CN109870079A - 一种复式夹层结构的测压模拟弹 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复式夹层结构的测压模拟弹，包括弹底、第一PVDF薄膜传感器、弹身、电池、存储测试电路板、连接环、前端盖、第二PVDF薄膜压力传感器、风帽和M个保护盖板，弹身自前端面向后开有一个二阶盲孔，电池固定在二阶盲孔内，前端盖设置于弹身的前端面，两者之间形成电路安装腔；连接环套在弹身前端和前端盖的后端外壁上，第二PVDF薄膜压力传感器粘贴于前端盖的第二凹槽内，风帽压合在第二PVDF薄膜压力传感器上，存储测试电路板设置在电路安装腔内并与前端盖固连；弹身的侧壁上设有N个走线槽，保护盖板固定在走线槽顶面。本发明解决了现有技术用于小口径火炮时，传感器占用空间过大，模拟弹尺寸超过实弹尺寸无法等效替代的问题。

Description

一种复式夹层结构的测压模拟弹
技术领域
本发明属于火炮内弹道压力测试装备，具体涉及一种复式夹层结构的测压模拟弹。
背景技术
炮弹在膛内运动过程中，其弹底承受火药燃气压力而弹前承受空气激波压力。目前的测试手段多关注弹底压力，而不涉及弹前压力测试。对于某些新型武器系统，例如“金属风暴”串联发射火炮，其炮弹底部与头部同时受到火药气体的作用，同时获取弹底压力与弹前压力显得尤其重要。对弹底压力以及弹前压力参数进行准确测试，可获取炮弹的内弹道力学特性与运动特性，为火炮、弹药设计提供有效的参考依据。
作者张瑜在《基于存储测试技术的弹底压力测试技术》一文中，提出了将Kistler压电式压力传感器安装于模拟弹底部，存储测试装置安装于模拟弹内部空腔中，模拟弹替代实弹进行射击，在模拟弹运动过程中进行弹底压力的测量、采集与存储的测试方法。该方法多应用于中大口径火炮测试领域，用于小口径火炮时，易出现传感器与存储测试装置占用空间过大，模拟弹尺寸超过实弹尺寸无法等效替代的问题。此外，该方法仅用于弹底压力测试，不涉及弹前压力测试技术。
作者杨明华在《某型火炮膛压动态测试方法研究》一文中，提出了将压力传感器(PVDF膜)安装于弹体头部、尾部，感知弹体在膛内推进过程的弹体头部、尾部所承受的膛内压力的测试方法。但是，PVDF传感器是高分子薄膜型传感器，存在强热释电效应；火药气体温度高达2000℃，PVDF直接暴露在膛内环境极易产生热输出影响测试精度，甚至易被高温气体烧蚀造成实验失败。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复式夹层结构的测压模拟弹，解决了现有技术用于小口径火炮时，传感器占用空间过大，模拟弹尺寸超过实弹尺寸无法等效替代的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种复式夹层结构的测压模拟弹，其特征在于：包括弹底、第一PVDF薄膜传感器、弹身、电池、存储测试电路板、连接环、前端盖、第二PVDF薄膜压力传感器、风帽和M个保护盖板，M=1,2；
在弹身后端面中心开有一个第一凹槽，第一PVDF薄膜传感器粘贴于弹身后端面的第一凹槽内，弹底压合在第一PVDF薄膜传感器上并与弹身后端面的第一凹槽固连；前端盖上自前端面中心向后开有一个第二凹槽。
弹身自前端面向后开有一个二阶盲孔，盲孔底部向后开有一个第一通孔，其中所述二阶盲孔的第一阶孔直径大且靠近前端面，第二阶孔直径小，电池固定在第二阶孔内，且与第二阶孔壁之间留有间隙，前端盖设置于弹身的前端面，两者之间形成电路安装腔；连接环套在弹身前端和前端盖的后端外壁上，通过连接环的螺纹将弹身前端和前端盖固连；第二PVDF薄膜压力传感器粘贴于前端盖的第二凹槽内，风帽压合在第二PVDF薄膜压力传感器上，并与前端盖的第二凹槽固连，存储测试电路板设置在电路安装腔内并与前端盖固连；前端盖第二凹槽底面设有一个第二通孔，第二PVDF薄膜压力传感器的引线穿过前端盖的第二通孔与存储测试电路板连接，第一PVDF薄膜压力传感器的引线穿过第一通孔和第二阶孔与存储测试电路板连接；弹身的侧壁上设有N个走线槽，N=M，走线槽底部设有一个与第二阶通孔相通的第三通孔，存储测试电路板的数据线和电池的电引线从第三通孔伸出，并盘置于走线槽内，保护盖板固定在走线槽顶面。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）采用PVDF薄膜压力传感器，其面积小厚度薄，体积微小，模拟弹具有紧凑的测压结构，更易与真实的小口径炮弹等效替换。
