CN110360875B - 一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱及其试验方法 - Google Patents
一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱及其试验方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱及其试验方法，试验环境舱包括试验环境舱整体框架结构、试验环境舱保温围护结构和环境试验功能设备；环境试验功能设备包括制冷蒸发器、环境舱加热器、环境舱加热器控制系统、新风吹风系统和通风管路。本发明中试验环境舱采用快速升温模式，即在低温情况下温度迅速回升，而火炮自动机温度恢复缓慢，造成了一定的温差，同时引入加热加湿新风吹风系统，这样仅对自动机进行吹扫，无需将自动机移出，就可以完成结冰结霜射击试验，避免了因拆装自动机带来的火炮故障隐患，以及人员低温操作带来的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及火炮自动机结冰结霜射击试验领域，具体是一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱及其试验方法。
背景技术
火炮自动机结冰结霜试验主要考核火炮自动机在高低温结冰结霜环境下零部件的强度、机构动作的可靠性、以及射击指标能否满足火炮作战要求。相关标准中的结冰结霜试验要求自动机在-60℃保存4小时后，将自动机移至常温条件下放置0.5h-1h或待其外表面结霜蒙上湿气并开始出现水珠为止，将表面、膛内水珠擦拭干净后，再将自动机移入低温-60℃的低温环境，出现结冰结霜现象后保低温1小时后进行实弹射击。
以往的结冰结霜射击试验都是采用人工手动拆卸移出办法，即自动机在-60℃保存4小时后，操作人员进入-60℃低温环境舱首先把自动机从炮架上拆下，然后抬出环境舱至常温下，此方法对小型火炮自动机来说适用，从拆卸到移出大约10分钟左右，对于大型火炮自动机来说，由于其结构复杂，体积庞大、重量较大，操作复杂，整个操作过程1小时以上，带来的问题是：一是人员不能长时间待低温环境舱，需频繁更换操作人员，二是频繁拆装某火炮自动机增加了火炮的故障率，三，环境舱密封严实，舱内空气干燥；在冬天，如果室外空气干燥，即使将自动机移至常温下，也很难结霜凝露。
此外常规环境舱要实现结冰结霜试验一般采用喷淋方式，而喷淋方式与自然空气温差结霜蒙湿气不同，无法满足相关标准中的试验要求。同时，普通环境舱一般要求舱内空气干燥，避免在温度较低情况下蒸发器结霜引起压缩机结霜结冰导致系统性能下降。
发明内容
为解决火炮自动机结冰结霜射击试验中出现的低温拆装困难、人员不便操作问题，减少拆装引起的火炮故障率，本发明提出一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱及其试验方法。其中试验环境舱加热过程中设计有快速升温模式，通过精确的功耗计算以保障最大速率实现，且速率可调，满足结冰结霜试验快速升温的方法要求，也可实现常规低速率环境试验要求。试验环境舱中独立设计有新风空气吹风系统，新风系统对常温环境空气进行过滤、加湿、加热处理，并通过通风管将新风引入环境舱顶部，环境舱顶部与火炮自动机之间通过可以随意拉伸的硅橡胶管连接。在温度快速升温的同时引入新风空气，且新风空气只对火炮自动机进行空气吹扫，以实现自动机外表面结霜现象，此时停止新风吹扫；随着温度升高，自动机表面开始出现水珠，待自动机表面完全出现水珠，用干净擦拭布将自动机表面水珠擦拭干净，然后进行低温存储，直至自动机表面、膛内结霜结冰后进行实弹射击试验。
基于上述原理，本发明的技术方案为：
所述一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱，其特征在于：包括试验环境舱整体框架结构、试验环境舱保温围护结构和环境试验功能设备；
所述试验环境舱保温围护结构安装在所述试验环境舱整体框架结构内，形成保温的试验环境舱；
所述环境试验功能设备包括制冷蒸发器、环境舱加热器、环境舱加热器控制系统、新风吹风系统和通风管路；
所述制冷蒸发器用于给试验环境舱降温；
所述环境舱加热器的总功耗根据试验环境舱内的总冷耗结合安全系数确定，能够实现试验环境舱内不低于10℃/min的快速升温模式；
所述环境舱加热器控制系统将所述环境舱加热器分组控制；
所述新风吹风系统包括灰尘过滤器、加湿锅炉、吹风加热器、离心分轮、风机、进出口温度湿度传感器；
