CN112113472B - 一种小口径气体炮膛压测量装置的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种小口径气体炮膛压测量装置的使用方法，涉及气体炮内弹道的参数测量领域。一种小口径气体炮膛压测量装置，包括依次首尾相接的密封组件、测量组件和配重基件，测量组件由压电陶瓷和与压电陶瓷相连接的辅助部件组成。本发明可以有效弥补现有膛压测量技术中存在的测试仪结构复杂、体积较大、制作成本高、程序的可调性和测量的稳定性差，不适用于小口径气体炮的膛压测量等弊端。

Description

一种小口径气体炮膛压测量装置的使用方法

技术领域

本发明涉及气体炮内弹道的参数测量领域，具体而言，涉及一种小口径气体炮膛压测量装置的使用方法。

背景技术

气体炮内弹道的参数测量是气体炮设计、故障诊断及结构优化设计的重要依据。膛压是表征气体炮内弹道特性中的重要参数，在弹体发射过程中，能够准确地获取膛压曲线对于开展气体炮强度的可靠性研究、优化气体炮系统参数设计具有重要的指导意义。

目前，常用的膛压测量方法有两种：一种是机械测压法，主要采用铜柱测压。

该方法利用火药燃烧时的压力做功使铜柱发生塑性变形的原理测量膛压最大值，具有使用方便、操作简单、价格低廉等优势。然而，铜柱测压法无法获取发射过程中的膛压-时间曲线，测量精度较低，不足以为气体炮系统的参数设计提供充分的参考依据，具有一定的缺陷。

另一种是电测法，即采用电子膛压测试仪，此类测试仪配置压力传感器、开关装置、放大器、逻辑控制电路及整机式数据采集及存储系统，并采用内置电池供电。测试前将电子膛压测试仪置入被测弹体中，当弹体开始运动时由测试电路采集信息并由储存模块保存数据，测试结束后回收装置获得膛压信息。传感器的类型，包括压阻式、电容式和应变式测量等，上述测压传感器在高压和振动的条件下极易受到干扰而影响测量结果的稳定性。此类电子膛压测试仪的结构复杂、体积较大、制作成本高、程序的可调性差，不适用于小口径气体炮的膛压测量；同时，电测法各电子器件容易受高温和振动的干扰，测量结果不稳定。上述弊端限制了现有测试装置的适用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小口径气体炮膛压测量装置，其能够提供一种体积小、结构简单、制作成本低、稳定性好的新型膛压测试装置。

本发明的另一目的在于提供一种小口径气体炮膛压测量装置的使用方法，其能够准确地获取膛压曲线。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种小口径气体炮膛压测量装置，包括依次首尾相接的密封组件、测量组件和配重基件，所述测量组件由压电陶瓷和与所述压电陶瓷相连接的辅助部件组成。

在本发明的一些实施例中，上述所述辅助部件包括电极、导线、电压探头和负载电阻，所述电极分别设置于所述压电陶瓷贴合所述密封组件和配重基件的两侧壁，两侧所述电极与所述导线、电压探头和负载电阻依次串联连接。