（2）可在一次射击实验中同时并准确测量弹底压力与弹前压力。
（3）改进的弹底、风帽可有效保护传感器，避免其被高温气体烧蚀或影响测试精度。
附图说明
图1为本发明复式夹层结构的测压模拟弹的结构示意图。
图2为本发明弹底、第一PVDF薄膜压力传感器、弹身的局部剖视图。
图3为本发明复式夹层结构的测压模拟弹的立体图。
图4为本发明的压力测试波形图，其中图（a）为弹底压力波形图，图（b）为弹前压力波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1、图2和图3，一种复式夹层结构的测压模拟弹，包括弹底1、第一PVDF薄膜传感器2、弹身3、电池4、存储测试电路板5、连接环6、前端盖7、第二PVDF薄膜压力传感器8、风帽9和M个保护盖板10，M=1,2。
在弹身3后端面中心开有一个第一凹槽，第一PVDF薄膜传感器2粘贴于弹身3后端面的第一凹槽内，弹底1压合在第一PVDF薄膜传感器2上并与弹身3后端面的第一凹槽固连；前端盖7上自前端面中心向后开有一个第二凹槽。第一PVDF薄膜传感器2粘贴于弹身3的第一凹槽内，弹底1压合在第一PVDF薄膜传感器2上并通过螺栓与弹身3第二凹槽固连，为第一PVDF薄膜传感器2提供初始预紧力。弹身3自前端面向后开有一个二阶盲孔，盲孔底部向后开有一个第一通孔，所述二阶盲孔的第一阶孔直径大且靠近前端面，第二阶孔直径小，电池4固定在第二阶孔内，且与第二阶孔壁之间留有间隙，前端盖7设置在弹身3的前端面，两者之间形成电路安装腔。连接环6套在弹身3前端和前端盖7的后端外壁上，通过连接环6的螺纹将弹身3前端和前端盖7固连。第二PVDF薄膜压力传感器8的粘贴于前端盖7的第二凹槽中，风帽9压合在第二PVDF薄膜压力传感器8上，并通过螺栓与前端盖7的第二凹槽固连，为第二PVDF薄膜压力传感器8提供初始预紧力。存储测试电路板5设置在电路安装腔内并通过螺栓与前端盖7固连。第二凹槽底面设有一个第二通孔，第二PVDF薄膜压力传感器8的引线穿过前端盖7的第二通孔与存储测试电路板5连接，第一PVDF薄膜压力传感器2的引线穿过第一通孔和第二阶孔与存储测试电路板5连接。弹身3的侧壁上设有N个走线槽，N=M，走线槽底部设有一个与第二阶通孔相通的第三通孔，存储测试电路板5的数据线和电池4的电引线从第三通孔伸出，并盘置于走线槽内。实验前短接上电引线，并将保护盖板10固定在走线槽顶面，实验后打开保护盖板10将数据线连接至计算机获取实验结果。
所述弹身3、连接环6、前端盖7、保护盖板10的外侧壁在同一个圆柱面上。
弹底1用于在弹底压力测试过程中，将第一PVDF薄膜传感器2与高温火药燃气隔离，高温气体烧蚀PVDF传感器或导致PVDF传感器产生热释电效应进而影响传感器的压力测试精度；并为第一PVDF薄膜传感器2提供安装预紧力，提高传感器固有频率。
风帽9用于在弹前压力测试过程中，将第二PVDF薄膜压力传感器8与高温火药燃气隔离，高温气体烧蚀PVDF传感器或导致PVDF传感器产生热释电效应进而影响传感器的压力测试精度；并为第二PVDF薄膜压力传感器8提供安装预紧力，提高传感器固有频率。
所述存储测试电路板5在张瑜发表的《基于存储测试技术的弹底压力测试技术》中公开了设计方案和原理。
本发明直径最小可达25mm，长度最小可达80mm，用于25mm及以上口径火炮的弹底压力与弹前压力测试。
采用本发明所述的复式夹层结构的测压模拟弹进行30mm口径火炮发射压力测试，得到如图4所示的弹底压力与弹前压力波形，说明本发明可以用于炮弹发射过程中的弹底压力与弹前压力测试。