所述灰尘过滤器用于对输入的环境空气进行多层次交叉过滤，滤除包括沙粒、粉尘、扬尘以及气态污染物经过物理化学反应形成的盐类颗粒物；所述加湿锅炉通过蒸汽加湿，给过滤后的干燥空气增加湿度，且通过加湿锅炉的控制系统能够调节加湿量；所述吹风加热器对过滤后的空气按照设定的温度值进行加热；所述离心分轮强制进行空气对流热换，在空气达到恒定温度、恒定湿度并将空气送出；所述风机用于控制新风吹风系统出风口的风流量，且流量可调；进出口温度湿度传感器分别采集新风吹风系统进风口和出风口的温度和湿度，并依此控制加湿锅炉和吹风加热器；
所述通风管路包括连接新风吹风系统出风口和环境舱顶部预留出风口的通风管以及从环境舱顶部预留出风口引出的硅橡胶管，硅橡胶管出口安装有不锈钢喇叭口；所述硅橡胶管能够自由拉伸至试验环境舱内的火炮自动机，对火炮自动机进行吹扫。
进一步的优选方案，所述一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱，其特征在于：所述试验环境舱整体框架结构由梁柱结构组成，整体截面为倒“U”型结构，其中左右两侧采用多根矩形管垂向支撑，顶部由多根矩形管在横向和纵向交错焊接，并与左右两侧支撑管对应焊接；且在顶部安装环境试验功能设备位置处采用槽钢连接成网格结构；防冲击振动整体支撑框架结构与预设的环境舱地面支撑钢板固联，形成不可移动整体结构。
进一步的优选方案，所述一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱，其特征在于：所述试验环境舱保温围护结构分为四壁与顶层保温围护结构以及箱体底板，其中四壁与顶层保温围护结构由外而内依次为喷塑镀锌彩色钢板、至少150mm厚硬质聚氨酯泡沫以及两层304不锈钢板；四壁与顶层保温围护结构中的外层不锈钢板与所述防冲击振动整体支撑框架结构采用满焊模式构成整体框架，内层不锈钢板通过螺接方式安装在外层不锈钢板上；所述箱体底板由内而外依次为两层304不锈钢板、环氧隔热板，承重木方和彩钢板，其中木方与木方之间采用隔热防火聚氨酯泡沫填充作为箱体底板保温层，整个箱体底板承载能力至少3000KG/m2；所述防冲击振动保温围护结构中处于火炮射击方向的一侧面上设有射击开口，射击开口外侧安装有自动开合的窗口门系统。
进一步的优选方案，所述一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱，其特征在于：四壁与顶层保温围护结构中的两层304不锈钢板由外而内依次为2mm厚304不锈钢板和3mm厚304不锈钢板，其中四壁与顶层保温围护结构中的2mm厚304不锈钢板与所述防冲击振动整体支撑框架结构采用满焊模式构成整体框架，3mm厚304不锈钢板为拼装板，通过螺接方式安装在2mm厚不锈钢板上。
进一步的优选方案，所述一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱，其特征在于：所述防冲击振动保温围护结构中处于火炮射击方向一侧面的内层不锈钢板不通过螺接方式安装在外层不锈钢板上；该侧面的外层不锈钢板顶部和底部固定安装有U型槽，该侧面的内层不锈钢板卡入U型槽内实现内层不锈钢板与外层不锈钢板连接。
利用上述试验环境舱进行火炮自动机结冰结霜射击试验的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据火炮自动机结冰结霜射击试验要求，将火炮自动机移入试验环境舱，并安装完好，开启制冷蒸发器，达到设定的低温试验要求温度后，进行低温存储试验；
步骤2：火炮低温存储试验完成后，开启环境舱加热器和新风吹风系统；环境舱加热器以最大升温速率对试验环境舱进行升温，新风吹风系统的出风口温度值、湿度值、风流量按照预先模拟试验得到的最佳值进行设置；操纵不锈钢喇叭口对火炮自动机表面进行来回吹扫；试验环境舱温度低于0℃时，火炮自动机表面结霜，当火炮自动机表面蒙霜后，关闭新风吹风系统，达到试验标准的结霜环境考核要求；随着试验环境舱内温度迅速上升，火炮自动机温度上升缓慢，当试验环境舱温度高于0℃时，火炮自动机表面开始蒙上湿气，当试验环境舱温度达到设定温度后，保温，火炮自动机表面及膛内由蒙上湿气到出现凝珠现象，达到试验标准的凝珠环境考核要求；
步骤3：擦拭火炮自动机表面及膛内的水珠，然后开启制冷蒸发器，达到设定的低温试验要求温度后，火炮自动机内部部分部位水珠不易擦拭，产生结冰现象，达到试验标准的结冰环境考核要求；
步骤4：低温保温时间达到后，打开试验环境舱射击窗口进行实弹射击，完成火炮自动机结冰结霜射击试验。
有益效果
本发明提出的试验环境舱采用了-60℃～20℃快速升温模式，空气温度迅速回温，而火炮自动机温度恢复缓慢，造成了一定的温差，同时引入加湿加热过滤后的新风空气，从而实现了结霜结冰试验。在试验环境舱设计过程中，针对试验环境舱内的总冷耗结合安全系数确定加热器的总功耗，并采用分组PID控制模式，实现了快速、慢速温度控制；试验环境舱还引入新风系统，并对火炮自动机单独吹扫，实现火炮自动机结冰结霜试验，避免了因拆装自动机带来的火炮故障隐患，以及人员低温操作带来的安全隐患。
