CN110470173B - 火炮扬供输系统力学状态感知弹及其测试方法 - Google Patents

火炮扬供输系统力学状态感知弹及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种火炮扬供输系统力学状态感知弹，它的振动传感器、冲击传感器、惯性测量装置和应力传感器的信号输出端分别连接信号调理模块的输入端，信号调理模块的振动调理信号输出端、冲击调理信号输出端、惯性测量调理信号输出端、应力调理信号输出端连接采集控制器对应的调理信号输入端，采集控制器的力学状态感知弹状态数字信号流输出端分别连接同步存储模块和无线发射模块的信号输入端；采集控制器用于完成振动调理信号、冲击调理信号、惯性测量调理信号、应力调理信号的模数转换处理，并在模数转换处理过程中进行采集编码形成力学状态感知弹状态数字信号流；本发明能解决火炮扬供输系统力学特性的全局性、客观性不足的问题。

Description

火炮扬供输系统力学状态感知弹及其测试方法
技术领域
本发明涉及火炮武器技术领域，具体地指一种火炮扬供输系统力学状态感知弹及其测试方法。
背景技术
弹药过载等力学特性问题，直接影响火炮发射的可靠性和弹药发射的安全性，但由于弹药过载问题的复杂性，理论上难以建立详尽的模型；受传统材料、工艺和技术能力限制，试验测试的手段也有限；且传统的研究工作是基于实验室条件或者原理样机条件下进行的，对火炮扬供输系统力学环境的掌握与实际情况有一定距离。目前，受测量采集手段、现场测量条件、样本量的影响，数据的全局性和客观性受到限制，仍没有完整、系统的对扬供输系统全动态过程力学特性的测试与描述，影响了火炮与弹药设计约束的完整性。
发明内容
本发明提供一种火炮扬供输系统力学状态感知弹及其测试方法。本发明能解决火炮扬供输系统力学特性的全局性、客观性不足的问题。
为实现此目的，本发明所设计的火炮扬供输系统力学状态感知弹，其特征在于：它包括弹丸模型、药筒模型、状态感知装置和适配器，所述弹丸模型安装在药筒模型的前端，状态感知装置通过适配器固定在药筒模型内，所述状态感知装置包括振动传感器、冲击传感器、惯性测量装置、应力传感器、信号调理模块、采集控制器、同步存储模块、无线发射模块和时钟模块；
所述振动传感器、冲击传感器、惯性测量装置和应力传感器的信号输出端分别连接信号调理模块对应的模拟信号输入端，信号调理模块的振动调理信号输出端、冲击调理信号输出端、惯性测量调理信号输出端、应力调理信号输出端连接采集控制器对应的调理信号输入端，采集控制器的力学状态感知弹状态数字信号流输出端分别连接同步存储模块和无线发射模块的信号输入端；
采集控制器用于完成振动调理信号、冲击调理信号、惯性测量调理信号、应力调理信号的模数转换处理，并在模数转换处理过程中将振动调理信号、冲击调理信号、惯性测量调理信号、应力调理信号按预设的帧格式进行采集编码形成力学状态感知弹状态数字信号流；
为了清晰、简明地表达火炮扬供输系统力学状态感知弹的数字信号流，增强数据的可读性，预设的帧格式如下：
Figure BDA0002128142220000021
所述时钟模块用于在采集控制器进行采集编码时分别对振动调理信号、冲击调理信号、惯性测量调理信号、应力调理信号进行时间对标。
一种上述火炮扬供输系统力学状态感知弹的测试方法，它包括如下步骤：
步骤1：扬弹测试，将力学状态感知弹置于火炮扬弹位，然后火炮进行扬弹动作，力学状态感知弹实时采集扬弹过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块传输出来，同时同步存储模块对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据；
步骤2：供弹测试，将力学状态感知弹置于火炮供弹位，然后火炮进行供弹动作，力学状态感知弹实时采集供弹过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块传输出来，同时同步存储模块对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据；
步骤3：输弹测试，将力学状态感知弹置于火炮输弹位，然后火炮进行输弹动作，力学状态感知弹实时采集输弹过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块传输出来，同时同步存储模块对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据；
步骤4：装填测试，将力学状态感知弹置于火炮装填位，然后火炮进行装填动作，力学状态感知弹实时采集装填过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块传输出来，同时同步存储模块对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据。
本发明的有益效果为：
本发明可直接用于火炮扬供输系统力学环境的测量，获取实际工况下的扬供输系统全动态过程的力学特性数据，克服传统实验室工况或原理样机工况下测试数据全局性和客观性不足等问题，为火炮与弹药的设计约束提供完整性保障。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中状态感知装置的结构示意图；
