CN111521076B - 一种舰船舱室内炸点位置测试方法 - Google Patents

一种舰船舱室内炸点位置测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种舰船舱室内炸点位置测试方法，该方法采用冲击波压力测试系统，获取了舱室内测点位置的冲击波到达时间差，并结合测量点间的位置关系，得到炸点的位置坐标。本发明的测试方法简单，可操作性强，在数据获取过程中不受舱室内爆炸高温、高压、强冲击干扰影响，测量数据准确度高，可靠获取强，解决了目前常用的声定位法和摄像法在舱室内爆炸环境下无法使用问题，为反舰战斗部海上实船打击实验和地面靶场模拟船舱动态实验中炸点位置的确定和引战配合性能检验提供技术支撑。

Description

一种舰船舱室内炸点位置测试方法
技术领域
本发明属于毁伤评估技术领域，具体涉及一种动态打击实船或模拟舱室的炸点位置测试方法。
背景技术
在海军的反舰战斗部的海上打击实船的研训中，或反舰战斗部打击模拟船舱的动态威力校验试验中，获取战斗部爆炸时刻的炸点位置，是评估评价战斗部威力或检验引战配合性能的基础。因此，准确获取战斗部在舰船舱室内的炸点位置，对于反舰战斗部毁伤效能和引战配合性能的评价具有重要意义。
目前，对于战斗部或弹丸炸点位置的确定方法有声定位法和摄像法，如董明荣等在“空中炸点三基阵声学定位技术研究”中，采用声音传播原理，通过几组传声器及二次仪表、传输系统，得到声波到达时间，通过数据处理，得到空中炸点的位置；如李翰山等在“基于摄像法测量弹丸的空间炸点位置”中，通过布设摄像机获取战斗部爆炸前的影像，通过摄像机与打击目标的几何位置，结合拍摄影像，确定弹丸炸点的具体位置。这两种方法均适用于空旷的自由环境远场范围，将测量使用的传声器或摄像机，布设于预估炸点的安全距离外的地方。而对于密闭的舰船舱室内爆炸环境，战斗部爆炸后产生瞬态冲击波，冲击波传播速度是数倍的声波传播速度，声定位法显然不适合使用。而在内爆炸舱室内，产生的瞬态高压、高温火球及舱壁结构的破坏，均可能损坏摄像机，难以确保摄像机的安全性，如果布设于舱室外，一般不易形成满足摄像机视场范围需要的舱壁破口，并且炸点的不确定性也不能确保可靠获取炸点影像。因此，在舰船舱室的动态打击实验中，声定位法和摄像法均不适用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种舰船舱室内炸点位置测试方法，以解决现有空中炸点位置测试方法不适合应用于舰船舱室内炸点测量的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种舰船舱室内炸点位置测试方法，该测试方法包括如下步骤：
S1、舰船舱室压力测点位置确定与压力传感器布设
在靶船或模拟船室爆炸舱室的相邻壁面水平中心线和另一条水平线上，等间距布设冲击波压力测点，每条测线上测点数量不少于四个；记录各测点Ki间的相对位置距离和方位，其中K为测点标号，i为测点序号；在测点位置布设压力传感器，在有防护的安全位置布设传感器适配器和数据采集仪，并通过信号线连接；
S2、冲击波压力数据采集与存储
战斗部侵入舱室内爆炸后输出冲击波，产生的冲击波作用于压力传感器的敏感面上，压力传感器受冲击波作用后产生瞬态电压信号，经传感器适配器转化放大后，存储于数据采集仪内；
S3、各测点冲击波到达时间数据处理
读取数据采集仪存储的各测点信号触发时刻时间tc和冲击波瞬态升压时刻时间ts，计算和记录各测点从触发时刻到冲击波压力上升前沿到达时刻时间tKi：tKi＝ts-tc，并分别将两个壁面上测点冲击波到达时间按照大小排序；
S4、选取冲击波到达时间接近的五个测点
从其中一个壁面测点冲击波达到时间数据中，选取冲击波到达时间偏差最小的四个测点；在另一壁面上选取一个测点，且该测点冲击波到达时间与另一壁面四个测点冲击波达到时间平均值偏差最小；或者从一个壁面选取三个测点，从另一个壁面选取两个测点，这两个测点冲击波到达时间与另一壁面三个测点冲击波达到时间平均值偏差最小；形成五个数据为一组的多组测点群；在每一组的五个测点中，至少有一个测点不在同一水平线上，五个测点冲击波达到时间接近但不相等；