此外，针对试验环境舱还要进行射击试验，而火炮系统实弹射击工况较恶劣的问题，本发明采用了防冲击振动保温围护结构，防冲击振动整体框架结构等措施，避免了火炮射击过程中的冲击振动损坏箱体和系统制冷、加热等配套设施。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1新风送风系统工作原理图；
图2防冲击振动环境试验舱整体布局图；
图3防冲击振动环境试验舱内部结构示意图；
图4防冲击振动整体支撑框架结构结构图；
图5箱体底板结构示意图；
图6前方防弹板示意图；
图7自动开合射击窗口气动工作原理图；
图8开门气缸连接示意图；
图9锁门气缸工作原理图；
图10手动门锁原理图；
图11防热冲击示意图；
其中1-上开/关门气缸、2-上外气室、3-上内气室、4-上活塞杆、5-上关门到位开关、6-上连接接头、7-上支撑座、8-上连接销、9-上连接杆、10-上连接板、11-上自动窗口门楔形块、12-上锁门楔形块、13-上锁门气缸、14-上解锁到位开关、15-第一气管三通16-第二气管三通17-第三气管三通、18-第四气管三通、19-开/关门装置内气路、20-开/关门装置外气路、21-压力控制器、22-气源二联件、23-气源入口、24-开/关门装置电磁阀、25-锁门装置电磁阀、26-自动窗口门、27-旋转轴、28-锁扣、29-手轮、30-锁螺杆、31-锁座、32-开/关门气缸活塞、33-锁门气缸活塞杆、34-锁门装置外气路、35-锁门装置内气路、36-柔性玻璃纤维硅胶防火布；
41-防冲击振动环境舱、42-左侧排烟装置、43-右侧排烟装置、44-加湿装置、45-循环风机、46-气压平衡窗、47-监控器、48-观察窗、49-双开门大门、50-空气幕、51-维修门、52-控制面板、53-三色工作状态指示灯、54-除湿蒸发器、55-制冷蒸发器、56-加热器、57-离心风轮、58-照明灯、59-侧防弹板、60-矩形骨架支撑管、61-左右侧烟雾通道、62-3mm厚防滑304不锈钢板、63-2mm厚304不锈钢板、64-10mm厚环氧隔热板、65-承重木方、66-1.5mm厚彩钢板、67-前防弹板、68-射击窗口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明提出的用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱，主要思路是试验环境舱采用快速升温模式，即在低温情况下温度迅速回升，同时引入加热加湿新风吹风系统，这样仅对自动机进行吹扫，无需将自动机移出，就可以完成结冰结霜射击试验。
具体而言，该试验环境舱包括试验环境舱整体框架结构、试验环境舱保温围护结构和环境试验功能设备。
所述试验环境舱保温围护结构安装在所述试验环境舱整体框架结构内，形成保温的试验环境舱。
考虑到结冰结霜射击试验中需要进行火炮实弹射击，为了避免避免火炮射击过程中的冲击振动损坏箱体和系统制冷、加热等配套设施，试验环境舱整体框架结构采用防冲击振动整体支撑框架结构，其中防冲击振动整体支撑框架结构主体为由3mm璧厚的80mm x40mm矩形管焊接而成的梁柱结构组成，整体截面为长3630mm、宽2680mm、高2710mm的倒“U”型结构，其中左右两侧采用6根矩形管垂向支撑，顶部分别由横向6根纵向4根矩形管交错焊接并与左右两侧支撑管一一对应焊接而成，根据结构应力计算分析，系统承载能力大于2吨，而安装在顶部的环境试验功能设备总质量约1吨，系统承载能力远大于负载。根据环境试验功能设备的安装位置采用不同尺寸槽钢连接成网格结构，防冲击振动整体支撑框架结构与预设的环境舱地面支撑钢板固联，形成不可移动整体结构。此外，垂向支撑的6根矩形管两端增加加强筋，以提高整体框架的刚度及抗振能力。防冲击振动整体支撑框架结构为制冷蒸发器、加热器等设备提供安装平面，同时提高舱体整体防冲击振动能力。
而试验环境舱保温围护结构采用防冲击振动保温围护结构，防冲击振动保温围护结构分为四壁与顶层保温围护结构以及箱体底板。其中四壁与顶层保温围护结构由外而内依次为0.7mm厚喷塑镀锌彩色钢板、150mm厚硬质聚氨酯泡沫、2mm厚304不锈钢板和3mm厚304不锈钢板。其中四壁与顶层保温围护结构中的2mm厚304不锈钢板与所述防冲击振动整体支撑框架结构采用满焊模式构成整体框架，此整体框架嵌入某射击靶道后，形成不可移动的整体框架部分。3mm不锈钢复合拼装板通过螺接方式安装与2mm厚304不锈钢板里层内板上，“3+2”整体结构起到射击时防止弹壳抛落冲击箱体内胆造成箱体损坏作用。弹壳冲击损坏箱体内壁，更换其中损坏的3mm不锈钢复合拼装板即可，对整体结构无影响。
