CN110095034B - 一种模拟应用环境的校准实验装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟应用环境的校准实验装置。本发明提供一种结构简单，易于实现软回收功能的校准实验装置。该装置可以模拟炮弹的发射过程，实现模拟炮弹发射过程产生的压力、温度、电离体等发射环境，用以考核测试仪在此环境下的强度和可靠性，并在此环境下校准测试仪，实现对测试仪的软回收功能。一种模拟应用环境的校准实验装置由发射堵头、发射药包、隔板A、实验弹丸、被校准测试仪、高精度测试仪、固定炮管、排气调节环、锁紧螺栓、隔板B、回收筒、缓冲药包、回收堵头、单向阀和起爆器等组成。通过发射药包爆燃产生的推力推动弹丸运动，通过缓冲药包的爆燃产生的推力实现实验测试仪的软回收功能，克服空气炮加载装置的缺点。

Description

一种模拟应用环境的校准实验装置

技术领域

本发明属于非标仪器实验校准领域，具体为一种模拟应用环境的校准实验装置。

背景技术

各类弹药的研制过程中需要测试弹丸的发射加速度或弹底压力，如果测试弹丸的全弹道的加速度时，通常测试弹丸加速度采用加速度测试仪，该加速度测试仪安装在试验弹的弹体中，随弹丸一起运动，该加速度测试仪记录弹丸在炮膛内、空中飞行和着靶三个阶段的弹体加速度。如果测试弹丸在全弹道的弹底压力时，需要在弹丸底部安装弹底压力测试仪。这些测试仪受到和弹丸一样的环境力。为了保障测试仪的工作可靠性和测试数据的准确性，需要在实验室中对测试仪器进行校准，为了尽量模拟炮弹的发射环境，本申请发明了一种模拟应用环境的校准实验装置。

实验室现有的校准装置主要有空气炮实验装置、冲击台实验装置。空气炮实验装置主要模拟弹丸的着靶过程。由于空气炮的发射是通过压缩气体推动弹丸运动，其加载加速度的幅值比实际炮弹发射过程的幅值低很多，而加速度脉宽又比实际炮弹发射过程的脉宽宽很多，因此在模拟炮弹的发射过程方面有很大的缺陷。冲击台主要是校准传感器本身的实验装置，无法模拟弹丸的发射过程。最接近炮弹的发射过程的模拟还是采用火药加载方式。1、可以实现弹丸的加载加速度的幅值和脉宽接近火炮；2、可以模拟火药爆燃的环境，如热冲击、电离体的冲击等等。但是如果在实验室里布置一门炮做校准装置，弹丸的回收和测试仪的回收又是技术难点，并且难以现实。因此考虑到尽可能的接近实际火炮的发射环境，同时又能够回收实验弹丸和测试仪，发明了一种模拟应用环境的校准实验装置。

发明内容

本发明提供一种结构简单，易于实现软回收功能的校准实验装置。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种模拟应用环境的校准实验装置，包括发射堵头、发射药包、隔板A、实验弹丸、固定炮管、隔板B、回收筒、缓冲药包、回收堵头、起爆器；发射堵头上设有电极A和电极B，电极A与发射堵头绝缘并贯穿发射堵头，电极B直接连接在发射堵头上，发射药包内置于发射堵头中，发射药包的两极分别连接在电极A和发射堵头上，发射堵头连接在固定炮管的一端，发射堵头和固定炮管之间设有一个隔板A，发射药包起到推动实验弹丸运动的作用；固定炮管的另一端和回收筒一端连接，回收筒和固定炮管之间设置一个隔板B，回收筒的另一端与回收堵头连接在一起，回收堵头上靠近外螺纹的一端端面上有一个盲孔，在该盲孔中放置缓冲药包，缓冲药包的两级分别与回收堵头和设置在回收堵头上的电极D连接，电极D与回收堵头绝缘，电极D贯穿回收堵头，在回收堵头上设置电极C，电极C与回收堵头直接相连，缓冲药包起到阻碍弹丸运动的作用；实验弹丸安装在固定炮管内，实验弹丸包括弹丸本体、弹丸盖，弹丸本体为一端开口的圆筒结构，弹丸盖安装在弹丸本体的开口端。实验时把被校测试仪和高精度测试仪安装在实验弹丸中，被校测试仪、高精度测试仪同时为加速度测试仪或压力测试仪；如果校准加速度测试仪，则被校加速度测试仪和高精度加速度测试仪安装在弹丸本体内部；如果是校准弹底压力测试仪，则在弹丸本体中安装的为被校压力测试仪和高精度压力测试仪，同时，弹丸本体底部有2个压力传感器安装孔。

