CN113532714B - 一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统及实验方法 - Google Patents

Abstract

一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统及实验方法，本发明属于力学实验和数字测量技术领域。两点高频激光测速仪设置在轻气炮和可测冲击力滑杆式夹具之间，可调补偿光源架设在可测冲击力滑杆式夹具附近，高应变率应变片粘贴在靶板的预设关键点处，高应变率应变片与动态应变仪电连接，瞬态冲击力传感器安装在靶仓内，瞬态冲击力传感器通过信号线与高速数据采集器连接，高速数据采集器通过数据线与集成信号处理器连接，激光对焦器安装在靶仓背离轻气炮的一侧，高频激光位移计安装在靶仓背离轻气炮的一侧，彩色烟雾发生器通过输烟管道与靶仓连通，靶仓背离轻气炮的一侧以及左侧或右侧分别安装有高速摄像机。本发明用于多物理量测量。

Description

一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统及实验方法

技术领域

本发明属于力学实验和数字测量技术领域，涉及一种多物理量测量系统及实验方法，尤其涉及一种基于轻气炮加载的轻量级弹头冲击加载过程中的多物理量测量系统及实验方法。

背景技术

在实验室实验和工程实际应用中，经常存在靶弹冲击靶板的冲击加载工况，此类冲击工况本质上是一个复杂的冲击动力学问题。对于冲击动力学问题，理论和实际中都会关注靶弹冲击速度、靶弹剩余速度、瞬态冲击力、靶板关键点应变、靶板最大弹性变形、靶板最大塑性变形、靶板整体位移场、靶板整体应变场、靶弹冲击轨迹等物理量，但是目前缺乏切实可行的技术方案来实现对冲击载荷加载过程中的多物理量的测量。

2017年，何凯等人公布了一种瞬态冲击力冲击过程的动态测量系统及其实现方法(专利申请号：201711157737.4)，可以适用于冲击过程中瞬态冲击力的动态测量。但是此技术方案主要关注冲击力的测量，较为局限，没有同时考虑靶弹冲击速度、靶弹剩余速度、靶板应变、靶板最大弹性变形、靶板最大塑性变形、靶板整体位移场、靶板整体应变场、靶弹冲击轨迹等物理量。因此，提供一种切实可行、实验效率高且测量精确的冲击载荷下多物理量测量的技术方案，对于基于轻气炮加载的轻量级靶弹冲击具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于为了克服上述对于基于轻气炮加载的轻量级靶弹冲击实验测量的不足，本发明提出一种基于轻气炮加载的轻量级弹头冲击加载过程中的多物理量测量系统及实验方法，该系统高效、耐用、准确，且能够实现多物理量同时测量的特点。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，包括两点高频激光测速仪、可调补偿光源、动态应变仪、瞬态冲击力传感器、激光对焦器、高频激光位移计、可测冲击力滑杆式夹具、彩色烟雾发生器及至少两台高速摄像机；所述可测冲击力滑杆式夹具包括入射板、分离法兰、滑槽顶板、至少一个下连接滑块、靶舱承力架、滑槽底板、三个防护板、至少一个带槽滑杆、至少一个传感器顶块、至少两个冲击力传感器、至少一个上连接滑块、靶板夹具一及靶板夹具二；

所述入射板固定在靶舱承力架的一侧，所述滑槽底板与靶舱承力架的底部固定连接，所述滑槽顶板固定在靶舱承力架的上端，靶舱承力架的其余三侧均通过防护板封闭，所述防护板采用透明材质制成，入射板的中部设有中心圆孔，所述分离法兰固定在入射板的中心圆孔处，分离法兰中部设有便于靶弹通过的入射孔；滑槽顶板的滑槽一开设方向与入射孔的轴线方向相同，滑槽顶板的滑槽一的侧壁沿长度方向设有通槽一，滑槽顶板的板面上与所述滑槽一相对应位置设有通槽二；滑槽底板的滑槽二与滑槽顶板的滑槽一相对应；所述带槽滑杆下端穿过滑槽顶板的滑槽一和通槽二设置在由靶舱承力架、滑槽顶板、滑槽底板、入射板及三个防护板围成的靶仓内，带槽滑杆的下端固定有下连接滑块，所述下连接滑块滑动设置在滑槽底板的滑槽二内；所述上连接滑块滑动设置在滑槽顶板的滑槽一内，上连接滑块的中间滑块穿入带槽滑杆的立槽内，上连接滑块上沿水平方向设有上长槽和下长槽，带槽滑杆分别与上连接滑块的上长槽和下长槽可拆卸连接；滑槽顶板的滑槽一内的前端固定有传感器顶块，所述传感器顶块内设置有冲击力传感器；滑槽底板的滑槽二与下连接滑块之间安放冲击力传感器；所述靶板夹具一与带槽滑杆的前侧面可拆卸连接，所述靶板夹具二与靶板夹具一之间设置有靶板，靶板夹具二与靶板夹具一紧固连接将所述靶板夹紧固定住，靶板的预设冲击点与分离法兰的入射孔相对应设置；

