CN113503768A - 一种遮光装置及采用该装置的混合弹种高射频连发初速测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种遮光装置及采用该装置的混合弹种高射频连发初速测试方法，根据遮光装置高度变化以及结合天幕靶测速系统自身光圈变化调节天幕靶进入视场的光通量，进一步满足后端光电探测器、信号调理电路使用要求，通过天幕靶系统灵敏度调节，保障在光通量的情况下，有效放大穿甲弹、射击训练弹等常规弹丸信号。本方法通过在常规天幕靶测速系统增加遮光装置，可进行曳光弹、穿甲弹、射击训练弹等弹丸连发初速测试，实用性高；设计中增加的遮光装置安装方便，与天幕靶测速系统探测透镜镜头前端螺纹连接即可，且造价成本低，仅需300元；而单独建立曳光弹测速系统需120万元，大大降低建设成本；本方法可应用于不同口径火炮系统混合弹种连发初速测试。

Description

一种遮光装置及采用该装置的混合弹种高射频连发初速测试 方法

技术领域

本发明属于火炮测试领域，具体是一种遮光装置及采用该装置的混合弹种高射频连发初速测试方法。

背景技术

火炮产品初速是考核武器系统主要战技指标之一，在各类GJB中皆有考核要求，高射频火炮连发初速测试已不是难题，通过天幕靶装置来实现。天幕靶中采用了狭缝光澜和光学镜头在原光学镜头的视场形成一个薄的扇形光幕，当飞行弹丸穿过该光幕，引起光学系统后面的光电探测器光通量的变化，后续的信号调理电路放大微弱变化的信号，最终输出一个代表弹丸过幕时刻的脉冲信号，参照图1。

随着武器装备现代化化水平的提高，武器装备针对不同方向的作战任务、作战对手和战场环境提出武器研发需求。某火炮实际作战需求为曳光弹、穿甲弹、射击训练弹等多种混合弹射击。这对火炮初速测试提出一定的难度，因为：

常规小口径火炮23mm、30mm等炮弹弹丸长度约80mm-140mm之间，当弹丸飞过光幕，遮挡光照摄入，引起光电探测器光通量微小变化，可产生有效脉冲，进而完成连发初速测试。

而曳光弹在飞行中会发光，弹丸尾部会拖着较长发光尾曳，尾曳长度达0.5m-1.0米，且曳光光线较强，当弹丸飞过光幕的同时，尾曳也跟随穿过光幕，瞬态强曳光曝光使光电探测器及后端信号调理电路无法正常工作，输出不规则信号，若调节光电探测器和信号调理电路则会导致测试系统无法满足常规弹丸测试；且由于曳光光线太强，自身弹丸也可能埋没于曳光中，光电探测器无法正确识别天幕上空弹丸信号，无法开展连发曳光弹丸初速测试。

综上所述，曳光弹强曳光对光幕靶镜头干扰以及尾曳对下一发的干扰，需要采取措施对强曳光进行遮挡，而其余常规弹丸初速测试又需要自然光线，这样遮光与采光的冲突等导致无法仅通过常规测试系统对混合弹丸进行连发初速测试。

发明内容

本发明要解决的技术问题：为了解决现有天幕靶系统进行连发初速测试实用性低的问题，本发明提供一种混合弹丸连发初速测试方法。根据遮光装置高度变化以及结合天幕靶系统自身光圈变化，调节天幕靶进入视场的光通量，进一步满足后端光电探测器、信号调理电路使用要求，同时通过天幕靶系统光圈调节，在保障光通量的情况下，有效放大穿甲弹、射击训练弹等常规弹丸信号。

本发明的技术方案是：

一种遮光装置，所述遮光装置为圆筒形，一端设有螺纹，高度可调节，采用不锈钢材料制成。

本发明进一步的技术方案是：所述遮光装置设计为120mm-220mm可调节。

本发明进一步的技术方案是：所述遮光装置带有螺纹一端用于与外部镜头螺纹连接，且两个连接部件的内径相同。

本发明进一步的技术方案是：混合弹种高射频连发初速测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设计天幕靶，使天幕靶处于待工作状态；所述天幕靶分为两组，分别作为启始靶和截至靶；每一组天幕靶均包括透镜、光电转换器和信号调理电路；

步骤2：调节天幕靶光圈，改变光通量摄入，当光通量最小时，进行单发曳光弹射击并采集弹丸信号；当启始靶和截至靶输出的弹丸信号均为最大电压，且两靶对应弹丸信号脉宽相差不超过5％时，表示当前天幕靶能够进行曳光弹试验，则采用当前天幕靶进行混合弹种连发射击测试，然后进入步骤4，否则，进入步骤3；