S5、确定坐标系及与坐标原点冲击波到达时间差
在选取的每一组五个测点中，设其中一个测点为坐标原点，确定其它四个测点的坐标；分别计算四个测点与坐标原点的冲击波到达时间差τKi：τKi＝tKi-t0；其中，tKi为测点冲击波到达时间，t0为坐标原点冲击波到达时间；在所选取的一组测点M1、M2、P1、N1、N2中，取M1为坐标原点，记坐标原点M1的冲击波到达时间为t0，得到M1与其它各点冲击波到达时间差分别为τM2、τP1、τN1、τN2；
S6、炸点坐标计算
设炸点X的坐标为X(x,y,z)，各测点坐标分别为M1(0,0,0)、M2(am2,bm2,zm2)、P1(ap1,bp1,zp1)、N1(an1,bn1,zn1)、N2(an2,bn2,zn2)；按照炸点X与组内五个测点位置关系，得到：
Figure BDA0002470890780000031
式中，H为炸点的爆心距，v为冲击波传播到坐标原点M1时的瞬时速度；
采用matlab中的solve函数，联立求解等式(1)-(5)：
s＝solve(eq1,eq2,eq3,eq4,'x','y','z','v')
获取双精度(s,x)，(s,y)，(s,z)值，得到炸点坐标值X(x,y,z)。
进一步地，在步骤S1中，两条水平测线间距等于测点间距的
Figure BDA0002470890780000032
另一条水平线上的测点布设于水平线与舱壁中心水平线上测点的中垂线交点，测点间形成等三角形。
进一步地，该测试方法进一步包括：如果得到两组以上的测点组，重复步骤S6，得到另外几组的炸点坐标X(xi,yj,zj)；将得到的几组炸点坐标取平均值，得到平均后的炸点坐标
Figure BDA0002470890780000041
(三)有益效果
本发明提出一种舰船舱室内炸点位置测试方法，该方法采用冲击波压力测试系统，获取了舱室内测点位置的冲击波到达时间差，并结合测量点间的位置关系，得到炸点的位置坐标。本发明的测试方法简单，可操作性强，在数据获取过程中不受舱室内爆炸高温、高压、强冲击干扰影响，测量数据准确度高，可靠获取强，解决了目前常用的声定位法和摄像法在舱室内爆炸环境下无法使用问题，为反舰战斗部海上实船打击实验和地面靶场模拟船舱动态实验中炸点位置的确定和引战配合性能检验提供技术支撑。
本发明的技术效果具体包括：
1、本发明采用压力传感器获取测点冲击波到达时间，通过测点间冲击波到达时间差和测点几何位置关系，得到了炸点位置，简单、方便，可操作性强；
2、本发明能够获取冲击波压力瞬态上升前沿时间段的数据，在所需要的测量数据的时间内，传感器性能不受内爆炸环境的高温、高压、高冲击等作用的影响，测试结果受环境干扰小，数据测量结果准确度高；
3、本发明解决了现有声定位法和摄像法不适用舰船舱室内爆炸恶劣环境问题，为海军实船打靶和地面模拟舱室动爆实验中战斗部威力评估和引战配合检验提供了技术支持。
附图说明
图1为本发明实施例的舰船舱室内炸点位置测试方法中舰船舱室内冲击波压力测点布设示意图；
图2为本发明实施例的冲击波压力到达时间数据处理示意图；
图3为本发明实施例的冲击波传播到测点位置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种舰船舱室内炸点位置测试方法，该测试方法包括如下步骤：
S1、舰船舱室压力测点位置确定与压力传感器布设
在靶船或模拟船室爆炸舱室的相邻壁面水平中心线和另一条水平线上，等间距布设冲击波压力测点，每条测线上测点数量不少于四个。布设测点越多，收集的数据样本越多，计算得到的炸点位置越准确。两条水平测线间距等于测点间距的
Figure BDA0002470890780000051
另一条水平线上的测点布设于水平线与舱壁中心水平线上测点的中垂线交点，测点间形成等三角形，如图1所示。记录各测点Ki间的相对位置距离和方位，其中K为测点标号，i为测点序号。
在测点位置布设压力传感器，在有防护的安全位置布设传感器适配器和数据采集仪，并通过信号线连接。
S2、冲击波压力数据采集与存储