在本发明的一些实施例中，上述所述配重基件沿炮管延伸方向开设有用于容纳所述导线的通孔。

在本发明的一些实施例中，上述所述配重基件的侧壁开设有贯通所述通孔的走线孔，所述导线通过走线孔延伸进出所述通孔并与所述电压探头和负载电阻进行连接。

在本发明的一些实施例中，上述所述走线孔内填充有环氧树脂。

在本发明的一些实施例中，上述两个所述电极远离连接所述压电陶瓷的侧壁均设置有绝缘层。

在本发明的一些实施例中，上述所述密封组件由密封块和柔性密封圈组成，所述密封圈设置于所述密封块和炮管内壁面之间。

在本发明的一些实施例中，上述环绕所述密封块设有用于容纳所述密封圈的凹槽。

在本发明的一些实施例中，上述所述配重基件采用铝合金制成。

第二方面，本申请实施例提供一种上述所述气体炮膛压测量装置的使用方法，包括如下步骤：

将本装置置于一级轻气气炮炮管内，且设置密封组件的一端朝向气炮高压气室方向；

将导线从炮口引出，并将与导线连接的电压探头连接示波器测量；

将一级轻气炮充入一定压力的氮气；

发射时高压气体推动膛压测量装置在炮管内加速，测量组件在外力作用下产生压电信号，由电压探头向示波器传送信号进而测量电压-时间曲线；

通过测量出的电压-时间曲线计算膛压-时间曲线。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

本实施例提供一种气体炮膛压测量装置，包括依次首尾相接的密封组件、测量组件和配重基件，测量组件由压电陶瓷和与压电陶瓷相连接的辅助部件组成。密封组件用于密封炮管高压气室的一端，其能够接收气炮给予的压力，并将此压力传递给压电陶瓷，压电陶瓷通过辅助部件传输相应的数据，同时密封组件能够使整体装置与炮管管壁增加摩擦力，减小或避免整体装置在炮管内的位移；配重基件能够使测量组件在外力作用下产生压电信号。本发明可以有效弥补现有膛压测量技术中存在的测试仪结构复杂、体积较大、制作成本高、程序的可调性和测量的稳定性差，不适用于小口径气体炮的膛压测量等弊端；本发明可以测量弹体在膛内滑行过程的膛压-时间曲线，本发明具有以下特点：(1)结构简单、占用空间小、使用灵活方便，适用于小口径气体炮的膛压测试；(2)整体装置方便更换，且制作成本低，适用于破坏性单次测量；(3)压电陶瓷振动出现裂纹时仍能正常工作，不易受高压振动环境的影响，因此本发明具备较高的稳定性。

在实际使用时，用户首先将密封组件、测量组件和配重基件进行装配，测量组件位于密封组件和配重基件之间形成夹持状，用户首先将密封组件一端置入炮管高压气室方向一侧，将轻气炮进行充气增压，并发射，高压气体作用密封组件使其受到的压力传递给测量组件进行测量相应的测量曲线图。

本实施例提供一种气体炮膛压测量装置的使用方法，包括如下步骤：

将本装置置于气体炮炮管内，且设置密封组件的一端朝向气炮高压气室方向；

将导线从炮口引出，并将与导线连接的电压探头连接示波器测量；

将气体炮充入一定压力的氮气；

发射时高压气体推动膛压测量装置在炮管内加速，测量组件在外力作用下产生压电信号，由电压探头向示波器传送信号进而测量电压-时间曲线；

通过测量出的电压-时间曲线计算膛压-时间曲线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例所述膛压测量装置整体结构示意图；

图2为本发明实施例所述膛压测量装置剖视结构示意图；

图3为本发明实施例所述密封组件侧视结构示意图；

图4为本发明实施例所述配重基件的剖视结构示意图；

图5为本发明实施例所述配重基件的侧视结构示意图；

图6为本发明实施例所述实验测量电阻两端的电压-时间曲线；

图7为本发明实施例所述实验测量膛压-时间曲线。

图标：1-压电陶瓷；101-电极；1011-导线；1012-负载电阻；1013-电压探头；102-绝缘层；2-配重基件；201-通孔；2011-走线孔；3-密封块；301-凹槽；3011-密封圈。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1和图2，图1所示为本发明实施例所述膛压测量装置整体结构示意图；图2所示为本发明实施例所述膛压测量装置剖视结构示意图。

本实施例提供一种气体炮膛压测量装置，包括依次首尾相接的密封组件、测量组件和配重基件2，测量组件由压电陶瓷1和与压电陶瓷1相连接的辅助部件组成。密封组件用于密封炮管高压气室的一端，其能够接收气炮给予的压力，并将此压力传递给压电陶瓷1，压电陶瓷1通过辅助部件传输相应的数据，同时密封组件能够使整体装置与炮管管壁增加摩擦力，减小或避免整体装置在炮管内的位移，配重基件2能够使测量组件在外力作用下产生压电信号；本发明可以有效弥补现有膛压测量技术中存在的测试仪结构复杂、体积较大、制作成本高、程序的可调性和测量的稳定性差，不适用于小口径气体炮的膛压测量等弊端；本发明可以测量弹体在膛内滑行过程的膛压-时间曲线，本发明具有以下特点：(1)结构简单、占用空间小、使用灵活方便，适用于小口径气体炮的膛压测试；(2)整体装置方便更换，且制作成本低，适用于破坏性单次测量；(3)压电陶瓷1振动出现裂纹时仍能正常工作，不易受高压振动环境的影响，因此本发明具备较高的稳定性。

本实施例中的压电陶瓷1为PZT系列陶瓷。

在实际使用时，用户首先将密封组件、测量组件和配重基件2进行装配，测量组件位于密封组件和配重基件2之间形成夹持状，用户首先将密封组件一端置入炮管高压气室方向一侧，将轻气炮进行充气增压，并发射，高压气体撞击在密封组件一端，使其受到的压力传递给测量组件进行测量相应的测量曲线图。

