底压力的测量就不再受弹丸加速度的影响。如图1，力传感器的测力棒随弹丸一起运动，在其测应变区中段aa断面处的轴向应力σ应符合以下关系：

P_aS_b-σS_a= (q_b)/(g) · (dv)/(dt) （2）

式中：S_b＝πd2_b/4，S_a＝πd2_a/4，q_b为测力棒自bb至aa段的重量。 (dv)/(dt) 为弹丸加速度。当取弹丸为自由体时，则有公式（1），式中A＝ (dv)/(dt) 。由公式（1）、（2），得：

σ＝P_d（S_b-Sq_b/（φ₁q））/S_a（3）

由此可知，此种力传感器的测力棒在aa断面处的应力或应变仅与弹底压力P_d有关而与弹丸加速度无关;测量该处的应变就能得到仅与弹底压力有关的电讯号。在用力传感器测量弹底压力时，射前应对其作轴向力标定（如图2）以确定射击时作用于测力棒aa断面处的内力F（t）;在标定时，有：F＝σS_a（4）

F为标定时施加的轴向力。按公式（3）、（4）有：

P_d＝F/（S_b-Sq_b/（φ₁q））（5）

由此可知：所提出的力传感器在射击中测得测力棒在aa断面处的应变并经过轴向力标定之后，就可求出射击中作用于测力棒aa断面的内力F（t）;按公式（5）即可将其换算成弹底压力曲线P_d（t）。在此过程中已自动排除了弹丸加速度的影响，不仅提高了测量的准确度、减少了实验耗费，而且对仪器的设计要求也大大简化。测量射击中测力棒aa断面处的应变，可以该处为中点贴电阻应变片，此种力传感器在标定时也可选压力作为标准量，此时压力与施加于测力棒的轴向力的关系为：

F＝PS_b（6）

P为标定压力。

对于小口径炮，力传感器内测力棒上的应变电阻可借助弹头传电盘在它与预埋在身管不同位置的电极接触时（图1）向电桥输入，从而得到与电极数n相对应的n个弹底压力脉冲讯号，如图3，它的幅值即表示弹底压力（P_d）_i的大小。与该脉冲的时间坐标t_i对应的弹丸位移X_i是已知的，因此，n个离散点（（P_d）_i，t_i）表示的P_d（t）曲线还可以转换成n个离散点（（P_d）_i，X_i）表示的P_d（X）曲线;通过数学拟合可得到P_d（t）和P_d（X）的连续曲线。

对于中、大口径火炮，弹内除安装力传感器外还可安置微波的接收、调制和发射装置，运用微波传输或遥测技术，就能在一发射击中测出弹底压力曲线P_d（t），并自动排除弹丸加速度的影响，而如图4。

随着本发明的提出，一种能直接测量弹底压力的高技术系统在工作原理上趋于成熟，它的特点是测量的准确度高、易于标定、节省实验耗费和对外设仪器的要求可简化。

当将此力传感器安装于火炮的膛底时，则：

P_t＝F/（S_b-Sq_b/Q）（7）

P_t为膛底压力，Q为火炮后座部份重，由于q_b/Q＝0，因此有：

P_t＝F/S_b（8）

在测量中在对力传感器作轴向力标定后，即可获得膛底压力曲线P_t（t），而如图3或图4。

Claims

1、一项在一次射击中就能测出弹底压力曲线并自动排除弹丸加速度所造成的测压误差的技术，其特征是它由装在弹尾部的力传感器、轴向力标定方法和压力换算公式(5)所组成。

2、按权利要求1所说的弹底压力测量技术，其特征是在弹丸膛内运动时，弹尾部力传感器的测力棒的轴向应力和轴向应变仅与弹底压力有关而与弹丸加速度无关。

3、按权利要求1所说的弹底压力测量技术，其特征是力传感器的测力棒在测量弹底压力时，它是按作用于测力棒的轴向力或由压力换算成轴向力后作静态标定的。

4、按权力要求1所说的弹底压力测量技术，其特征是按实测的测力棒应变曲线和测力棒的轴向力静态标定结果，直接由压力换算公式（5）换算出弹底压力曲线。

5、一种压力曲线的表示方法，其特征是在测得多个压力脉冲讯号后，求出各不同瞬间弹底压力的坐标（（P_d）_i，t_i）再构成弹底压力曲线。

6、一种能在一次射击中就能测出弹底压力曲线并能自动排除弹丸加速度所造成的测压误差的仪器系统，其特征是以权利要求1所说的技术为工作原理、利用微波传输技术或遥测技术，对中口径以上火炮能直接显示实测结果、对小口径火炮能以权利要求5所说的方法显示实测结果的仪器系统。