步骤3：安装、调整遮光装置，判断弹种信号是否正常，包括以下子步骤：

步骤3.1：将遮光装置分别安装在两组天幕靶各自的透镜上，设置遮光装置初始高度H，并设置两组天幕靶光圈档位初始值；

步骤3.2：进行曳光弹单发射击测试，依据启始靶和截至靶输出的弹丸信号，通过调整遮光装置的高度，使得启始靶和截至靶输出的弹丸信号均为最大电压，且两靶对应弹丸信号脉宽相差不超过5％，从而得到遮光装置的确定高度；

步骤3.3：利用带有确定高度遮光装置的启始靶和截至靶，进行混合弹种连发射击测试，判断其中的非曳光弹丸信号是否为有效信号，若是，则进入步骤4，若否，则调整光圈档位，返回步骤3.2；

步骤4：对混合弹种连发射击测试数据进行处理：

(1)计算曳光弹初速量值：

在启始靶和截至靶输出信号中找到曳光弹对应信号，并以信号脉冲上升达到最大电压值对应的点作为特征点；找到第i发曳光弹在两靶输出信号中对应特征点的时间t_1i和t_2i，根据公式v_i＝s/(t_2i-t_1i)计算得到第i发曳光弹的两靶中间速度，s为两天幕靶之间距离；得到多发曳光弹的两靶中间速度后，根据炮口修正公式解算出曳光弹初速量值；

(2)计算常规弹初速量值：

利用天幕靶系统自动根据常规弹的弹丸长度与天幕厚度进行数据解算，得到每发常规弹弹丸的两靶中间速度，并根据炮口修正公式解算出常规弹初速量值。

本发明进一步的技术方案是：所述步骤1中，光电转换器位于暗箱中，暗箱上方开有狭缝，透镜位于狭缝上方，形成角度为α的天幕；两组天幕靶间隔一定距离，当测试弹经过时，分别测得弹丸经过启始靶和截至靶的时刻，最终得到弹丸速度。

本发明进一步的技术方案是：所述步骤3.1中，遮光装置初始高度H取150mm。

本发明进一步的技术方案是：所述步骤3.1中，两组天幕靶光圈档位初始值取天幕靶光圈的中间档位。

本发明进一步的技术方案是：步骤3.2中确定遮光装置高度的具体过程为：

若启始靶和截至靶输出的弹丸信号电压未达到最大电压，但两靶对应弹丸信号脉宽相差不超过5％，则降低遮光装置高度，以提高光通量的摄入；

若两靶对应弹丸信号脉宽相差超过5％，则提高遮光装置高度，以降低光通量摄入；

直至启始靶和截至靶输出的弹丸信号均为最大电压，且两靶对应弹丸信号脉宽相差不超过5％，得到遮光装置的确定高度。

发明效果

本发明的技术效果在于：

(1)本发明通过在常规天幕靶系统增加遮光装置，可进行曳光弹、穿甲弹、射击训练弹等弹丸连发初速测试，实用性高；

(2)本发明中增加的遮光装置安装方便，与天幕靶系统透镜镜头前端螺纹连接即可，且造价成本低，仅需300元；而单独建立曳光弹测速系统需120万元，大大降低建设成本；

(3)本方法可应用于不同口径火炮系统混合弹种连发初速测试。

附图说明

图1是天幕靶工作原理图；

图2是增加遮光装置后光澜示意图；

图3是某混合弹种连发初速测试信号示意图。

图4为规则信号示意图

图5为混乱信号示意图

附图标记说明：1-弹丸；2-光幕；3-透镜；4-狭缝；5-光电转换器；6-信号调理电路；7-遮光装置

具体实施方式

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。

参见图1-图5，本发明一种混合弹丸连发初速测试方法，具体包括以下步骤：

步骤1：设计遮光装置；

天幕靶系统的透镜镜头前端设有螺纹，为保障透镜宽度与遮光装置内径相同，将遮光装置一端设计为螺纹式，整体为圆柱形桶状结构，通过螺接方式将所述遮光装置固定于镜头螺纹端；遮光装置高度设计为120mm-220mm可调节式，便于调整光通量摄入大小；所述遮光装置采用普通不锈钢材。

步骤2：按照常规测试方法布设天幕靶，使天幕靶处于待工作状态；

步骤3：调节天幕靶系统的光电镜头光圈，改变光通量摄入；

在天幕靶系统光电镜头为一焦透镜，可通过调节光圈变化来改变光通量摄入。常规50mm定焦镜头光圈档位分为2、2.8、4、5.6、8、11、16、22档，其中最低档位对应内径最小，所对应的通光量最小。