轻气炮内装有弹托-靶弹组合体，所述两点高频激光测速仪设置在轻气炮和可测冲击力滑杆式夹具之间，所述轻气炮的轴线与可测冲击力滑杆式夹具的入射孔的轴线重合并与靶板的预设冲击点相交，所述可调补偿光源架设在可测冲击力滑杆式夹具附近，高应变率应变片粘贴在所述靶板的预设关键点处，高应变率应变片与动态应变仪电连接，所述瞬态冲击力传感器安装在可测冲击力滑杆式夹具的靶仓内，瞬态冲击力传感器通过信号线与设置在靶仓外的高速数据采集器连接，所述高速数据采集器通过数据线与集成信号处理器连接，所述激光对焦器安装在可测冲击力滑杆式夹具的靶仓背离轻气炮的一侧，所述高频激光位移计安装在可测冲击力滑杆式夹具的靶仓背离轻气炮的一侧，并对准靶板上预设关键点位置，所述彩色烟雾发生器通过输烟管道与可测冲击力滑杆式夹具的靶仓连通，所述可测冲击力滑杆式夹具的靶仓背离轻气炮的一侧以及左侧或右侧分别安装有高速摄像机。

一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统的实验方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、根据所需冲击速度选定所需型号的轻气炮，根据靶弹外形定制弹托，组成弹托-靶弹组合体，并将其安放于轻气炮中；

步骤二、安装调试好可测冲击力滑杆式夹具，根据所选靶板的形状和边界条件选择所需的靶板夹具一及靶板夹具二并安装；

步骤三、将可测冲击力滑杆式夹具的背离轻气炮的一侧的防护板卸载，先借助水平仪，将入射孔和靶板预设冲击点校准，然后卸载靶板，将入射孔和轻气炮炮管轴线校准，最后重新安装上靶板和可测冲击力滑杆式夹具的背离轻气炮一侧的防护板；

步骤四、将两点高频激光测速仪设置在轻气炮和可测冲击力滑杆式夹具之间，将瞬态冲击力传感器安装在可测冲击力滑杆式夹具的靶仓内，瞬态冲击力传感器通过信号线与设置在靶仓外的高速数据采集器连接，所述高速数据采集器通过数据线与集成信号处理器连接，将高频激光位移计安装在可测冲击力滑杆式夹具的背离轻气炮的一侧，并对准靶板上的预设关键点位置，将高频激光位移计安装在可测冲击力滑杆式夹具的背离轻气炮的一侧，并对准靶板上预设关键点位置，粘贴所需数量的高应变率应变片到靶板的预设关键点位置，并将高应变率应变片与动态应变仪电连接；

步骤五、将可调补偿光源架设在可测冲击力滑杆式夹具附近，彩色烟雾发生器通过输烟管道与可测冲击力滑杆式夹具的靶仓连通；

步骤六、在可测冲击力滑杆式夹具背离轻气炮的一侧安装两台高速摄像机，并对这两台联动的高速摄像机完成标定；在可测冲击力滑杆式夹具的左侧或右侧安装一台高速摄像机；

步骤七、启动实验，即对轻气炮充气，充气达到额定气压后，按下同步触发开关，靶弹飞出，击中靶板。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

(1)试验范围广阔，可适用于各类靶弹从不同角度冲击不同靶板的冲击实验；

(2)在实验过程中靶弹冲击速度、靶弹剩余速度、靶板应变、瞬态冲击力、靶板最大弹性变形、靶板最大塑性变形、靶板整体位移场、靶板整体应变场、靶弹冲击轨迹等物理量可以同时测量；