箱体底板整体厚度为150mm，所述箱体底板由内而外，第一层为3mm厚SUS304防滑不锈钢板，第二层为2mm厚SUS304不锈钢板，模式同四壁“3+2”mm不锈钢模式，便于更换；第三层为10mm厚环氧隔热板，环氧板主要为了隔热和承载使用；第四层为承重木方，木方与木方之间间隔约860mm，间隔之间采用隔热防火聚氨酯泡沫填充作为箱体底板保温层，外板为1.5mm厚彩钢板整个箱体底板承载能力至少3000KG/m2。
由于火炮自动机自身结构特性，火炮在射击过程抛壳轨迹主要为左右前方，因此，箱体前面板极易被弹壳冲击碰撞损坏，箱体侧壁、顶部底部碰撞损坏几率相对较小，同时受火焰烧蚀影响，射击窗口四面板容易老化，箱体前壁3mm不锈钢板通过螺接方式安装于2mm不锈钢板上，频繁更换3mm不锈钢板，造成螺接方式不紧固，安装不可靠现象。为此，本实施例单独设计箱体前面板中3mm不锈钢板的防弹措施，提高箱体前面板中3mm不锈钢板的更换便利性。箱体前面板中3mm不锈钢板整体宽度与内箱一样，宽度2690mm，高度1607mm，中间具有射击窗口。箱体前面板中3mm不锈钢板共由5块厚度为3mm sus304不锈钢板加工成“U”框架块，然后拼接而成。在箱体前面板中的2mm不锈钢板顶部和底部固定安装有U型槽，，将5块U型框架块卡入U型槽即可达到固定作用。实弹射击时，如果大面积被冲击碰撞损坏，可直接更换整体3mm不锈钢板，个别损坏更换其中某块即可，保证了“3+2”结构不易变形。
火炮射击时产生大量高温高压气体，伴随火药残渣，射击窗口边缘长时间受火药气体冲击出现烧蚀严重，钢板脆裂，保温材料泄露进而损坏箱体等现象，本实施例中在射击窗口四周固定一圈U型截面板，将射击窗口四周包覆，当火炮射击一定弹药后，U型截面板烧蚀严重时，及时更换即可，起到保护整体箱体作用。
所述防冲击振动保温围护结构中处于火炮射击方向的一侧面上设有射击开口，射击开口外侧安装有自动开合的窗口门系统。
本实施例中提出的自动开合的窗口门系统如图7所示，包括自动窗口门26、开/关门装置、锁门装置、气源装置、联动控制装置和防热冲击装置。
所述自动窗口门通过开/关门装置安装在环境试验舱侧壁射击窗口开口位置，且在自动窗口门的一圈边缘安装有硅橡胶密封条。
所述开/关门装置包括旋转轴、上驱动传动部件以及下驱动传动部件；所述上驱动传动部件以及下驱动传动部件分别固定在环境试验舱侧壁中射击窗口同一侧的上下位置，且上驱动传动部件与下驱动传动部件结构相同，采用气缸作为驱动源；所述旋转轴安装在上驱动传动部件与下驱动传动部件之间，并与自动窗口门一侧边缘通过结构件连接；所述上驱动传动部件与下驱动传动部件能够同步驱动旋转轴转动，当旋转轴转动时，能够带动自动窗口门同步转动；并且当自动窗口门关闭到位后，开/关门装置能够给出关门到位信号。
具体如图7和图8所示，以上驱动传动部件结构为例，所述上驱动传动部件包括上开/关门气缸1、上连接接头6、上连接杆9、上支撑座7、上连接销8、上连接板10和上关门到位开关5；所述上连接板10固定在自动窗口门上端端面边缘；上连接板10与下驱动传动部件中的下连接板之间固定安装有旋转轴27，当旋转轴27被驱动旋转时，能够通过上连接板10和下连接板带动自动窗口门转动。
所述上开/关门气缸1固定端铰接安装在高低温环境试验舱侧壁上，上开/关门气缸1的气缸轴垂直于旋转轴27；上开/关门气缸1的气缸轴输出端通过上连接接头6与上连接杆9一端转动连接，上连接杆9另一端通过上连接销8安装在上支撑座7上；所述上支撑座7与下驱动传动部件中的下支撑座对应安装在射击窗口一侧的上下位置，且旋转轴27两端穿过上连接板10以及下连接板，分别与上连接销8和下驱动传动部件中的下连接销同轴固定连接；当上开/关门气缸1以及下驱动传动部件中的下开/关门气缸同步运动时，能够驱动上连接销8和下连接销同步转动，进而驱动旋转轴转动。
所述上关门到位开关与下驱动传动部件中的下关门到位开关分别安装在上开/关门气缸和下开/关门气缸上，安装位置对应于自动窗口门关闭到位时的上开/关门气缸内活塞位置，能够在自动窗口门关闭到位后，给出关门到位信号。
开/关门装置利用气动阀门工作原理，利用压缩空气推动气缸内活塞杆来回运动特性，连接板通过连接杆、连接销与连接接头与活塞杆固连，活塞杆运动从而带动连接板运动，带动旋转轴旋转实现自动窗口门打开、关闭。开合时间根据气源装置气体压力来控制，本装置气体压力值为0.4MPa，保障了窗口开合时间控制在6秒之内。
所述锁门装置采用气缸作为驱动源，采用相互配合的斜面楔形块作为锁紧部件，能够在自动窗口门关闭到位后，通过气缸驱动斜面楔形块相互配合，将自动窗口门与射击窗口压紧；并且在相互配合的斜面楔形块脱离后，给出解锁信号，