在本发明的实施例中，如图2所示，辅助部件包括电极101、导线1011、电压探头1013和负载电阻1012，电极101分别设置于压电陶瓷1贴合密封组件和配重基件2的两侧壁，两侧电极101与导线1011、电压探头1013和负载电阻1012依次串联连接。

本实施例中的电极101为铜箔，导线1011为多股涤纶丝包线，其制造成本低廉便于大量生产，在压电陶瓷1两侧圆形端面贴附正电极101、负电极101，两侧电极101分别连接两段导线1011，导线1011连接电压探头1013和负载电阻1012两端，压电陶瓷1、电极101、导线1011与电压探头1013、负载电阻1012组成闭合回路，以形成检测线路。

在本发明的实施例中，如图2和图4所示，配重基件2沿炮管延伸方向开设有用于容纳导线1011的通孔201。

本实施例中的配重基件2为圆柱状，沿配重基件2轴线延伸方向对称开设有两个通孔201，使连接两个电极101的导线1011能够从炮管内延伸出来并连接相应的电子元件，便于科研人员进行整体装置电子元件的装配。

在本发明的实施例中，如图2和图4所示，配重基件2的侧壁开设有贯通通孔201的走线孔2011，导线1011通过走线孔2011延伸进出通孔201并与电压探头1013和负载电阻1012进行连接。沿配重基件2朝向压电陶瓷1一端的端面位置开设有连通通孔201的走线孔2011，便于导线1011进行装配，且能够防止导线1011与炮管内壁面进行接触导致导线1011断裂的情况发生，大大提高了导线1011的安全性。

本实施例中的压电陶瓷1和电极101均成圆盘状，配重基件2的内径大于压电陶瓷1和电极101的内径。

在本发明的实施例中，如图4所示，走线孔2011内填充有环氧树脂。在走线孔2011内填充环氧树脂能够将走线孔2011内弯折的导线1011进行固定，且能够保证导线1011弯折处的安全性。

在本发明的实施例中，如图2所示，两个电极101远离连接压电陶瓷1的侧壁均设置有绝缘层102。

本实施例中的绝缘层102采用聚酰亚胺制成，其能够有效阻隔压电陶瓷1与其两侧机构的电流传递，避免检测数据不精准的情况出现。

在本发明的实施例中，如图1和图3所示，密封组件由密封块3和柔性密封圈3011组成，密封圈3011设置于密封块3和炮管内壁面之间。

本实施例中的密封圈3011采用橡胶制成，在密封块3与炮管之间设置密封圈3011能够使轻气炮打出的高压气体稳定地冲击在密封块3上，避免气体泄漏导致数据测量不精准的情况出现。

在本发明的实施例中，如图2所示，环绕密封块3设有用于容纳密封圈3011的凹槽301。密封块3内开设的凹槽301能够使密封块3牢固的卡置于其中，密封圈3011与炮筒壁面形成牢固的密封结构，在受到冲击力时密封块3也不会从密封圈3011内脱落或位移。

在本发明的实施例中，如图1、图2、图4和图5所示，配重基件2采用铝合金制成，但不限于此，在其它实施例中可采用精钢制成。采用金属制成的配重基件2具有一定的重量，配重基件2能够使测量组件在外力作用下产生压电信号。

请参照图1、图2、图6和图7，图1为本发明实施例所述膛压测量装置整体结构示意图；图2为本发明实施例所述膛压测量装置剖视结构示意图；图6为本发明实施例所述实验测量电阻两端的电压-时间曲线；图7为本发明实施例所述实验测量膛压-时间曲线。

本实施例提供一种上述实施例中小口径气体炮膛压测量装置的使用方法，包括如下步骤：

将本装置置于一级轻气炮炮管内，且设置密封组件的一端朝向气炮高压气室方向；此种设置能够保证密封组件能够完全接收到高压气体的冲击力，进而向下一机构传递压力；

将导线1011从炮口引出，并将与导线1011连接的电压探头1013连接示波器测量；电压探头1013连接示波器用于测量压电陶瓷1在接收到压力后产生的电压信号；

将一级轻气炮充入一定压力的氮气；氮气的充气压力4Mpa；

发射时高压气体推动装置在炮管内加速，由电压探头1013向示波器传送信号进而测量电压-时间曲线；

通过测量出的电压-时间曲线计算膛压-时间曲线；由负载电阻1012R＝200Ω；压电陶瓷1的有效承载面积A＝132.67mm²；动态压电系数d33＝800pC/N计算出膛压-时间曲线。