(3)高速摄像机运用数字散斑技术测量的应变可以与动态应变仪测量的预设关键点应变互相对比验证校准；高速摄像机测量的入射速度可以与两点高频激光测速仪测量的入射速度互相对比验证校准；高速摄像机运用数字散斑技术测量的位移场可以与高频激光位移计测量的关键点的位移互相对比验证校准。极大程度地保证了所测物理量的精准可信。

附图说明

图1是本发明的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统的俯视图；

图2是可测冲击力滑杆式夹具的结构示意图；

图3是上连接滑块的俯视图；

图4是图1的A处局部放大图。

上述附图中涉及的部件名称及标号如下：

轻气炮1、弹托-靶弹组合体2、两点高频激光测速仪3、可调补偿光源4、动态应变仪5、瞬态冲击力传感器6、激光对焦器7、高频激光位移计8、可测冲击力滑杆式夹具9、入射板9-1、分离法兰9-2、入射孔9-2-1、滑槽顶板9-3、滑槽一9-3-1、通槽一9-3-2、下连接滑块9-4、靶舱承力架9-5、滑槽底板9-6、滑槽二9-6-1、防护板9-7、带槽滑杆9-8、立槽9-8-1、凸耳9-8-2、传感器顶块9-9、凹槽9-9-1、冲击力传感器9-10、上连接滑块9-11、上长槽9-11-1、下长槽9-11-2、中间滑块9-11-3、侧滑块9-11-4、靶板9-12、靶板夹具一9-13、靶板夹具二9-14、彩色烟雾发生器10、高速摄像机11。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1、图2及图4所示，本实施方式披露了一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，包括两点高频激光测速仪3、可调补偿光源4、动态应变仪5、瞬态冲击力传感器6、激光对焦器7、高频激光位移计8、可测冲击力滑杆式夹具9、彩色烟雾发生器10及至少两台高速摄像机11；

轻气炮1内装有弹托-靶弹组合体2，所述两点高频激光测速仪3设置在轻气炮1和可测冲击力滑杆式夹具9之间，所述轻气炮1的轴线与可测冲击力滑杆式夹具9的入射孔9-2-1的轴线重合并与靶板9-12的预设冲击点相交，所述可调补偿光源4架设在可测冲击力滑杆式夹具9附近，高应变率应变片粘贴在所述靶板9-12的预设关键点(不仅仅是预设冲击点，还可以是围绕预设冲击点某一个半径的一圈点，或者预估应力集中或者应力较大点)处，高应变率应变片与动态应变仪5电连接，所述瞬态冲击力传感器6安装在可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓内，瞬态冲击力传感器6通过信号线与设置在靶仓外的高速数据采集器连接，所述高速数据采集器通过数据线与集成信号处理器连接，所述激光对焦器7安装在可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓背离轻气炮1的一侧，所述高频激光位移计8安装在可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓背离轻气炮1的一侧，并对准靶板9-12上预设关键点位置，所述彩色烟雾发生器10通过输烟管道与可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓连通，所述可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓背离轻气炮1的一侧以及左侧或右侧分别安装有高速摄像机11(优选的是，可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓背离轻气炮1的一侧安装有两台高速摄像机11，可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓的左侧或右侧安装有一台高速摄像机11)。

具体实施方式二：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述可调补偿光源4的数量为四个，四个可调补偿光源4架设在可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓四角处。

具体实施方式三：如图1-图4所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述可测冲击力滑杆式夹具9包括入射板9-1、分离法兰9-2、滑槽顶板9-3、至少一个下连接滑块9-4、靶舱承力架9-5、滑槽底板9-6、三个防护板9-7、至少一个带槽滑杆9-8、至少一个传感器顶块9-9、至少两个冲击力传感器9-10、至少一个上连接滑块9-11、靶板夹具一9-13及靶板夹具二9-14；

所述入射板9-1(通过多个螺栓)固定在靶舱承力架9-5的一侧(入射板9-1可防止高剩余速度的靶弹反弹损坏设备和伤害实验人员)，所述滑槽底板9-6(通过多个螺栓)与靶舱承力架9-5的底部固定连接，所述滑槽顶板9-3(通过多个螺栓)固定在靶舱承力架9-5的上端，靶舱承力架9-5的其余三侧均通过防护板9-7封闭，所述防护板9-7采用透明材质制成，入射板9-1的中部设有中心圆孔，所述分离法兰9-2固定在入射板9-1的中心圆孔处，分离法兰9-2中部设有便于靶弹通过的入射孔9-2-1(可以保证靶弹从分离法兰9-2的正中间入射，冲击靶板9-12，消除冲击过程中力矩的影响)；

滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1开设方向与入射孔9-2-1的轴线方向相同，滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1的侧壁沿长度方向设有通槽一9-3-2，滑槽顶板9-3的板面上与所述滑槽一9-3-1相对应位置设有通槽二；滑槽底板9-6的滑槽二9-6-1与滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1相对应；

所述带槽滑杆9-8下端穿过滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1和通槽二设置在由靶舱承力架9-5、滑槽顶板9-3、滑槽底板9-6、入射板9-1及三个防护板9-7围成的靶仓内，带槽滑杆9-8的下端固定有下连接滑块9-4，所述下连接滑块9-4滑动设置在滑槽底板9-6的滑槽二9-6-1内；

所述上连接滑块9-11滑动设置在滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1内，上连接滑块9-11的中间滑块9-11-3穿入带槽滑杆9-8的立槽9-8-1内，上连接滑块9-11上沿水平方向设有上长槽9-11-1和下长槽9-11-2，带槽滑杆9-8分别(通过螺栓)与上连接滑块9-11的上长槽9-11-1和下长槽9-11-2可拆卸连接；

滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1内的前端(通过螺栓)固定有传感器顶块9-9，所述传感器顶块9-9内设置有冲击力传感器9-10；

滑槽底板9-6的滑槽二9-6-1与下连接滑块9-4之间安放冲击力传感器9-10；

所述靶板夹具一9-13与带槽滑杆9-8的前侧面(通过螺栓)可拆卸连接，所述靶板夹具二9-14与靶板夹具一9-13之间设置有靶板9-12，靶板夹具二9-14与靶板夹具一9-13(通过螺栓)紧固连接将所述靶板9-12夹紧固定住，靶板9-12的预设冲击点与分离法兰9-2的入射孔9-2-1相对应设置(靶板9-12安装时，需要保证预设冲击点对准分离法兰9-2的入射孔9-2-1，这样可以有效消除冲击误差带来的力矩的产生)。

滑槽顶板9-3的作用主要有两个：限位和定位。限位作用是将穿过滑槽顶板9-3的带槽滑杆9-8的自由度由六个限制到三个，也就是只剩下两个平动自由度和一个转动自由度。同时也保证上连接滑块9-11只能沿着滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1滑动，如此一来配合上连接滑块9-11的上长槽9-11-1和下长槽9-11-2就可以固定带槽滑杆9-8，进一步限制带槽滑杆9-8的自由度，使其只能沿着滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1平动。另一个作用是定位，通过螺栓将传感器顶块9-9紧固到滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1内，将冲击力传感器9-10置于传感器顶块9-9中，冲击力传感器9-10接触到上连接滑块9-11，将带槽滑杆9-8最后一个自由度也限定了，使得靶弹冲击靶板9-12时的冲击力经由冲击力传感器9-10所产生的反作用力通过冲击力传感器9-10测量的力表征出来。

通过调节上连接滑块9-11和下连接滑块9-4的相对位置调整冲击角度。

下连接滑块9-4由长方体和与长方体制为一体的半圆柱体组合而成，所述半圆柱体上开有螺栓连接孔(下连接滑块9-4的作用是将带槽滑杆9-8的下端连接到滑槽底板9-6上，使带槽滑杆9-8处于过约束状态，与顶端上连接滑块9-11的作用类似，进一步使带槽滑杆9-8在冲击力作用下沿着滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1和滑槽底板9-6的滑槽二9-6-1自由滑动，同时消除冲击力所引起的力矩的产生。

具体实施方式四：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述靶舱承力架9-5为长方体框架，所述长方体框架的每根梁均由方钢制成；长方体框架的长高比(决定着测量的冲击角度的范围)为

(此时冲击角度可调范围在30～90°之间)。

具体实施方式五：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述分离法兰9-2外形为一个两段阶梯轴(分离法兰9-2的作用是保证靶弹的顺利入射，阻止弹托进入靶舱。靶弹的最大外径需要小于分离法兰9-2的入射孔9-2-1的孔径，弹托的外侧直径大于分离法兰9-2的入射孔9-2-1的直径)，分离法兰9-2的小直径端固定设置在入射板9-1的中心圆孔内。

