CN107421706B - 强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台，包括空气炮机械平台与空气炮测控系统；空气炮机械平台依次包括高压气罐、高压室、辅助发射单元、以及发射管；高压气罐上设有充气管，充气管上设有第一电磁阀，高压气罐与高压室之间设有第二电磁阀，高压室与辅助发射单元之间设有第三电磁阀；空气炮测控系统包括压力测试单元、运动测试单元以及连接压力测试单元以及运动测试单元的数据采集卡。本发明的测试平台采用空气炮实验模拟高速军民用设备在强冲击环境下目标动态特性，可以实现对空气炮的精密控制，得到可靠的、具有可重复性的实验数据，以此为基础研究军民设备在强冲击环境下性能，可以为目标设备的工业化生产提供可靠的依据。

Description

强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台

技术领域

本发明涉及冲击试验模拟试验平台领域，特别是涉及一种强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台。

背景技术

随着科技的进步，航空航天、武器、高速列车、快速舰艇等诸多的军用和民用设备得到了飞速发展。然而随着该类设备运行速度的不断提升，自身所能承受的高冲击及高过载条件下的安全性能就成了科研工作者日益关心的问题，因此研究具有高速动态特征的军用和民用设备在高过载下的安全可靠性不可或缺。航空航天方面，飞机的速度已经达到2-3个马赫数，而航天飞行器的速度更是远远高于航空飞机。这种情况下，设备中的精密仪器可能会因为强冲击和高过载而导致器件内部电路损坏，所以研究此类高精密电子元器件在高过载作用下的适应性显得尤为重要。近年来，我国高铁建设快速发展，由于高铁运行的列车速度远远高于一般的快速列车，对车辆在高过载行进中各个系统的适应性能也提出了新的要求和挑战。对于该类特殊状况下军用和民用设备性能的研究，以这些军用和民用设备作为直接试验对象显然成本太高且试错代价太大，因此需要提出一种可以模拟这些设备启动或发射过程中的高速动态，获得非常规冲击后的实时性能参数，模拟实验对象在整个过载过程中的动态特性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用空气炮实验来模拟高速军民用设备在强冲击环境下目标动态特性的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台。

技术方案：为实现上述目的，本发明的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台，包括空气炮机械平台与空气炮测控系统；所述空气炮机械平台依次包括高压气罐、高压室、辅助发射单元、以及发射管；所述高压气罐上设有充气管，所述充气管上设有第一电磁阀，所述高压气罐与所述高压室之间设有第二电磁阀，所述高压室与所述辅助发射单元之间设有第三电磁阀；所述空气炮测控系统包括压力测试单元、运动测试单元以及连接所述压力测试单元以及所述运动测试单元的数据采集卡，所述压力测控单元包括设置在所述高压室内的第一压力传感器、设置在所述辅助发射单元内的第二压力传感器以及设置在所述发射管内的第三压力传感器。

进一步地，所述运动测试单元包括弹丸捕捉器，所述弹丸捕捉器包括与所述发射管对接的弹丸管道，所述弹丸管道的末端设有激光测速系统，所述激光测速系统包括至少两个在弹丸管道的轴向上直线阵列设置的光纤探头，每个所述光纤探头包括用于发射光源的光源芯光纤与用于接收反射光的反射芯光纤，所述光源芯光纤连接发光二级管，所述反射芯光纤连接光电二级管，所述发光二级管与所述光电二极管连接信号处理电路。

进一步地，所述光纤探头的前端加装有滤光片。

进一步地，所述压力测试单元还包括设置在所述高压气罐内的第四压力传感器。

进一步地，所述空气炮机械平台还包括混凝土墩，所述发射管通过第一支座固连在所述混凝土墩上，所述弹丸管道通过在其轴向直线阵列设置的多个第二支座固连在所述混凝土墩上。

进一步地，所述空气炮测控系统还包括可设置在弹丸上的数据采集存储记录仪。

进一步地，所述数据采集存储记录仪内置有电源、处理器、存储芯片以及陀螺仪、加速度传感器、压力传感器三者中的其一、其二或全部。

进一步地，还包括试验靶室，所述试验靶室内设置有用于与弹丸碰撞的目标靶以及碰撞过程记录装置。

进一步地，所述碰撞过程记录装置包括高速摄影机。

进一步地，所述空气炮测控系统以及所述碰撞过程记录装置与上位机相连，所述上位机内设置有测试数据库。

有益效果：本发明的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台采用空气炮实验模拟高速军民用设备在强冲击环境下目标动态特性，包含空气炮机械平台与空气炮测控系统，可以实现对空气炮的精密控制，得到可靠的、具有可重复性的实验数据，以此为基础研究军民设备在强冲击环境下性能，从该测试平台的实验数据出发进行数据分析融合，可以为目标设备的工业化生产提供可靠的依据。