压力测试系统通电联调，系统正常后，将数据采集仪设置为等待触发状态，等待战斗部在舱室内爆炸后冲击波的作用。
战斗部侵入舱室内爆炸后输出冲击波，产生的冲击波作用于压力传感器的敏感面上，压力传感器受冲击波作用后产生瞬态电压信号，经传感器适配器转化放大后，存储于数据采集仪内。
S3、各测点冲击波到达时间数据处理
试验后，回收数据采集仪，读取并分析数据采集仪存储的各压力测点获取的冲击波压力数据。如图2所示，读取各测点信号触发时刻时间tc和冲击波瞬态升压时刻时间ts，计算和记录各测点从触发时刻到冲击波压力上升前沿到达时刻时间tKi：tKi＝ts-tc，并分别将两个壁面上测点冲击波到达时间按照大小排序。
S4、选取冲击波到达时间接近的五个测点
从其中一个壁面测点冲击波达到时间数据中，选取冲击波到达时间偏差最小的四个测点；在另一壁面上选取一个测点，且该测点冲击波到达时间与另一壁面四个测点冲击波达到时间平均值偏差最小；或者从一个壁面选取三个测点，从另一个壁面选取两个测点，这两个测点冲击波到达时间与另一壁面三个测点冲击波达到时间平均值偏差最小。通过上述选点方法，形成五个数据为一组的多组测点群。
如图1中，在一个壁面上选取测点M1、M2、P1，在另一侧面壁上选取测点N1、N2。
在每一组的五个测点中，至少有一个测点不在同一水平线上，五个测点冲击波达到时间接近但不相等，目的是形成五个不在同一平面的测点，产生五个冲击波到达时间，为步骤S6的炸点计算提供基础。如图1中，测点P1与其他测点不在同一水平线上。
S5、确定坐标系及与坐标原点冲击波到达时间差
在选取的每一组五个测点中，设其中一个测点为坐标原点，确定其它四个测点的坐标。分别计算四个测点与坐标原点的冲击波到达时间差τKi：τKi＝tKi-t0；其中，tKi为测点冲击波到达时间，t0为坐标原点冲击波到达时间；
如图1中，在所选取的测点M1、M2、P1、N1、N2中，取M1为坐标原点，记坐标原点M1的冲击波到达时间为t0，得到M1与其它各点冲击波到达时间差分别为τM2、τP1、τN1、τN2。
S6、炸点坐标计算
在爆炸冲击波的传播过程中，冲击波的传播速度随爆心距的增大而逐渐减小，当爆心距相同时，冲击波到达测点的时间应相等(同一触发时间)，冲击波的瞬时速度也相等。如图2所示，测点B的爆心距为H，冲击波到达B的瞬时速度为v，当ΔH与H比较非常小时，可近似认为冲击波在H±ΔH范围内，冲击波以速度v匀速通过。
基于上述原理，对于选取的一组冲击波到达时间相近的五个测点，设炸点X的坐标为X(x,y,z)，选取其中一组测点(M1、M2、P1、N1、N2)，测点M1为坐标原点，各点坐标分别为M1(0,0,0)、M2(am2,bm2,zm2)、P1(ap1,bp1,zp1)、N1(an1,bn1,zn1)、N2(an2,bn2,zn2)。
按照炸点X与组内五个测点位置关系，如图1中M1、M2、P1、N1、N2，得到：
Figure BDA0002470890780000071
式中，v为冲击波传播到坐标原点M1时的瞬时速度。
采用matlab中的solve函数，联立求解等式(1)-(5)：
s＝solve(eq1,eq2,eq3,eq4,'x','y','z','v')
获取双精度(s,x)，(s,y)，(s,z)值；得到X(x,y,z)坐标值。
S7、如果得到两组以上的测点组，重复步骤S6，得到另外几组的炸点坐标X(xi,yj,zj)。
S8、炸点位置坐标
将得到的几组炸点坐标取平均值，得到平均后的炸点坐标
Figure BDA0002470890780000072
以下是在典型模拟舱室内开展内爆炸实验获取的测量结果。试验模拟舱的尺度为6m×3.6m×2.1m。在模拟舱室相邻舱壁水平中心线和另一条水平线上，布设的压力传感器，获取的冲击波压力峰值到达时间，并依据上述方法，确定冲击波到达时间近似相等的五个测点，确定了坐标原点和其他测点的坐标，并计算了冲击波到达时间差。测点坐标与冲击波到达时间差如表1所示。
表1模拟舱室压力测点位置及冲击波压力到达时间测量结果
Figure BDA0002470890780000073