具体实施方式六：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式五作出的进一步说明，所述滑槽顶板9-3由一块长方形顶板与两对‘L’型角钢组合构成，每对所述角钢的一侧板面水平朝上且相对设置形成一组所述滑槽一9-3-1，两组滑槽一9-3-1对称分布固定在所述长方形顶板上，所述长方形顶板(通过多个螺栓)固定在靶舱承力架9-5的上端；

所述滑槽底板9-6包括一块长方形底板，所述长方形底板(通过多个螺栓)与靶舱承力架9-5的底部固定连接，长方形底板上面设有两个滑槽二9-6-1，所述两个滑槽二9-6-1与两组滑槽一9-3-1一一对应设置(两个滑槽二9-6-1起到引导下连接滑块9-4滑动方向的作用。同时，滑槽底板9-6具有一定厚度，通过螺栓紧固到底部基础上后，将靶舱承力架9-5配合安放到滑槽底板9-6上，也起到了固定靶舱承力架9-5的作用)。

具体实施方式七：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式六作出的进一步说明，所述下连接滑块9-4、带槽滑杆9-8、上连接滑块9-11及传感器顶块9-9的数量均为两个，所述冲击力传感器9-10的数量为四个；每个所述带槽滑杆9-8下端均穿过相对应的滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1和通槽二设置在靶仓内，每个带槽滑杆9-8的下端均固定有下连接滑块9-4，两个所述下连接滑块9-4滑动设置在滑槽底板9-6的两个滑槽二9-6-1内；

两个所述上连接滑块9-11滑动设置在滑槽顶板9-3的两组滑槽一9-3-1内，上连接滑块9-11的中间滑块9-11-3穿入相对应的带槽滑杆9-8的立槽9-8-1内，每个带槽滑杆9-8分别(通过螺栓)与相对应的上连接滑块9-11的上长槽9-11-1及下长槽9-11-2可拆卸连接。

具体实施方式八：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式三或七作出的进一步说明，所述带槽滑杆9-8的下端固定有一对凸耳9-8-2，所述下连接滑块9-4设置在所述一对凸耳9-8-2之间并与一对凸耳9-8-2(通过螺栓)固定连接。

具体实施方式九：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述带槽滑杆9-8的截面为方形，带槽滑杆9-8的每两个相对侧面上均设有通透的立槽9-8-1。

具体实施方式十：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述传感器顶块9-9为方块状，传感器顶块9-9上面一侧开设有凹槽9-9-1，与所述凹槽9-9-1相对应的一侧面开设有螺栓孔，设置在滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1内的冲击力传感器9-10安放在凹槽9-9-1内，传感器顶块9-9通过穿入螺栓孔内的螺栓与滑槽顶板9-3固定连接。

具体实施方式十一：如图2、图3所示，本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述上连接滑块9-11外形呈‘山’字形(几何对称)，上连接滑块9-11的中间滑块9-11-3沿水平方向设有上长槽9-11-1，上连接滑块9-11的两个侧滑块9-11-4沿水平方向设有下长槽9-11-2，带槽滑杆9-8与上连接滑块9-11通过穿入上长槽9-11-1及立槽9-8-1内的螺栓以及穿入滑槽一9-3-1、下长槽9-11-2及立槽9-8-1内的螺栓固定连接(经过上连接滑块9-11和下连接滑块9-4与带槽滑杆9-8的紧固连接，三者可以视作一个整体，此整体仅具有一个能够沿着滑槽顶板9-3的滑槽一9-3-1以及滑槽底板9-6的滑槽二9-6-1滑动的平动自由度)。

具体实施方式十二：如图1、图2所示，本实施方式是一种具体实施方式一至十一任一具体实施方式所述的基于轻气炮加载的多物理量测量系统的实验方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、根据所需冲击速度选定所需型号的轻气炮1，根据靶弹外形定制弹托，组成弹托-靶弹组合体2，并将其安放于轻气炮1中；

步骤二、安装调试好可测冲击力滑杆式夹具9，根据所选靶板9-12的形状和边界条件选择所需的靶板夹具一9-13及靶板夹具二9-14并安装；

步骤三、将可测冲击力滑杆式夹具9的背离轻气炮1的一侧的防护板9-7卸载，先借助水平仪，将入射孔9-2-1和靶板9-12预设冲击点校准，然后卸载靶板9-12，将入射孔9-2-1和轻气炮1炮管轴线校准，最后重新安装上靶板9-12和可测冲击力滑杆式夹具9的背离轻气炮1一侧的防护板9-7；

