CN109945751B - 一种基于磁探测的侵彻角度自主测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁探测的侵彻角度自主测量方法。本发明提供的技术方案是：在侵彻弹引信内轴线上放置磁体，引信与弹体共轴，在弹体内建立关于弹体轴线旋转对称的磁场，侵彻角受含磁目标靶板的影响，弹体轴线上的磁场矢量方向不再平行于弹体轴线，产生磁场偏转角，磁场偏转角随侵彻角变化而变化，将三轴磁强计安装在引信轴线上的最佳磁探测位置，当侵彻弹侵彻含磁目标靶板时，由三轴磁强计测得磁场偏转角，利用由仿真分析和实验测试确定的侵彻角与该磁场偏转角的数值关系，确定侵彻角度。该侵彻角度测量方法几乎不受侵彻速度、长径比以及弹体质量等因素影响，可用于高速、大侵彻弹药的侵彻角度测量。
Description
技术领域
本发明涉及侵彻引信技术领域，更具体的是涉及一种基于磁探测的侵彻角度自主测量方法。
背景技术
常规战争中，为了最大限度的打击破坏敌方深埋在钢甲、钢筋混凝土等防护措施的重要军事设施，对于这些军事目标的打击，主要是由智能硬目标侵彻武器完成，侵彻弹必须具有侵彻多层硬目标的能力。关于侵彻多层硬目标的研究，大部分都是基于垂直侵彻的，但是实际应用中，侵彻弹在侵彻时，侵彻弹不仅受纵向阻力使弹体速度下降，也受横向阻力使弹体倾斜，战场环境中侵彻弹对目标的侵彻通常是斜侵彻。斜侵彻时，如果侵彻角大到一定角度，就会造成侵彻时弹体失稳，严重时会出现跳弹等情况，侵彻弹无法在预定层数起爆，无法达到对目标的最大毁伤效果。研究弹体侵彻时的侵彻角度，对于改善弹体的侵彻威力和毁伤效果是非常必要的。
目前测量侵彻角的方法，一种是采用高速摄像拍摄侵彻弹不同时刻的运动图像，形成一系列的序列图像，通过对序列图像进行分析处理来得到侵彻弹侵彻目标靶板时的侵彻角；另一种方法是在侵彻弹侵彻多层目标靶板后，收集靶板上弹孔位置的高度差，对高度差进行解算获取侵彻角。但现有方法均局限于“外测法”，无法实时获取弹体侵彻时侵彻角度的变化。
发明内容
本发明针对目前无法实时获取弹体侵彻时侵彻角度的变化的问题，提出了一种基于磁探测的侵彻角度自主测量方法。
为达到上述目的，本发明给出以下技术方案：
一种基于磁探测的侵彻角度自主测量方法，所使用的侵彻弹引信内轴线上安装有磁体和三轴磁强计，弹体内建立有关于弹体轴线的旋转对称磁场；
斜侵彻时，受含磁目标靶板的影响，弹体轴线上的磁场矢量方向不再平行于弹体轴线，引信内磁场偏转角随侵彻角度改变而相应改变，利用由仿真和实验测试确定的侵彻角与引信内磁场偏转角的数值关系，确定侵彻角度。
进一步的，具体包含以下步骤：
步骤1：建立模型并确定参数，通过有限元仿真分析，针对不同的侵彻目标，分别建立侵彻角度与引信内磁场偏转角之间的数值关系；
步骤2：三轴磁强计测量弹目最佳位置的引信内磁场偏转角；
步骤3：根据步骤2测量的引信内磁场偏转角，并由步骤1确定的侵彻角与磁场偏转角间数值关系得到侵彻角度。
进一步的，所述步骤2中弹目最佳位置为弹体位于靶板中部位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用磁敏感方法，采用磁探测对磁场偏转角进行测量，对钢甲、钢筋混凝土等地下工事尤为敏感，可适用于侵彻弹对多种不同军事目标侵彻时的侵彻角度进行测量。
2、本发明提供的方法能够实现弹上自主测量侵彻角，由此能够实时确定弹体在侵彻时的侵彻角度，并驱动执行机构调整弹体侵彻角，实现弹药的精确打击。
附图说明
图1是磁探测侵彻角度测量原理示意图；
图2是侵彻角为40°时，3种弹目位置，引信轴线上，磁探测位置与磁场偏转角关系图
图3是弹目位置为靶板位于弹体中部时，引信内最佳磁探测位置的侵彻角与磁场偏转角关系图
图4是磁探测侵彻角度测量方法方框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
本发明提供的一种用于磁探测的侵彻角度自主测量方法，所使用的侵彻弹引信内轴线上安装有磁体和三轴磁强计，弹体内建立有关于弹体轴线的旋转对称磁场；斜侵彻时，受含磁目标靶板的影响，弹体轴线上的磁场矢量方向不再平行于弹体轴线，引信内磁场偏转角随侵彻角度改变而相应改变，利用由仿真和实验测试确定的侵彻角与引信内磁场偏转角的数值关系，确定侵彻角度。
也就是说，在侵彻弹引信内轴线上放置磁体，引信位于弹体尾部且与弹体共轴，在引信尾部的轴线上放置单个钕铁硼磁体，在弹体内建立关于弹体轴线旋转对称的磁场，侵彻角受含磁目标靶板的影响，弹体轴线上的磁场矢量方向不再平行于弹体轴线，产生磁场偏转角，磁场偏转角随侵彻角变化而变化，将三轴磁强计安装在引信轴线上的最佳磁探测位置，当侵彻弹侵彻含磁目标靶板时，由三轴磁强计测得磁场偏转角，利用由仿真分析和实验测试确定的侵彻角与该磁场偏转角的数值关系，确定侵彻角度。