Figure BDA0002470890780000081
与实验结果比对，计算炸点位置与实验炸点位置坐标最大偏差小于6.7％。验证了本方法的可行性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种舰船舱室内炸点位置测试方法，其特征在于，所述测试方法包括如下步骤：
S1、舰船舱室压力测点位置确定与压力传感器布设
在靶船或模拟船室爆炸舱室的相邻壁面水平中心线和另一条水平线上，等间距布设冲击波压力测点，每条测线上测点数量不少于四个；记录各测点Ki间的相对位置距离和方位，其中K为测点标号，i为测点序号；在测点位置布设压力传感器，在有防护的安全位置布设传感器适配器和数据采集仪，并通过信号线连接；
S2、冲击波压力数据采集与存储
战斗部侵入舱室内爆炸后输出冲击波，产生的冲击波作用于压力传感器的敏感面上，压力传感器受冲击波作用后产生瞬态电压信号，经传感器适配器转化放大后，存储于数据采集仪内；
S3、各测点冲击波到达时间数据处理
读取数据采集仪存储的各测点信号触发时刻时间tc和冲击波瞬态升压时刻时间ts，计算和记录各测点从触发时刻到冲击波压力上升前沿到达时刻时间tKi：tKi=ts-tc，并分别将两个壁面上测点冲击波到达时间按照大小排序；
S4、选取冲击波到达时间接近的五个测点
从其中一个壁面测点冲击波达到时间数据中，选取冲击波到达时间偏差最小的四个测点；在另一壁面上选取一个测点，且该测点冲击波到达时间与另一壁面四个测点冲击波达到时间平均值偏差最小；或者从一个壁面选取三个测点，从另一个壁面选取两个测点，这两个测点冲击波到达时间与另一壁面三个测点冲击波达到时间平均值偏差最小；形成五个数据为一组的多组测点群；在每一组的五个测点中，至少有一个测点不在同一水平线上，五个测点冲击波达到时间接近但不相等；
S5、确定坐标系及与坐标原点冲击波到达时间差
在选取的每一组五个测点中，设其中一个测点为坐标原点，确定其它四个测点的坐标；分别计算四个测点与坐标原点的冲击波到达时间差τKi：τKi=tKi-t0；其中，tKi为测点冲击波到达时间，t0为坐标原点冲击波到达时间；在所选取的一组测点M1、M2、P1、N1、N2中，取M1为坐标原点，记坐标原点M1的冲击波到达时间为t0，得到M1与其它各点冲击波到达时间差分别为τM2、τP1、τN1、τN2；
S6、炸点坐标计算
设炸点X的坐标为X(x,y,z)，各测点坐标分别为M1(0,0,0)、M2(am2, bm2, zm2)、P1(ap1,bp1, zp1)、N1(an1, b n1, z n1)、N2(a n2, b n2, zn2)；按照炸点X与组内五个测点位置关系，得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式中，H为炸点的爆心距，v为冲击波传播到坐标原点M1时的瞬时速度；
采用matlab中的solve函数，联立求解等式（1）-（5）：
s= solve(eq1,eq2,eq3,eq4,'x','y','z','v')
获取双精度(s,x)，(s,y)，(s,z)值，得到炸点坐标值X(x,y,z)。
2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在步骤S1中，两条水平测线间距等于测点间距的
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，另一条水平线上的测点布设于水平线与舱壁中心水平线上测点的中垂线交点，测点间形成等三角形。
3.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述测试方法进一步包括：如果得到两组以上的测点组，重复步骤S6，得到另外几组的炸点坐标X(xi,yj,zj)；将得到的几组炸点坐标取平均值，得到平均后的炸点坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
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