Claims (2)

1.一种复式夹层结构的测压模拟弹，其特征在于：包括弹底（1）、第一PVDF薄膜传感器（2）、弹身（3）、电池（4）、存储测试电路板（5）、连接环（6）、前端盖（7）、第二PVDF薄膜压力传感器（8）、风帽（9）和M个保护盖板（10），M=1,2；
在弹身（3）后端面中心开有一个第一凹槽，第一PVDF薄膜传感器（2）粘贴于弹身（3）后端面的第一凹槽内，弹底（1）压合在第一PVDF薄膜传感器（2）上并与弹身（3）后端面的第一凹槽固连；前端盖（7）上自前端面中心向后开有一个第二凹槽；
弹身（3）自前端面向后开有一个二阶盲孔，盲孔底部向后开有一个第一通孔，其中所述二阶盲孔的第一阶孔直径大且靠近前端面，第二阶孔直径小，电池（4）固定在第二阶孔内，且与第二阶孔壁之间留有间隙，前端盖（7）设置于弹身（3）的前端面，两者之间形成电路安装腔；连接环（6）套在弹身（3）前端和前端盖（7）的后端外壁上，通过连接环（6）的螺纹将弹身（3）前端和前端盖（7）固连；第二PVDF薄膜压力传感器（8）粘贴于前端盖（7）的第二凹槽内，风帽（9）压合在第二PVDF薄膜压力传感器（8）上，并与前端盖（7）的第二凹槽固连，存储测试电路板（5）设置在电路安装腔内并与前端盖（7）固连；前端盖（7）第二凹槽底面设有一个第二通孔，第二PVDF薄膜压力传感器（8）的引线穿过前端盖（7）的第二通孔与存储测试电路板（5）连接，第一PVDF薄膜压力传感器（2）的引线穿过第一通孔和第二阶孔与存储测试电路板（5）连接；弹身（3）的侧壁上设有N个走线槽，N=M，走线槽底部设有一个与第二阶通孔相通的第三通孔，存储测试电路板（5）的数据线和电池（4）的电引线从第三通孔伸出，并盘置于走线槽内，保护盖板（10）固定在走线槽顶面。
2.根据权利要求1所述的复式夹层结构的测压模拟弹，其特征在于：所述弹身（3）、连接环（6）、前端盖（7）、保护盖板（10）的外侧壁在同一个圆柱面上。
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EP0058422A2 (en) * 1979-02-27 1982-08-25 Australasian Training Aids (Pty) Ltd. A shock or pressure wave detecting transducer assembly
US20160041196A1 (en) * 2014-08-05 2016-02-11 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Method and System of Measurement of Mach and Dynamic Pressure Using Internal Sensors

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Title
杨明华等: ""某型火炮膛压动态测试方法研究"", 《信息系统工程》 *
王国平等: ""弹底总压PVDF传感器"", 《兵工自动化》 *

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