具体如图7和图9所示，所述锁门装置包括上锁门部件和下锁门部件；所述上锁门部件和下锁门部件结构相同；其中上锁门部件包括上锁门气缸13、上锁门楔形块12、上解锁到位开关14和上自动窗口门楔形块11；其中上锁门气缸和下锁门部件中的下锁门气缸分别固定安装在射击窗口另一侧的上下位置；上锁门楔形块与上锁门气缸的输出端连接；上自动窗口门楔形块和下锁门部件中的下自动窗口门楔形块分别固定安装在自动窗口门另一侧边缘，且上下安装位置与上锁门气缸以及下锁门气缸位置对应；当自动窗口门关闭到位后，上锁门气缸驱动上锁门楔形块向外运动时，能够与上自动窗口门楔形块斜面配合，将自动窗口门与射击窗口压紧；所述上解锁到位开关安装在上锁门气缸上，安装位置对应于上锁门楔形块与上自动窗口门楔形块脱离后的上锁门气缸内活塞位置，能够在锁门装置解锁后，给出解锁信号。
锁门装置工作原理同开/关门装置，压缩空气驱动活塞杆进出运动，活塞杆伸出运行，锁门楔形块压紧自动窗口门楔形块，达到密封效果，活塞杆收缩运动，锁门楔形块脱离自动窗口门楔形块，密封解除。
所述气源装置用于给开/关门装置以及锁门装置中的气缸提供气源。
所述联动控制装置包括控制板、开/关门装置电磁阀以及锁门装置电磁阀；所述控制板与外部火炮控制系统电信号连接，接收火炮控制系统的余弹信号；所述控制板与开/关门装置和锁门装置电信号连接，接收关门到位信号和解锁信号；所述控制板输出控制信号至开/关门装置电磁阀以及锁门装置电磁阀；所述开/关门装置电磁阀控制气源装置与开/关门装置之间的气路，所述锁门装置电磁阀控制气源装置与锁门装置之间的气路。
当控制板执行关闭自动窗口门动作时，首先开/关门装置电磁阀接通相应气路，控制开/关门装置气缸活塞杆伸出，将自动窗口门合上关闭，当自动窗口门关闭到位后，关门到位开关给出关门到位信号，然后控制板控制锁门装置电磁阀接通相应气路，控制锁门装置气缸活塞杆伸出，驱动锁门楔形块向外运动，与自动窗口门楔形块斜面配合，将自动窗口门与射击窗口压紧密封。
当控制板执行打开自动窗口门动作时，首先锁门装置电磁阀接通相应气路，控制锁门装置气缸活塞杆回缩，锁门楔形块与自动窗口门楔形块斜面分离，当分离到位后，解锁到位开关给出解锁到位信号，然后控制板控制开/关门装置电磁阀接通相应气路，开/关门装置气缸活塞杆回缩，打开自动窗口门。
该装置中还包括手动锁门装置，用于气源装置故障，仅进行火炮高低温环境存贮试验，不进行实弹射击时，将自动窗口门与射击窗口手动关闭锁紧。所述手动锁门装置包括安装在自动窗口门侧边的锁扣，安装在射击窗口同侧边缘的锁座，所述锁座与锁螺杆一端铰接，锁螺杆另一端螺纹连接手轮；锁螺杆能够绕锁座转动，且卡入锁扣中，通过转动手轮能够将自动窗口门与在射击窗口压紧。
火炮在实弹射击情况下，炮口瞬态火焰温度高达几百度，环境舱射击窗口密封圈常规采用硅橡胶密封条，此材料耐温为为-70℃～300℃，长时间实弹射击，硅橡胶材料出现老化脆裂现象导致箱体密封不严，所以本发明中增加了防热冲击装置，在自动窗口门中靠近旋转轴的一侧边缘处硅橡胶密封条表面增加一层柔性玻璃纤维玻璃防火布，此材料耐温范围为-70℃～1200℃，柔性玻璃纤维玻璃防火布一端固定在自动窗口门中靠近旋转轴的一侧内壁面上，柔性玻璃纤维玻璃防火布另一端固定在射击窗口同侧的内壁面上，在闭合状态下不影响硅橡胶对环境舱密封效果，打开状态下能够防止射击火焰直接冲击自动窗口门中靠近旋转轴的一侧上安装的硅橡胶密封条。
所述环境试验功能设备包括制冷蒸发器、环境舱加热器、环境舱加热器控制系统、新风吹风系统和通风管路。
所述制冷蒸发器用于给试验环境舱降温。
所述环境舱加热器在设计时需要进行功率设计，因为空气中只有在温差变化较大的情况下，才可出现结霜凝珠现象，环境舱缓慢升温则无法实现此现象，本环境舱需要6分钟以内从-60℃升至0℃，升温速率不低于10℃/分钟，所以根据环境舱室体有效尺寸、升温条件分别计算保温结构热耗、分机电机的热耗、送风通道热耗、负载热耗、空气热容等热耗，根据系统的总功耗选择功率匹配的加热器，实现10℃/min快速升温模式。
此环境舱主要功耗由保温结构热耗、舱体内壁热耗、蒸发器热耗、负载热耗组成，其它空气热容的冷耗、送风通道的冷耗值较小，可忽略不计。根据能量守恒原理，加热过程吸收热量同降温过程释放热量相同，环境舱从-60℃升温至目标温度20℃吸收热量同20℃降温至-60℃释放热量相等。加热功耗可以用降温功耗来计算。各部分初步功耗计算如下
(1)保温材料冷耗Q1
Q1＝(λ×F×Δt/δ)×A1
式中λ为硬质聚氨酯泡沫导热系数，此值为常数0.044w/m℃，F为试验室内部与环境的换热面积，本环境舱内部表面积为92m 2，Δt为试验室与环境的传热温差，最大温差＝35℃－降温目标温度，目标温度为-60℃，此值为95℃，δ为保温材料的厚度，0.1m，A1为保温结构为当量系数，为0.5。因此保温材料在降温过程中冷耗量Q1为1821.6w；
(2)环境舱内壁材料冷耗Q2
Q2＝(CP×G×Δt/T)×A2