本发明的工作原理为：
侵彻角α为弹体轴线与目标靶板法线夹角；斜侵彻时，磁场偏转角β为弹体轴线与磁场矢量方向的夹角见图1。假设目标靶板是无限大，垂直侵彻时，靶板的磁场矢量分布是旋转对称的，弹体内磁场也是旋转对称的，引信内磁场偏转角为零；当斜侵彻时，靶板的磁场矢量分布仍是旋转对称的，而弹体内的磁场矢量受含磁目标靶板的影响而不再关于弹体轴线旋转对称，此时磁场偏转角不再为零，可知侵彻角发生改变，磁场偏转角会随之改变，侵彻角与磁场偏转角存在数值关系。而磁场偏转角是可以测量得到，确定侵彻角与磁场偏转角间的数值关系，即可确定侵彻角度。
由确定的最佳弹目位置，即弹体位于靶板中部位置，磁探测位置位于弹体引信的轴线上，利用仿真和实验，通过测得弹体引信内不同磁探测位置时的磁场偏转角，建立引信内磁探测位置与磁场偏转角间关系，因为最佳磁探测位置的选取与引信内磁场偏转角的变化大小无关，而是依据对三轴磁强计的安装精度要求较低，且对弹体振动引起的磁场变化量最小来确定，所以选取磁场偏转角变化平缓的位置作为引信内最佳磁探测位置。
通过有限元仿真和实验，建立侵彻弹与含磁目标的模型与具体参数，获取侵彻弹不同侵彻角度侵彻含磁靶板时的引信内磁场偏转角，得到侵彻角与磁场偏转角间的数值关系。
对侵彻角为40°时的3种弹目位置模型，即弹头接触靶板、靶板位于弹体中部和弹尾脱离靶板时进行仿真。对仿真结果后处理，在引信内轴线上选取有限个位置安装三轴磁强计，三轴磁强计测量每个位置的磁场偏转角，对三种弹目位置做相同后处理，分别提取每种弹目位置时探测位置的磁场偏转角，确定探测位置与引信内磁场偏转角间关系见图2。不同弹目位置时磁场偏转角的变化量相差较大，侵彻弹从接触靶板至位于弹体中部时，磁场偏转角的改变量较大，而侵彻弹从弹体中部至脱离靶板时，磁场偏转角的改变量较小，从而确定弹体位于靶板中部时作为最佳弹目位置。考虑三轴磁强计的安装精度，以及侵彻弹在斜侵彻时，弹体的振动引起的磁场变化量最小时，从而确定最佳磁探测位置为磁场偏转角较平稳的位置，即在X=150mm左右。
由确定的最佳磁探测位置以及最佳的弹目位置，获取侵彻角为0~50°时在最佳磁探测位置、最佳弹目位置的引信内磁场偏转角，建立引信内侵彻角与磁场偏转角之间的数值关系图，见图3。将三轴磁强计安装在最佳磁探测位置，斜侵彻时，使用三轴磁强计测量最佳弹目位置时引信内磁场偏转角的数值，根据仿真和实验建立的侵彻角与磁场偏转角间数值关系，从而得到侵彻角数值。
具体实施例：一种用于磁探测的侵彻角度自主测量方法，所使用的侵彻弹内建立激励磁场：利用薄圆柱体的铷铁硼磁体，将其放置在与侵彻弹的引信内轴线位置，弹体内建立关于弹体轴线旋转对称磁场；选择并确定侵彻弹侵彻含磁目标的最佳弹目位置为弹体位于靶板中部位置，在此测量引信内磁场偏转角；根据最佳弹目位置，确定引信内轴线上的最佳磁探测位置即磁敏感位置，将三轴磁强计安装在最佳磁探测位置，其具体执行步骤，如图4所示，包括：
步骤1：建立模型并确定参数，通过有限元仿真分析，针对不同的侵彻目标，分别建立侵彻角度与引信内磁场偏转角之间的数值关系；
步骤2：侵彻弹侵彻含磁目标，三轴磁强计测量最佳弹目位置的引信内磁场偏转角；
步骤3：根据步骤2测量的引信内磁场偏转角，并由步骤1确定的侵彻角与磁场偏转角间数值关系得到侵彻角度。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (2)
1.一种基于磁探测的侵彻角度自主测量方法，其特征在于，所使用的侵彻弹引信内轴线上安装有磁体和三轴磁强计，弹体内建立有关于弹体轴线的旋转对称磁场；
斜侵彻时，受含磁目标靶板的影响，弹体轴线上的磁场矢量方向不再平行于弹体轴线，引信内磁场偏转角随侵彻角度改变而相应改变，利用由仿真和实验测试确定的侵彻角度与引信内磁场偏转角的数值关系，确定侵彻角度；
具体包含以下步骤：
步骤1：建立模型并确定参数，通过有限元仿真分析，针对不同的侵彻目标，分别建立侵彻角度与引信内磁场偏转角之间的数值关系；具体地，通过有限元仿真和实验，建立侵彻弹与含磁目标的模型与具体参数，获取侵彻弹不同侵彻角度侵彻含磁靶板时的引信内磁场偏转角，得到侵彻角与磁场偏转角间的数值关系；
步骤2：三轴磁强计测量弹目最佳位置的引信内磁场偏转角；
步骤3：根据步骤2测量的引信内磁场偏转角，并由步骤1确定的侵彻角度与引信内磁场偏转角间数值关系得到侵彻角度。
2.如权利要求1所述一种基于磁探测的侵彻角度自主测量方法，其特征在于，所述步骤2中弹目最佳位置为弹体位于靶板中部位置。
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