使用一级轻气炮能够在实验室环境下模拟气体炮发射时对本发明装置的作用效果，能够证明对本发明的有效性进而开展理论研究。

综上，本发明的实施例提供一种小口径气体炮膛压测量装置的使用方法；一种小口径气体炮膛压测量装置，包括依次首尾相接的密封组件、测量组件和配重基件2，测量组件由压电陶瓷1和与压电陶瓷1相连接的辅助部件组成。密封组件用于密封炮管高压气室的一端，其能够接收气炮给予的压力，并将此压力传递给压电陶瓷1，压电陶瓷1通过辅助部件传输相应的数据，同时密封组件能够使整体装置与炮管管壁增加摩擦力，减小或避免整体装置在炮管内的位移，配重基件2能够使测量组件在外力作用下产生压电信号；本发明可以有效弥补现有膛压测量技术中存在的测试仪的结构复杂、体积较大、制作成本高、程序的可调性和测量的稳定性差，不适用于小口径气体炮的膛压测量等弊端；本发明可以测量弹体在膛内滑行过程的膛压-时间曲线，本发明具有以下特点：(1)结构简单、占用空间小、使用灵活方便，适用于小口径气体炮的膛压测试；(2)整体装置方便更换，且制作成本低，适用于破坏性单次测量；(3)压电陶瓷1振动出现裂纹时仍能正常工作，不易受高压振动环境的影响，因此本发明具备较高的稳定性。

在实际使用时，用户首先将密封组件、测量组件和配重基件2进行装配，测量组件位于密封组件和配重基件2之间形成夹持状，用户首先将密封组件一端置入炮管高压气室方向一侧，将轻气炮进行充气增压，并发射，高压气体撞击在密封组件一端，使其受到的压力传递给测量组件进行测量相应的测量曲线图。

一种根据上述实施例中气体炮膛压测量装置的使用方法，包括如下步骤：

将本装置置于一级轻气气炮炮管内，且设置密封组件的一端朝向气炮高压气室方向；

将导线1011从炮口引出，并将与导线1011连接的电压探头1013连接示波器测量；

将一级轻气炮充入一定压力的氮气；

将高压气体进行发射，使高压气体推动密封组件在炮管内加速并给予压电陶瓷1压力，并由电压探头1013向示波器传送信号进而测量电压-时间曲线；

通过测量出的电压-时间曲线计算膛压-时间曲线。

使用一级轻气炮能够在实验室环境下模拟气体炮发射时对本发明装置的作用效果，能够证明对本发明的有效性进而开展理论研究。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种小口径气体炮膛压测量装置的使用方法，其特征在于，包括一种小口径气体炮膛压测量装置，所述一种小口径气体炮膛压测量装置包括依次首尾相接的密封组件、测量组件和配重基件，所述测量组件由压电陶瓷和与所述压电陶瓷相连接的辅助部件组成；所述辅助部件包括电极、导线、电压探头和负载电阻，所述电极分别设置于所述压电陶瓷贴合所述密封组件和配重基件的两侧壁，两侧所述电极与所述导线、电压探头和负载电阻依次串联连接；

所述配重基件沿炮管延伸方向开设有用于容纳所述导线的通孔，所述配重基件的侧壁开设有贯通所述通孔的走线孔，所述导线通过走线孔延伸进出所述通孔并与所述电压探头和负载电阻进行连接，所述走线孔内填充有环氧树脂；

还包括如下步骤：

将本装置置于气体炮炮管内，且设置密封组件的一端朝向气炮高压气室方向；

将导线从炮口引出，并将与导线连接的电压探头连接示波器测量；

将气体炮充入一定压力的氮气；

发射时高压气体推动膛压测量装置在炮管内加速，测量组件在外力作用下产生压电信号，由电压探头向示波器传送信号进而测量电压-时间曲线；

通过测量出的电压-时间曲线计算膛压-时间曲线。

2.根据权利要求1所述的一种小口径气体炮膛压测量装置的使用方法，其特征在于，两个所述电极远离连接所述压电陶瓷的侧壁均设置有绝缘层。

3.根据权利要求1所述的一种小口径气体炮膛压测量装置的使用方法，其特征在于，所述密封组件由密封块和柔性密封圈组成，所述密封圈设置于所述密封块和炮管内壁面之间。

4.根据权利要求3所述的一种小口径气体炮膛压测量装置的使用方法，其特征在于，环绕所述密封块设有用于容纳所述密封圈的凹槽。

5.根据权利要求1所述的一种小口径气体炮膛压测量装置的使用方法，其特征在于，所述配重基件采用铝合金制成。