整个环境舱内壁为不锈钢钢板，式中CP为不锈钢比热容，常量值，460J/kg℃，内壁总重量G为3560kg，A2为实体内壁放热系数，在降温过程中，当控制点到达目标温度时，室体内壁平均温降与控制点温降的比值。与降温速率有关，由于是快速降温过程，此值取0.5较为可靠。计算得到环境舱内壁材料冷耗Q2为136433.7w。
(3)蒸发器冷耗
Q3＝(CP×G×Δt/T)×A3
蒸发器主要材料为不锈钢、紫铜管、铝片，三种材料比热容值CP分别为，不锈钢460J/kg℃，紫铜管386J/kg℃，铝片902J/kg℃。重量分别为不锈钢88.5kg，紫铜管99.1kg，铝片214.7kg。A3为蒸发器放热系数，为一常量值1.2。因此在降温过程中蒸发器冷耗Q3为54523.5w。
(4)负载冷耗
Q4＝(CP×G×Δt/T)×A4
环境舱主要负载即武器系统自动机，材质，刚材料，重量1300kg，A4，刚材料放热系统为一常数0.5。钢比热容460J/kg℃，因此负载主要冷耗为49833.3w。
舱体总冷耗Q总＝Q1+Q2+Q3+Q4＝242612.1w。安全系数一般取1.2。因此选择加热器参考总功耗为291134.5w，即291kw。根据总功耗选择匹配的加热器后可实现至少10℃/min快速升温速率。
所述环境舱加热器控制系统将所述环境舱加热器分组控制。这里将加热器分为10组控制，同时把加热PID分成10部分控制，每部分对应10％加热输出，当加热输出36％，则前3组是长通，第4租通60％，断40％；当加热输出90％，则前9组是长通，第10租断开；精准的控制使舱体在快速升温过程确保温度控制在±0.1℃的显示波动度范围内，这样避免了在升温过程温度突变、舱体温度波动大现象发生，影响舱体空气温度变化。同时也避免了高功率加热器对电网的冲击易造成其他用电器件不能正常工作，系统升温控制模式设置为自动控制与程序控制模式两种，自动控制模式及最大速率控制模式，当自动机需要快速升温结霜凝珠时应用此控制模式，程序控制模式为速率可调模式，根据试件要求对其进行具体速率设定。
环境舱长时间保高温、保低温试验，舱内空气相对干燥，湿度低，在温差较大的情况下，也无法完成结霜凝珠试验。新风吹风系统主要将环境空气经过过滤、加湿、加热后引入环境舱。主要包括灰尘过滤器、加湿锅炉、吹风加热器、离心分轮、风机、进出口温度湿度传感器。
所述灰尘过滤器主要材质为纵横交错的波形不锈钢网，过滤网多层次交叉将空气中沙粒、粉尘、扬尘以及气态污染物经过物理化学反应形成的盐类颗粒物滤除掉。加湿锅炉主要是通过蒸汽加湿，它的作用是将过滤后的干燥空气增加湿度，增加空气中水分子含量，在温差变化大的情况下易结霜凝露。利用PID算法来控制加湿量，加湿量从0～100％PH进行无级调节，实现精确控制。
在北方冬天或者温度相对低的环境下，空气温度皆在0℃以下，加热器功能是将空气温度按设定的温度值进行加热，加热器一般采用镍铬丝进行加热，离心风轮就是强制空气对流热换，达到恒定温度、恒定湿度并将空气送出。风机设有挡位调整，分为低中高三档进行可调，以此控制出风口风流量。
进风口、出风口位置分别安装温度、湿度传感器，温度传感器采用K型热电偶，湿度传感器采用电容式湿度传感器，温湿度传感器皆有响应快、精度高等优点。进风口温度、湿度主要用于检测外部引入空气温度湿度值，即为环境温度湿度值，出风口温度、湿度主要用于控制加热器、加湿锅炉输出。出风口温湿度值可根据结霜凝露情况进行调节设置。当环境温湿度值大于设置温湿度值，系统加热器加湿锅炉不工作，此过滤后的空气可直接作为新风源使用。其中一项高于设定值则该项加热器或加湿锅炉不参与工作，低于设定值参与工作。整个循环控制系统通过PLC精准控制来实现。
环境舱顶部预留出风口，新风吹风系统出风口和环境舱顶部预留出风口之间用普通通风管连接，舱顶出风口与火炮自动机之间用可随意拉伸硅橡胶管，硅橡胶管耐温范围为-73℃～180℃，硅橡胶管出口安装有不锈钢喇叭口，便于扩大吹扫面积。
进行火炮自动机结冰结霜射击试验前先进行模拟试验，模拟结霜情况，确定相关参数。将一块与火炮自动机材质相同的金属材料搁置于环境舱内，进行低温-60℃保温试验，保温时长4小时后启动新风控制系统，将出风口温度传感器温度预设置为40℃，湿度预设置为80％RH，新风控制系统根据温湿度差启动加热器、加湿锅炉工作，对滤除杂质后的空气进行加热、加湿直至温度达到40℃，湿度达到80％RH为止。将硅橡胶管拉伸至金属块位置，手动对着金属块表面进行来回吹扫，金属块表面初始温度-60℃，新风温度40℃，湿度为80％RH，根据温湿度差异，金属块表面会发生结霜现象，工作人员根据吹扫情况判断结霜情况，如果在4-5分钟内金属块表面结霜缓慢，则调节增大出风口湿度值，观察结霜情况，如果金属表面很快结霜，则此湿度值为合理湿度，若结霜缓慢可继续调节湿度值，直至迅速结霜为止，如果结霜严重，可缩短吹扫时间，也可以通过调节新风系统风机挡位控制出风口流量，将出风口流量调低。根据出风口流量调节、湿度调节，达到理想的结冰结霜试验条件即可，此湿度值即为自动机结霜湿度值，流量档即自动机出风口流量设定值。此时记录温度、湿度值，流量档即为自动机结冰结霜试验温度、湿度、流量设置值。