实验时把被校测试仪和高精度测试仪安装在实验弹丸中，把弹丸放入固定炮管的发射端，把隔板A放入固定炮管的发射端的炮管内；把发射药包放入发射堵头内，发射药包的两极分别连接在发射堵头和电极A上；把发射堵头安装在固定炮管的发射端。把隔板B放入固定炮管的炮口端内的炮筒中；把缓冲药包安装在回收堵头中，并把缓冲药包的两个电极分别连接在回收堵头和电极D上；把回收堵头安装在回收筒上；把回收筒和固定炮管连接。把电极A、电极B和电极C和电极D分别连接在起爆器上。通过起爆器起爆发射药包和回收药包，根据需要可以通过外置电路实现延时或同时起爆发射药包和回收药包。该校准实验装置可以利用发射药包中的火药爆燃产生的气压推动实验弹丸快速运动，实现在瞬时建立高g值的加速度过载，同时在回收段内又通过缓冲药包中的火药产生的气压，使实验弹丸做减速运动。通过把被校准测试仪和高精度测试仪安装在同一实验弹丸中，使两者所受到环境力一致，提高校准的精度和测试的精度。

上述的一种模拟应用环境的校准实验装置，固定炮管设置成三段：靠近发射端的一段为实验弹丸的加速段，此段为校准系统的工作段；在加速段后设置有排气段，并且在固定炮管的圆周方向均匀分布5-7排与管内外相通的排气孔；在排气段都后面是耗能段，此段长度为加速段长度的6-10倍，耗能段的炮管内径比加速段的内径小0.1-0.3mm，弹丸本体周向有2-4圈的环形槽，环形槽内放置密封环，通过密封环与耗能段的摩擦损耗弹丸的能量。

上述的一种模拟应用环境的校准实验装置，密封环为聚开口的弹性环，材质为四氟乙烯材料或紫铜。

上述的一种模拟应用环境的校准实验装置，在固定炮管的排气段外径上设置有一个圆筒状的排气调节环，排气调节环可以在固定炮管的外径上自由滑动，可以按需求遮挡排气孔；排气调节环的内径比固定炮管的外径大0.2-0.4mm；排气调节环的径上设置有一个螺纹孔，在该螺纹孔中安装锁紧螺栓，通过锁紧螺栓可以把排气调节环固定在固定炮管上。调整排气调节环的位置，根据需要遮挡排气孔的数量。

上述的一种模拟应用环境的校准实验装置，在弹丸盖的端面上安装一个缓冲垫，根据实验的压力不同可以选择橡胶垫、毛毡垫、铅垫或泡沫铝垫。

上述的一种模拟应用环境的校准实验装置，在回收筒靠近回收堵头的端面处设置一个单向阀，该单向阀可以在实验弹丸进入回收筒内压缩气体时，起到排气调压作用。单向阀实现控制缓冲压力，防止缓冲压力过大造成实验弹丸反向运动进入固定炮管的加速段中。

上述的一种模拟应用环境的校准实验装置，发射药包和缓冲药包为黑火药，内有点火药包和点火头，点火头的两极即为药包的两极；发射药包的黑火药的质量大于缓冲药包黑火药的质量。

上述的一种模拟应用环境的校准实验装置，隔板A和隔板B的材质为薄铝板或薄尼龙板。

该发明的目的：1、通过把被校准测试仪和高精度测试仪安装在同一实验弹丸中，使两者所受到环境力一致，提高校准的精度和测试的精度；2、通过发射药包的爆燃，实现模拟炮弹的发射过程，同时又能实现快速建立实验弹丸的冲击加速度；3、通过缓冲药包的爆燃，为回收筒补充一定量的气体，使实验弹丸缓冲距离变短，实现快速缓冲和实现被校准测试仪和高精度测试仪的软回收。4、通过控制发射药包中的火药质量和排气调节环的位置，实现控制实验弹丸的加速度幅值和脉宽的功能。5、通过模拟弹丸的发射环境，实现考核被校准测试仪的工作可靠性和数据的准确性。

本发明装置可以模拟炮弹的发射过程，实现模拟炮弹发射过程产生的压力、温度、电离体等发射环境，用以考核测试仪在此环境下的强度和可靠性，并在此环境下校准测试仪，实现对测试仪的软回收功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为校准加速度测试仪的实验弹丸的结构示意图。

图3为校准弹底压力测试仪的实验弹丸的结构示意图。

图中：1-发射堵头，2-发射药包，3-隔板A，4-实验弹丸，5-固定炮管，6-排气调节环，7-锁紧螺栓，8-隔板B，9-回收筒，10-缓冲药包，11-回收堵头，12-电极C，13-电极D，14-单向阀，15-电极A，16-电极B，17-弹丸本体，18-密封环，19-被校加速度测试仪，20-高精度加速度测试仪，21-弹丸盖， 22-缓冲垫，23-压力传感器安装孔，24-被校弹底压力测试仪，25-高精度压力测试仪。