某曳光弹尾曳长度为0.5m-1.0m，而弹丸长度仅为80mm，对于高射频连发、焰、烟强光干扰工况下，尤其在连发测量后端，弹丸埋没于尾曳中，常规天幕靶系统无法识别弹丸，因此我们通过测量尾曳信号取代弹丸信号来进行测试。

将天幕靶系统镜头光圈调至最低档位22，进行单发曳光弹射击，采集弹丸信号。若启动靶输出信号和截止靶输出信号输出最大电压，且两靶中同一弹丸对应信号的脉宽相差不超过5％，则可判断通过调节光圈即可满足曳光弹试验，即可开展连发初速测试。

若启动靶和截止靶输出不规则信号，信号无法判读；则说明，在最小光圈条件下，镜头光通量也无法使下一级光电探测器、信号调理电路正常工作；此时需增加遮光装置进行测试。

步骤4：安装、调整遮光装置，判断弹种信号是否正常。

参照图2，采用遮光装置后γ角度扇形区域远远小于α区域。

将步骤1中设计的遮光装置螺接于天幕靶系统透镜镜头正上方，初始高度设置为150mm，通过遮光装置抑制曳光光通量摄入。将天幕靶系统镜头光圈档位设置在5.6-8档左右，以保障其它弹丸光通量的摄入。

(1)进行曳光弹单发射击：

若启始靶和截至靶输出的弹丸信号均为最大电压，且两靶中同一弹丸对应信号脉宽相差不超过5％，如图3中宽脉冲信号，则说明所述遮光装置有效阻隔了光通量摄入，得到遮光装置的确定高度，可开展及进行后续连发初速测试。

若启始靶和截至靶输出的弹丸信号电压未达到最大电压，但两靶中同一弹丸对应信号脉宽相差不超过5％，则说明摄入光量值太小，经过光电探测器及信号调理电路处理后还是微弱的信号，说明所述遮光装置高度过高，光通量较小，需将所述遮光装置高度降低，以提高光通量的摄入。

若两靶对应弹丸信号脉宽相差超过5％，信号无法判读，则说明镜头光通量摄入值较大，无法使光电探测器、信号调理电路正常工作，需增加所述遮光装置的高度，以降低光通量摄入。

通过上述判断反复调整后，得到遮光装置的确定高度。

(2)对包含曳光弹在内的每种弹种进行混合弹种连发射击，判断各个弹种信号是否正常；

经过曳光弹单发射击后，曳光弹丸信号正常，仅需判断常规弹丸信号是否正常即可：若启动靶和截止靶输出规则的矩形脉冲，且矩形脉宽值与理论脉宽值相近(差值不超过5％)，则为正常信号，其中理论脉宽＝(弹丸长度+幕厚)/标准速度；若否，则调整光圈档位，重新进行调整。

步骤5：数据处理；

(1)对于曳光弹：

由于曳光弹的尾曳长度较弹丸长度长很多，且为不规则形状，终端处理系统无法自动识别信号进行数据解算，因此必须通过手动方式计算弹丸速度；

参考图3，混合弹种连发初速测试信号示意图。图中未作标注的为曳光弹丸信号，根据启动靶信号、截止靶信号相对应时间，选择对应特征点(特征点定义为脉冲上升达到最大电压值对应的点)：曳光弹启动靶信号选择t₁₁、t₁₂、t₁₃、t₁₄特征点作为基准时间点，截止靶信号选择t₂₁、t₂₂、t₂₃、t₂₄特征点作为基准时间点，以此减小测速误差。特征点时间精度精确到1us；定义v₁为第一发两靶中间速度、v₂为第二发两靶中间速度、v₃为第三发两靶中间速度、v₄为第四发两靶中间速度......以此类推；则第一发两靶中间速度v₁＝s/(t₂₁-t₁₁)；第二发两靶中间速度v₂＝s/(t₂₂-t₁₂)、第三发两靶中间速度v₃＝s/(t₂₃-t₁₃)、第四发两靶中间速度v₄＝s/(t₂₄-t₁₄)........其中s为两天幕靶之间距离，为已知量，精度精确到0.1mm；计算出每发弹丸两靶中间速度，然后根据常规公知的炮口修正公式常规计算公式推算出初速量值。