之后进行火炮自动机结冰结霜射击试验，包括以下步骤：
步骤1：根据火炮自动机结冰结霜射击试验要求，将火炮自动机移入试验环境舱，并安装完好，开启制冷蒸发器，降温速率设置为1℃/min，目标温度设置为-60℃，达到设定的低温试验要求温度后，进行低温存储试验，在-60℃条件下保温4小时。
步骤2：火炮低温存储试验完成后，开启环境舱加热器和新风吹风系统；环境舱加热器以最大升温速率对试验环境舱进行升温，升温目标温度为20℃，新风吹风系统的出风口温度值、湿度值、风流量按照预先模拟试验得到的最佳值进行设置；操纵不锈钢喇叭口对火炮自动机表面进行来回吹扫；试验环境舱温度低于0℃时，火炮自动机表面结霜，当火炮自动机表面蒙霜后，关闭新风吹风系统，达到试验标准的结霜环境考核要求；随着试验环境舱内温度迅速上升，火炮自动机温度上升缓慢，当试验环境舱温度高于0℃时，火炮自动机表面结霜开始融化并蒙上湿气，当试验环境舱温度达到设定温度后，保温，火炮自动机表面及膛内由蒙上湿气到出现凝珠现象，达到试验标准的凝珠环境考核要求。
步骤3：擦拭火炮自动机表面及膛内的水珠，然后开启制冷蒸发器，降温速率设置为1℃/min，目标温度设置为-60℃，-60℃保温1小时。达到设定的低温试验要求温度后，由于膛内及表面、部分零部件安装连接位置处、自动机某些拐角部位水珠不易擦拭，未被擦拭掉的水珠产生结冰现象，达到试验标准的结冰环境考核要求；
步骤4：低温保温时间达到后，打开试验环境舱射击窗口进行实弹射击，完成火炮自动机结冰结霜射击试验。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱，其特征在于：包括试验环境舱整体框架结构、试验环境舱保温围护结构和环境试验功能设备；
所述试验环境舱保温围护结构安装在所述试验环境舱整体框架结构内，形成保温的试验环境舱；
所述环境试验功能设备包括制冷蒸发器、环境舱加热器、环境舱加热器控制系统、新风吹风系统和通风管路；
所述制冷蒸发器用于给试验环境舱降温；
所述环境舱加热器的总功耗根据试验环境舱内的总冷耗结合安全系数确定，能够实现试验环境舱内不低于10℃/min的快速升温模式；
所述环境舱加热器控制系统将所述环境舱加热器分组控制；
所述新风吹风系统包括灰尘过滤器、加湿锅炉、吹风加热器、离心分轮、风机、进出口温度湿度传感器；
所述灰尘过滤器用于对输入的环境空气进行多层次交叉过滤，滤除包括沙粒、粉尘、扬尘以及气态污染物经过物理化学反应形成的盐类颗粒物；所述加湿锅炉通过蒸汽加湿，给过滤后的干燥空气增加湿度，且通过加湿锅炉的控制系统能够调节加湿量；所述吹风加热器对过滤后的空气按照设定的温度值进行加热；所述离心分轮强制进行空气对流热换，在空气达到恒定温度、恒定湿度并将空气送出；所述风机用于控制新风吹风系统出风口的风流量，且流量可调；进出口温度湿度传感器分别采集新风吹风系统进风口和出风口的温度和湿度，并依此控制加湿锅炉和吹风加热器；
所述通风管路包括连接新风吹风系统出风口和试验环境舱顶部预留出风口的通风管以及从试验环境舱顶部预留出风口引出的硅橡胶管，硅橡胶管出口安装有不锈钢喇叭口；所述硅橡胶管能够自由拉伸至试验环境舱内的火炮自动机，对火炮自动机进行吹扫；
所述试验环境舱保温围护结构分为四壁与顶层保温围护结构以及箱体底板，其中四壁与顶层保温围护结构由外而内依次为喷塑镀锌彩色钢板、至少150mm厚硬质聚氨酯泡沫以及两层304不锈钢板；四壁与顶层保温围护结构中的外层不锈钢板与所述试验环境舱整体框架结构采用满焊模式构成整体框架，内层不锈钢板通过螺接方式安装在外层不锈钢板上；所述箱体底板由内而外依次为两层304不锈钢板、环氧隔热板，承重木方和彩钢板，其中木方与木方之间采用隔热防火聚氨酯泡沫填充作为箱体底板保温层，整个箱体底板承载能力至少3000KG/m2；所述试验环境舱保温围护结构中处于火炮射击方向的一侧面上设有射击开口，射击开口外侧安装有自动开合的窗口门系统；
所述自动开合的窗口门系统包括自动窗口门、开/关门装置、锁门装置、气源装置、联动控制装置和防热冲击装置；
所述自动窗口门通过开/关门装置安装在试验环境舱侧壁射击窗口开口位置，且在自动窗口门边缘安装有硅橡胶密封条；
所述开/关门装置包括旋转轴、上驱动传动部件以及下驱动传动部件；所述上驱动传动部件以及下驱动传动部件分别固定在试验环境舱侧壁中射击窗口一侧的上下位置，且上驱动传动部件与下驱动传动部件结构相同，采用气缸作为驱动源；所述旋转轴安装在上驱动传动部件与下驱动传动部件之间，并与自动窗口门一侧边缘通过结构件连接；所述上驱动传动部件与下驱动传动部件能够同步驱动旋转轴转动，当旋转轴转动时，能够带动自动窗口门同步转动；并且当自动窗口门关闭到位后，开/关门装置能够给出关门到位信号；