图3为本发明测试方法流程图。
其中，1—弹丸模型、2—药筒模型、3—状态感知装置、4—适配器、3.1—振动传感器、3.2—冲击传感器、3.3—惯性测量装置、3.4—应力传感器、3.5—采集控制器、3.6—同步存储模块、3.7—无线发射模块、3.8—时钟模块、3.9—信号调理模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明所设计的火炮扬供输系统力学状态感知弹，如图1和2所示，它包括弹丸模型1(1：1弹丸实物模型)、药筒模型2、状态感知装置3和适配器4，所述弹丸模型1装配于药筒模型2的前端，状态感知装置3通过适配器4固定在药筒模型2内，所述状态感知装置3包括振动传感器3.1、冲击传感器3.2、惯性测量装置3.3、应力传感器3.4、信号调理模块3.9、采集控制器3.5、同步存储模块3.6、无线发射模块3.7和时钟模块3.8；
所述振动传感器3.1、冲击传感器3.2、惯性测量装置3.3和应力传感器3.4的信号输出端分别连接信号调理模块3.9对应的模拟信号输入端，信号调理模块3.9的振动调理信号输出端、冲击调理信号输出端、惯性测量调理信号输出端、应力调理信号输出端连接采集控制器3.5对应的调理信号输入端，采集控制器3.5的力学状态感知弹状态数字信号流输出端分别连接同步存储模块3.6和无线发射模块3.7的信号输入端；
采集控制器3.5用于完成振动调理信号、冲击调理信号、惯性测量调理信号、应力调理信号的模数转换处理，并在模数转换处理过程中将振动调理信号、冲击调理信号、惯性测量调理信号、应力调理信号按预设的帧格式进行采集编码形成力学状态感知弹状态数字信号流，所述预设的帧格式依次为传感器编号、数据长度、数据帧号、起始时间、数据内容、预留位和校验位；
所述时钟模块3.8用于在采集控制器3.5进行采集编码时分别对振动调理信号、冲击调理信号、惯性测量调理信号、应力调理信号进行时间对标以便后期正确梳理数据、正确反映力学特性。
上述技术方案中，药筒模型2为火炮实际使用药筒1：1模型，在合适位置开孔安装微带天线，同时在合适位置预留数据传输接口、启动电路接口。
上述技术方案中，所述振动传感器3.1用于测量力学状态感知弹在10Hz～200Hz范围的振动信号；
所述冲击传感器3.2用于测量力学状态感知弹在50Hz～10kHz范围的冲击信号；
所述惯性测量装置3.3用于测量力学状态感知弹的转动角速度，并解算力学状态感知弹的姿态角、速度和相对位置信息；
所述应力传感器3.4用于测量力学状态感知弹中药筒模型2的应力变形信号。
上述技术方案中，所述信号调理模块3.9用于将输入的振动模拟信号、冲击模拟信号、惯性测量模拟信号、应力模拟信号统一调理为用于表征振动信息、冲击信息、惯性测量信息、应力信息的电压信号，便于进行模数转换。
上述技术方案中，所述同步存储模块3.6用于接收力学状态感知弹状态数字信号流，完成采集数据的同步存储。
上述技术方案中，所述无线发射模块3.7用于将力学状态感知弹状态数字信号流转化为无线射频信号，并通过无线发射模块3.7的微带天线进行传输。
上述技术方案中，适配器4用于将力学状态感知弹中药筒模型2的质心、质量和转动惯量调整为与火炮实际使用药筒模型一致(通过加工、配重等方式实现)。
上述技术方案中，所述弹丸模型1的尺寸、质量、质心和转动惯量与火炮实际使用弹丸一致，保证测得的数据与实际情况一致。
一种上述火炮扬供输系统力学状态感知弹的测试方法，如图3所示，它包括如下步骤：
步骤1：扬弹测试，将力学状态感知弹置于火炮扬弹位，然后火炮进行扬弹动作，力学状态感知弹实时采集扬弹过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块3.7传输出来，同时同步存储模块3.6对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据；
步骤2：供弹测试，将力学状态感知弹置于火炮供弹位，然后火炮进行供弹动作，力学状态感知弹实时采集供弹过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块3.7传输出来，同时同步存储模块3.6对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据；
步骤3：输弹测试，将力学状态感知弹置于火炮输弹位，然后火炮进行输弹动作，力学状态感知弹实时采集输弹过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块3.7传输出来，同时同步存储模块3.6对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据；