附图说明

附图1为强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明旨在研发设计面向空气炮实验研究飞行器、车辆、船只、公路、桥梁等军民设施的关键设备和部件在强冲击环境下测试及稳定技术，根据本发明的总体目标，本发明的发明内容具体如下。

如附图1所示的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台，包括空气炮机械平台1与空气炮测控系统2；所述空气炮机械平台依次包括高压气罐11、高压室12、辅助发射单元13、以及发射管14；所述高压气罐11上设有充气管，所述充气管上设有第一电磁阀15，所述高压气罐11与所述高压室12之间设有第二电磁阀16，所述高压室12与所述辅助发射单元13之间设有第三电磁阀17，发射单元13作用于弹丸的尾端使弹丸加速运动。所述空气炮测控系统2包括压力测试单元、运动测试单元以及连接所述压力测试单元以及所述运动测试单元的数据采集卡，所述压力测控单元包括设置在所述高压室12内的第一压力传感器、设置在所述辅助发射单元13内的第二压力传感器以及设置在所述发射管14内的第三压力传感器所述高压气罐11内的第四压力传感器。

工作流程如下：试验开始前，打开第一电磁阀15，空气压缩机对高压气罐11进行充气，同时数据采集卡利用第四压力传感器检测高压气罐11内气体的压力值，当压力值达到设定压力值时，上位机通过数据采集卡发送数字信号关闭第一电磁阀15，第一电磁阀15关闭后空气压缩机由于压力过高而停止工作。此时，高压气罐11内压力恒定为设定值，等待试验开始。试验开始后，数据釆集卡发送数字信号给第二电磁阀16，第二电磁阀16打开高压气体由高压气罐11注入高压室12中。当高压室12内压力稳定后，打开第三电磁阀17，第三电磁阀17打开后高压气体注入辅助发射单元13作用于弹丸的尾部，弹丸将沿发射管14加速运动。与此同时，数据釆集卡开始釆集各路物理量信号。试验结束后，上位机将采集得到的信号立即显示于空气炮测控系统软件中，试验人员也可以对试验数据进行分析处理和存储。

所述运动测试单元包括弹丸捕捉器21，所述弹丸捕捉器包括与所述发射管14对接的弹丸管道211，所述弹丸管道211的末端设有激光测速系统212，所述激光测速系统包括至少两个在弹丸管道211的轴向上直线阵列设置的光纤探头212，每个所述光纤探头212包括用于发射光源的光源芯光纤与用于接收反射光的反射芯光纤，所述光源芯光纤连接发光二级管，所述反射芯光纤连接光电二级管，所述发光二级管与所述光电二极管连接信号处理电路。光源芯光纤将光连续地导入弹丸管道211，弹丸表面经过处理可增强漫反射的光强，入射光在弹丸表面发生漫反射，反射芯光纤将部分漫反射光导出并触发光电二极管，光电二极管检测到光通量的变化输出高电平中断信号。信号处理电路包含计时器，通过计时器可以计算出弹丸通过相邻两个光纤探头212的时间差，结合相邻两个光纤探头212之间的距离可以计算弹丸在弹丸管道211出口处的平均速度，这种测速系统可以对弹丸发生碰撞前的速度值进行精密测量。

所述光纤探头212的前端加装有滤光片，这样可以有效的减少弹丸和弹丸管道211内壁摩擦产生的白光带来的干扰，可以减少采集到的信号的毛刺，使得曲线更加平滑。弹丸管道211可以和发射管14为同一根管道，也可以是对接在一起的两根管道。

所述空气炮机械平台1还包括混凝土墩18，所述发射管14通过第一支座19固连在所述混凝土墩18上，所述弹丸管道211通过在其轴向直线阵列设置的多个第二支座213固连在所述混凝土墩18上。这种设计可以最大程度减少空气炮机械平台1以及弹丸管道211的振动，使光纤探头212在弹丸击发过程中更加稳定。

所述空气炮测控系统2还包括可设置在弹丸上的数据采集存储记录仪，。数据采集存储记录仪可以通过无线连接上位机，优选地所述数据采集存储记录仪内置有电源、处理器、存储芯片以及陀螺仪、加速度传感器、压力传感器三者中的其一、其二或全部。这样数据采集存储记录仪可以自发储存数据，冲击试验完成后取下数据采集存储记录仪读取其数据，这样可以使数据采集存储记录仪具有较小的体积与重量，防止其影响弹丸的体积、质量与质心分布。根据不同的测试要求，配以不同的模拟前端电路和传感器，以实现各种环境下的动态测试。例如火炮膛压测试、弹丸飞行动态参数测试、车辆碰撞压裂P-t测试等等。