所述锁门装置采用气缸作为驱动源，采用相互配合的斜面楔形块作为锁紧部件，能够在自动窗口门关闭到位后，通过气缸驱动斜面楔形块相互配合，将自动窗口门与射击窗口压紧；并且在相互配合的斜面楔形块脱离后，给出解锁信号；
所述气源装置用于给开/关门装置以及锁门装置中的气缸提供气源；
所述联动控制装置包括控制板、开/关门装置电磁阀以及锁门装置电磁阀；所述控制板与外部火炮控制系统电信号连接，接收火炮控制系统的余弹信号；所述控制板与开/关门装置和锁门装置电信号连接，接收关门到位信号和解锁信号；所述控制板输出控制信号至开/关门装置电磁阀以及锁门装置电磁阀；所述开/关门装置电磁阀控制气源装置与开/关门装置之间的气路，所述锁门装置电磁阀控制气源装置与锁门装置之间的气路；
所述防热冲击装置采用柔性玻璃纤维玻璃防火布，柔性玻璃纤维玻璃防火布一端固定在自动窗口门中靠近旋转轴的一侧内壁面上，柔性玻璃纤维玻璃防火布另一端固定在射击窗口同侧的内壁面上，防止射击火焰直接冲击自动窗口门中靠近旋转轴的一侧上安装的硅橡胶密封条。
2.根据权利要求1所述一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱，其特征在于：所述试验环境舱整体框架结构由梁柱结构组成，整体截面为倒“U”型结构，其中左右两侧采用多根矩形管垂向支撑，顶部由多根矩形管在横向和纵向交错焊接，并与左右两侧支撑管对应焊接；且在顶部安装环境试验功能设备位置处采用槽钢连接成网格结构；试验环境舱整体框架结构与预设的试验环境舱地面支撑钢板固联，形成不可移动整体结构。
3.根据权利要求1所述一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱，其特征在于：四壁与顶层保温围护结构中的两层304不锈钢板由外而内依次为2mm厚304不锈钢板和3mm厚304不锈钢板，其中四壁与顶层保温围护结构中的2mm厚304不锈钢板与所述试验环境舱整体框架结构采用满焊模式构成整体框架，3mm厚304不锈钢板为拼装板，通过螺接方式安装在2mm厚不锈钢板上。
4.根据权利要求3所述一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱，其特征在于：所述试验环境舱保温围护结构中处于火炮射击方向一侧面的内层不锈钢板不通过螺接方式安装在外层不锈钢板上；该侧面的外层不锈钢板顶部和底部固定安装有U型槽，该侧面的内层不锈钢板卡入U型槽内实现内层不锈钢板与外层不锈钢板连接。
5.利用权利要求1所述试验环境舱进行火炮自动机结冰结霜射击试验的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据火炮自动机结冰结霜射击试验要求，将火炮自动机移入试验环境舱，并安装完好，开启制冷蒸发器，达到设定的低温试验要求温度后，进行低温存储试验；
步骤2：火炮低温存储试验完成后，开启环境舱加热器和新风吹风系统；环境舱加热器以最大升温速率对试验环境舱进行升温，新风吹风系统的出风口温度值、湿度值、风流量按照预先模拟试验得到的最佳值进行设置；操纵不锈钢喇叭口对火炮自动机表面进行来回吹扫；试验环境舱温度低于0℃时，火炮自动机表面结霜，当火炮自动机表面蒙霜后，关闭新风吹风系统，达到试验标准的结霜环境考核要求；随着试验环境舱内温度迅速上升，火炮自动机温度上升缓慢，当试验环境舱温度高于0℃时，火炮自动机表面开始蒙上湿气，当试验环境舱温度达到设定温度后，保温，火炮自动机表面及膛内由蒙上湿气到出现凝珠现象，达到试验标准的凝珠环境考核要求；
步骤3：擦拭火炮自动机表面及膛内的水珠，然后开启制冷蒸发器，达到设定的低温试验要求温度后，火炮自动机内部部分部位水珠不易擦拭，产生结冰现象，达到试验标准的结冰环境考核要求；
步骤4：低温保温时间达到后，打开试验环境舱射击窗口进行实弹射击，完成火炮自动机结冰结霜射击试验。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910714212.9A CN110360875B (zh) | 2019-08-03 | 2019-08-03 | 一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱及其试验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201910714212.9A CN110360875B (zh) | 2019-08-03 | 2019-08-03 | 一种用于火炮自动机结冰结霜射击试验的试验环境舱及其试验方法 |
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