步骤4：装填测试，将力学状态感知弹置于火炮装填位，然后火炮进行装填动作，力学状态感知弹实时采集装填过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块3.7传输出来，同时同步存储模块3.6对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种火炮扬供输系统力学状态感知弹，其特征在于：它包括弹丸模型(1)、药筒模型(2)、状态感知装置(3)和适配器(4)，所述弹丸模型(1)装配于药筒模型(2)的前端，状态感知装置(3)通过适配器(4)固定在药筒模型(2)内，所述状态感知装置(3)包括振动传感器(3.1)、冲击传感器(3.2)、惯性测量装置(3.3)、应力传感器(3.4)、信号调理模块(3.9)、采集控制器(3.5)、同步存储模块(3.6)、无线发射模块(3.7)和时钟模块(3.8)；
所述振动传感器(3.1)、冲击传感器(3.2)、惯性测量装置(3.3)和应力传感器(3.4)的信号输出端分别连接信号调理模块(3.9)对应的模拟信号输入端，信号调理模块(3.9)的振动调理信号输出端、冲击调理信号输出端、惯性测量调理信号输出端、应力调理信号输出端连接采集控制器(3.5)对应的调理信号输入端，采集控制器(3.5)的力学状态感知弹状态数字信号流输出端分别连接同步存储模块(3.6)和无线发射模块(3.7)的信号输入端；
采集控制器(3.5)用于完成振动调理信号、冲击调理信号、惯性测量调理信号、应力调理信号的模数转换处理，并在模数转换处理过程中将振动调理信号、冲击调理信号、惯性测量调理信号、应力调理信号按预设的帧格式进行采集编码形成力学状态感知弹状态数字信号流；
所述时钟模块(3.8)用于在采集控制器(3.5)进行采集编码时分别对振动调理信号、冲击调理信号、惯性测量调理信号、应力调理信号进行时间对标；
所述振动传感器(3.1)用于测量力学状态感知弹在10Hz～200Hz范围的振动信号；
所述冲击传感器(3.2)用于测量力学状态感知弹在50Hz～10kHz范围的冲击信号；
所述惯性测量装置(3.3)用于测量力学状态感知弹的转动角速度，并解算力学状态感知弹的姿态角、速度和相对位置信息；
所述应力传感器(3.4)用于测量力学状态感知弹中药筒模型(2)的应力变形信号；
所述无线发射模块(3.7)用于将力学状态感知弹状态数字信号流转化为无线射频信号，并通过无线发射模块(3.7)的微带天线进行传输。
2.根据权利要求1所述的火炮扬供输系统力学状态感知弹，其特征在于：所述信号调理模块(3.9)用于将输入的振动模拟信号、冲击模拟信号、惯性测量模拟信号、应力模拟信号统一调理为用于表征振动信息、冲击信息、惯性测量信息、应力信息的电压信号。
3.根据权利要求1所述的火炮扬供输系统力学状态感知弹，其特征在于：所述同步存储模块(3.6)用于接收力学状态感知弹状态数字信号流，完成采集数据的同步存储和数据管理。
4.根据权利要求1所述的火炮扬供输系统力学状态感知弹，其特征在于：适配器(4)用于将力学状态感知弹中药筒模型(2)的质心、质量和转动惯量调整为与火炮实际使用药筒模型一致。
5.根据权利要求1所述的火炮扬供输系统力学状态感知弹，其特征在于：所述弹丸模型(1)的尺寸、质量、质心和转动惯量与火炮实际使用弹丸一致。
6.根据权利要求1所述的火炮扬供输系统力学状态感知弹，其特征在于：所述预设的帧格式依次为传感器编号、数据长度、数据帧号、起始时间、数据内容、预留位和校验位。
7.一种权利要求1所述火炮扬供输系统力学状态感知弹的测试方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：扬弹测试，将力学状态感知弹置于火炮扬弹位，然后火炮进行扬弹动作，力学状态感知弹实时采集扬弹过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块(3.7)传输出来，同时同步存储模块(3.6)对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据；
步骤2：供弹测试，将力学状态感知弹置于火炮供弹位，然后火炮进行供弹动作，力学状态感知弹实时采集供弹过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块(3.7)传输出来，同时同步存储模块(3.6)对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据；
步骤3：输弹测试，将力学状态感知弹置于火炮输弹位，然后火炮进行输弹动作，力学状态感知弹实时采集输弹过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块(3.7)传输出来，同时同步存储模块(3.6)对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据；
步骤4：装填测试，将力学状态感知弹置于火炮装填位，然后火炮进行装填动作，力学状态感知弹实时采集装填过程中的振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据，并将振动数据、冲击数据、惯性测量数据、应力数据形成的力学状态感知弹状态数字信号流通过无线发射模块(3.7)传输出来，同时同步存储模块(3.6)对力学状态感知弹状态数字信号流进行实时存储数据。
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