(2)对于其余类型的常规弹丸，参照图3，图中标注的启动靶信号①-⑨，截止靶信号①-⑦均为常规弹丸信号，常规天幕靶系统能够自动识别常规弹丸并进行标注，终端系统通过弹丸长度与天幕厚度能够自动进行数据解算，计算出每发弹丸两靶中间速度，然后根据常规炮口修正公式推算出初速量值。

Claims (8)

1.一种遮光装置，其特征在于，所述遮光装置为圆筒形，一端设有螺纹，高度可调节，采用不锈钢材料制成。

2.如权利要求1所述的一种遮光装置，其特征在于，所述遮光装置设计为120mm-220mm可调节。

3.如权利要求1所述的一种遮光装置，其特征在于，所述遮光装置带有螺纹一端用于与外部镜头螺纹连接，且两个连接部件的内径相同。

4.采用权利要求1所述遮光装置的混合弹种高射频连发初速测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设计天幕靶，使天幕靶处于待工作状态；所述天幕靶分为两组，分别作为启始靶和截至靶；每一组均包括透镜、光电转换器和信号调理电路；

步骤2：调节天幕靶光圈，改变光通量摄入，当光通量最小时，进行单发曳光弹射击并采集弹丸信号；当启始靶和截至靶输出的弹丸信号均为最大电压，且两靶对应弹丸信号脉宽相差不超过5％时，表示当前天幕靶能够进行曳光弹试验，则采用当前天幕靶进行混合弹种连发射击测试，然后进入步骤4，否则，进入步骤3；

步骤3：安装、调整遮光装置，判断弹种信号是否正常，包括以下子步骤：

步骤3.1：将遮光装置分别安装在两组天幕靶各自的透镜上，设置遮光装置初始高度H，并设置两组天幕靶光圈档位初始值；

步骤3.2：进行曳光弹单发射击测试，依据启始靶和截至靶输出的弹丸信号，通过调整遮光装置的高度，使得启始靶和截至靶输出的弹丸信号均为最大电压，且两靶对应弹丸信号脉宽相差不超过5％，从而得到遮光装置的确定高度；

步骤3.3：利用带有确定高度遮光装置的启始靶和截至靶，进行混合弹种连发射击测试，判断其中的非曳光弹丸信号是否为有效信号，若是，则进入步骤4，若否，则调整光圈档位，返回步骤3.2；

步骤4：对混合弹种连发射击测试数据进行处理：

(1)计算曳光弹初速量值：

在启始靶和截至靶输出信号中找到曳光弹对应信号，并以信号脉冲上升达到最大电压值对应的点作为特征点；找到第i发曳光弹在两靶输出信号中对应特征点的时间t_1i和t_2i，根据公式v_i＝s/(t_2i-t_1i)计算得到第i发曳光弹的两靶中间速度，s为两天幕靶之间距离；得到多发曳光弹的两靶中间速度后，根据炮口修正公式解算出曳光弹初速量值；

(2)计算常规弹初速量值：

利用天幕靶系统自动根据常规弹的弹丸长度与天幕厚度进行数据解算，得到每发常规弹弹丸的两靶中间速度，并根据炮口修正公式解算出常规弹初速量值。

5.如权利要求4所述的混合弹种高射频连发初速测试方法，其特征在于，所述步骤1中，天幕靶分为两组，分别作为启始靶和截至靶；每一组均包括透镜、光电转换器和信号调理电路，其中光电转换器位于暗箱中，暗箱上方开有狭缝，透镜位于狭缝上方，形成角度为α的天幕；两组天幕靶间隔一定距离，当测试弹经过时，分别测得弹丸经过启始靶和截至靶的时刻，最终得到弹丸速度。

6.如权利要求4所述的混合弹种高射频连发初速测试方法，其特征在于，所述步骤3.1中，遮光装置初始高度H取150mm。

7.如权利要求4所述的混合弹种高射频连发初速测试方法，其特征在于，所述步骤3.1中，两组天幕靶光圈档位初始值取天幕靶光圈的中间档位。

8.如权利要求4所述的混合弹种高射频连发初速测试方法，其特征在于，步骤3.2中确定遮光装置高度的具体过程为：

若启始靶和截至靶输出的弹丸信号电压未达到最大电压，但两靶对应弹丸信号脉宽相差不超过5％，则降低遮光装置高度，以提高光通量的摄入；

若两靶对应弹丸信号脉宽相差超过5％，则提高遮光装置高度，以降低光通量摄入；

直至启始靶和截至靶输出的弹丸信号均为最大电压，且两靶对应弹丸信号脉宽相差不超过5％，得到遮光装置的确定高度。

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