具体实施方式

如图1所示，一种模拟应用环境的校准实验装置由发射堵头1、发射药包2、隔板A3、实验弹丸4、固定炮管5、排气调节环6、锁紧螺栓7、隔板B8、回收筒9、缓冲药包10、回收堵头11、单向阀14和起爆器组成。

a.所述的发射堵头1上设有电极A15和电极B16，电极A15与发射堵头1绝缘，并贯穿发射堵头1。电极B16直接连接在发射堵头1上。发射药包2内置于发射堵头1中，发射药包2的两极分别连接在电极A15和发射堵头1上，发射药包2为黑火药，内有点火药包和点火头，点火头的两极即为发射药包的两极；发射药包2的黑火药的质量大于缓冲药包10黑火药的质量，发射药包2起到推动实验弹丸2运动的作用，缓冲药包10起到阻碍弹丸运动的作用；发射堵头1通过螺纹连接在固定炮管5的一端。

b.所述的固定炮管5为一个厚壁长圆筒，在固定炮管上设置成三段：靠近发射端的一段为实验弹丸的加速段，此段为校准系统的工作段，此段的长度比较短；在加速段后设置有排气段，排气段的长度最短，并且是在固定炮管5的圆周方向均匀分布5-7排与管内外相通的排气孔，排气段的内径和加速段的内径尺寸一致；在排气段都后面是耗能段，此段长度最长为加速段长度的6-10倍，耗能段的炮管内径比加速段的内径小0.1-0.3mm，通过密封环与此段的摩擦损耗弹丸的能量。在固定炮管5的排气段外径上设置有一个圆筒状的排气调节环6，排气调节环6可以在固定炮管5的外径上自由滑动，可以按需求遮挡排气孔；排气调节环6的内径比固定炮管5的外径大0.2-0.4mm；排气调节环6的径上设置有一个螺纹孔，在该螺纹孔中安装锁紧螺栓7，通过锁紧螺栓7可以把排气调节环6固定在固定炮管上。固定炮管5的另一端焊接一个法兰盘，该法兰盘与回收筒9上的法兰盘通过螺栓连接。

c.所述的发射堵头1和固定炮管5之间有一个隔板A3，该隔板3的材质为薄铝板或薄尼龙板。在固定炮管5内安装实验弹丸4，实验弹丸4紧挨着隔板3。

d.所述的回收筒9为与固定炮管5内径和外径都分别一样的厚壁长筒，该长筒的一端焊接有法兰盘，该法兰盘和固定炮管5上的法兰盘配成一对，两种用螺栓连接起来。回收筒9的另一端的内筒中设置一段内螺纹，该内螺纹与回收堵头11上的外螺纹构成螺纹副，两者通过螺纹副连接在一起。在回收筒9靠近回收堵头11的端面处设置一个单向阀14，该单向阀14可以在实验弹丸4进入回收筒内压缩气体时，起到排气调压作用。

e.所述的回收堵头11上靠近外螺纹的一端端面上有一个盲孔，在该盲孔中放置缓冲药包10。缓冲药包的两级分别与回收堵头11和电极D13连接。电极D13与回收堵头11绝缘，电极D13贯穿回收堵头11。在回收堵头11上设置电极C12,该电极C12与回收堵头11直接相连。用2组独立的电极可以实现发射药包2和缓冲药包10同时起爆时，或延时起爆。

f.所述的回收筒9和固定炮管5之间设置一个隔板B8；隔板B8的材质和隔板A3的材质一样。

g.所示的实验弹丸4由弹丸本体17、密封环18、弹丸盖21和缓冲垫22构成。弹丸本体17为一端开口的圆筒结构，周向有2-4圈的环形槽，如果是校准加速度测试仪，弹丸本体17底部是实心结构没有中心孔，如果是校准压力测试仪，弹丸本体17底部有2个压力传感器安装孔，作为传压孔。在该环形槽内放置密封环18，密封环18为聚开口的弹性环，材质为四氟乙烯材料或紫铜。

h.被校测试仪和高精度测试仪安装在弹丸本体17内部，两者都同时为加速度测试仪或压力测试仪；如图2和图3所示，图2中被校加速度测试仪19和高精度加速度测试仪20安装在弹丸本体内部；图3中被校弹底压力测试仪24和高精度压力测试仪25安装在弹丸本体内部，同时，弹丸本体底部有2个压力传感器安装孔23；弹丸盖21安装在弹丸本体17的开口端，并把加速度测试仪封在弹丸本体17内部。在弹丸盖21的大端面上安装一个缓冲垫22，根据实验的压力不同可以选择橡胶垫、毛毡垫、铅垫和泡沫铝垫。