通过上述测试平台，为多元化研究目标发射的精密控制打下了良好的基础，可以得到可靠的，具有重复性的实验数据。

还包括试验靶室3，所述试验靶室3内设置有用于与弹丸碰撞的目标靶31以及碰撞过程记录装置32。所述碰撞过程记录装置32包括高速摄影机。碰撞过程记录装置32可以完整记录弹丸与目标靶31发生侵彻、着靶等碰撞实验时的全过程，将影像与实验参数一起保存可使实验具有可追溯性。

所述空气炮测控系统2以及所述碰撞过程记录装置32与上位机相连，所述上位机内设置有测试数据库。进行冲击试验后，数据采集卡与碰撞过程记录装置32将获得的数据储存到上位机形成数据库，然后对数据进行深层次分析，可以为相关领域军民设备的研发生产提供可靠的参数。

对弹丸的飞行速度以及弹丸的材质等因素进行设置可以使其模拟飞行器、车辆、船只、公路、桥梁等交通设施的关键设备和部件在强冲击环境下测试及稳定性，达到试验目的。

本发明的试验平台具有以下特点：

(1)打破传统人工控制空气炮的运行和数据采集方法，实现对空气炮发射各个部分的监测与自动控制，同时完成气体炮各部分各阶段不同类型数据的采集。

(2)将数据采集存储记录仪移植到飞行弹丸上，实现目标数据的实时在线的动态存储技术。

(3)充分合理的利用实验数据，实现多元化实验数据的融合，为目标设备的工业化生产提供可靠的依据。

本发明的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台采用空气炮实验模拟高速军民用设备在强冲击环境下目标动态特性，包含空气炮机械平台与空气炮测控系统，可以实现对空气炮的精密控制，得到可靠的、具有可重复性的实验数据，以此为基础研究军民设备在强冲击环境下性能，从该测试平台的实验数据出发进行数据分析融合，可以为目标设备的工业化生产提供可靠的依据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台，其特征在于：包括空气炮机械平台(1)与空气炮测控系统(2)；所述空气炮机械平台依次包括高压气罐(11)、高压室(12)、辅助发射单元(13)、以及发射管(14)；所述高压气罐(11)上设有充气管，所述充气管上设有第一电磁阀(15)，所述高压气罐(11)与所述高压室(12)之间设有第二电磁阀(16)，所述高压室(12)与所述辅助发射单元(13)之间设有第三电磁阀(17)；所述空气炮测控系统(2)包括压力测试单元、运动测试单元以及连接所述压力测试单元以及所述运动测试单元的数据采集卡，所述压力测试 单元包括设置在所述高压室(12)内的第一压力传感器、设置在所述辅助发射单元(13)内的第二压力传感器以及设置在所述发射管(14)内的第三压力传感器；

所述运动测试单元包括弹丸捕捉器(21)，所述弹丸捕捉器包括与所述发射管(14)对接的弹丸管道(211)，所述弹丸管道(211)的末端设有激光测速系统(212)，所述激光测速系统包括至少两个在弹丸管道(211)的轴向上直线阵列设置的光纤探头(212)，每个所述光纤探头(212)包括用于发射光源的光源芯光纤与用于接收反射光的反射芯光纤，所述光源芯光纤连接发光二极 管，所述反射芯光纤连接光电二极 管，所述发光二极 管与所述光电二极管连接信号处理电路；所述压力测试单元还包括设置在所述高压气罐(11)内的第四压力传感器。

2.根据权利要求1所述的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台，其特征在于：所述光纤探头(212)的前端加装有滤光片。

3.根据权利要求1所述的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台，其特征在于：所述空气炮机械平台(1)还包括混凝土墩(18)，所述发射管(14)通过第一支座(19)固连在所述混凝土墩(18)上，所述弹丸管道(211)通过在其轴向直线阵列设置的多个第二支座(213)固连在所述混凝土墩(18)上。

4.根据权利要求1所述的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台，其特征在于：所述空气炮测控系统(2)还包括可设置在弹丸上的数据采集存储记录仪。

5.根据权利要求4所述的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台，其特征在于：所述数据采集存储记录仪内置有电源、处理器、存储芯片以及陀螺仪、加速度传感器、压力传感器三者中的其一、其二或全部。

6.根据权利要求1所述的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台，其特征在于：还包括试验靶室(3)，所述试验靶室(3)内设置有用于与弹丸碰撞的目标靶(31)以及碰撞过程记录装置(32)。

7.根据权利要求6所述的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台，其特征在于：所述碰撞过程记录装置(32)包括高速摄影机。

8.根据权利要求7所述的强冲击环境下目标动态特性多元化测试平台，其特征在于：所述空气炮测控系统(2)以及所述碰撞过程记录装置(32)与上位机相连，所述上位机内设置有测试数据库。

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