Claims (8)

1.一种模拟应用环境的校准实验装置，其特征在于包括发射堵头（1）、发射药包（2）、隔板A（3）、实验弹丸（4）、固定炮管（5）、隔板B（8）、回收筒（9）、缓冲药包（10）、回收堵头（11）、起爆器；发射堵头（1）上设有电极A（15）和电极B（16），电极A（15）与发射堵头（1）绝缘并贯穿发射堵头（1），电极B（16）直接连接在发射堵头（1）上，发射药包（2）内置于发射堵头（1）中，发射药包（2）的两极分别连接在电极A（15）和发射堵头（1）上，发射堵头（1）连接在固定炮管（5）的一端，发射堵头（1）和固定炮管（5）之间设有一个隔板A（3），发射药包（2）起到推动实验弹丸（4）运动的作用；固定炮管（5）的另一端和回收筒（9）一端连接，回收筒（9）和固定炮管（5）之间设置一个隔板B（8），回收筒（9）的另一端与回收堵头（11）连接在一起，回收堵头（11）上靠近外螺纹的一端端面上有一个盲孔，在该盲孔中放置缓冲药包（10），缓冲药包的两级分别与回收堵头（11）和设置在回收堵头（11）上的电极D（13）连接，电极D（13）与回收堵头（11）绝缘，电极D（13）贯穿回收堵头（11），在回收堵头（11）上设置电极C（12），电极C（12）与回收堵头（11）直接相连，缓冲药包（10）起到阻碍弹丸运动的作用；实验弹丸（4）安装在固定炮管（5）内，实验弹丸（4）包括弹丸本体（17）、弹丸盖（21），弹丸本体（17）为一端开口的圆筒结构，弹丸盖（21）安装在弹丸本体（17）的开口端，被校测试仪和高精度测试仪安装在弹丸本体（17）内部，两者都同时为加速度测试仪或压力测试仪；如果是校准加速度测试仪，弹丸本体（17）底部是实心结构没有中心孔，如果是校准压力测试仪，弹丸本体（17）底部有2个压力传感器安装孔，作为传压孔。

2.根据权利要求1所述的一种模拟应用环境的校准实验装置，其特征在于固定炮管（5）设置成三段：靠近发射端的一段为实验弹丸的加速段，此段为校准系统的工作段；在加速段后设置有排气段，在固定炮管（5）的圆周方向均匀分布5-7排与管内外相通的排气孔；在排气段都后面是耗能段，此段长度为加速段长度的6-10倍，耗能段的炮管内径比加速段的内径小0.1-0.3mm，弹丸本体（17）周向有2-4圈的环形槽，环形槽内放置密封环（18），通过密封环与耗能段的摩擦损耗弹丸的能量。

3.根据权利要求2所述的一种模拟应用环境的校准实验装置，其特征在于密封环（18）为聚开口的弹性环，材质为四氟乙烯材料或紫铜。

4.根据权利要求2或3所述的一种模拟应用环境的校准实验装置，其特征在于在固定炮管（5）的排气段外径上设置有一个圆筒状的排气调节环（6），排气调节环（6）可以在固定炮管（5）的外径上自由滑动，可以按需求遮挡排气孔；排气调节环（6）的内径比固定炮管（5）的外径大0.2-0.4mm；排气调节环（6）的径上设置有一个螺纹孔，在该螺纹孔中安装锁紧螺栓（7），通过锁紧螺栓（7）可以把排气调节环（6）固定在固定炮管上。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种模拟应用环境的校准实验装置，其特征在于在弹丸盖（21）的端面上安装一个缓冲垫（22），根据实验的压力不同选择橡胶垫、毛毡垫、铅垫或泡沫铝垫。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种模拟应用环境的校准实验装置，其特征在于在回收筒（9）靠近回收堵头（11）的端面处设置一个单向阀（14），该单向阀（14）可以在实验弹丸（4）进入回收筒内压缩气体时，起到排气调压作用。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种模拟应用环境的校准实验装置，其特征在于发射药包（2）和缓冲药包（10）为黑火药，内有点火药包和点火头，点火头的两极即为药包的两极；发射药包（2）的黑火药的质量大于缓冲药包（10）黑火药的质量。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种模拟应用环境的校准实验装置，其特征在于隔板A（3）和隔板B（8）的材质为薄铝板或薄尼龙板。

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