步骤四、将两点高频激光测速仪3设置在轻气炮1和可测冲击力滑杆式夹具9之间，将瞬态冲击力传感器6安装在可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓内，瞬态冲击力传感器6通过信号线与设置在靶仓外的高速数据采集器连接，所述高速数据采集器通过数据线与集成信号处理器连接，将高频激光位移计8安装在可测冲击力滑杆式夹具9的背离轻气炮1的一侧，并对准靶板9-12上的预设关键点位置，将高频激光位移计8安装在可测冲击力滑杆式夹具9的背离轻气炮1的一侧，并对准靶板9-12上预设关键点位置，粘贴所需数量的高应变率应变片到靶板9-12的预设关键点位置，并将高应变率应变片与动态应变仪5电连接(即通过导线连接)；

步骤五、将可调补偿光源4架设在可测冲击力滑杆式夹具9附近，彩色烟雾发生器10通过输烟管道与可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓连通；

步骤六、在可测冲击力滑杆式夹具9背离轻气炮1的一侧安装两台高速摄像机11，并对这两台联动的高速摄像机11完成标定；在可测冲击力滑杆式夹具9的左侧或右侧安装一台高速摄像机11；

步骤七、启动实验，即对轻气炮充气，充气达到额定气压后，按下同步触发开关，靶弹飞出，击中靶板9-12。

本发明中的轻气炮1，可以是各种型号的轻气炮，主要作用是对弹托-靶弹组合体2做功，使其具有所需的初速度。轻气炮1的轴线方向需要与可测冲击力滑杆式夹具9的入射孔9-2-1的轴线共线，并与靶板9-12的预设冲击点相交。

弹托-靶弹组合体2，弹托托载靶弹，弹托外廓是圆柱面，适配于轻气炮1的炮管内廓；弹托内廓形状取决于靶弹外廓，弹托作用是运载各型靶弹。

两点高频激光测速仪3，所测预设冲击速度越高，调设的两点高频激光测速仪3的采集频率也相应越高。两点高频激光测速仪3设置在轻气炮1与可测冲击力滑杆式夹具9之间，可测进入靶舱前弹托-靶弹组合体2的入射速度。

可调补偿光源4，最好架设在可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓的四角，可以根据实际情况启用所需数量的可调补偿光源4和调节到所需光强光照。可调补偿光源4主要作用是为高速摄像机11提高合适光照，并在启用彩色烟雾发生器10时在可测冲击力滑杆式夹具9封闭的靶仓内形成丁达尔效应，以满足高速摄像机11对靶弹入射轨迹的捕捉。

动态应变仪5，需要结合高应变率应变片共同使用。将高应变率应变片粘贴在靶板9-12预设关键点，测量冲击过程中靶板9-12的预设关键点的应变发生情况。所测应变主要用于对高速摄像机11所使用的数字散斑技术测量出来的靶板9-12的冲击过程应变场对比、验证和补偿。

瞬态冲击力传感器6，需要结合高速数据采集器和集成信号处理器使用。将瞬态冲击力传感器6安装到可测冲击力滑杆式夹具的靶仓内，可以测量出冲击过程中靶弹撞击靶板9-12时的冲击力。

激光对焦器7，安装于可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓背离轻气炮1的一侧，主要作用是保证靶板9-12的预设冲击点、入射孔9-2-1的轴线以及轻气炮1炮管的轴线三者空间共线。激光对焦器7发出激光，激光被所测物体(所测物体指的是靶板9-12的预设冲击点、入射孔9-2-1和轻气炮1的炮管。比如，先把激光对焦器7和入射孔9-2-1安装好，固定不动，然后将炮管对准激光，最后把靶板9-12安装好)90°反射后被激光对焦器7接收，信号触发，蜂鸣器响。

高频激光位移计8，安放于可测冲击力滑杆式夹具7的靶仓背离轻气炮1的一侧，对准靶板9-12上的预设关键点位置。主要作用是测量冲击试验过程中靶板9-12的冲击振幅曲线、靶板9-12的最大弹性变形、靶板9-12的最大塑性变形。

可测冲击力滑杆式夹具9，作为靶板9-12的承载平台，起到了固定不同形状不同工况靶板9-12的作用，同时保证靶板9-12仅剩一个平动自由度，冲击过程中的一切冲击力仅由瞬态冲击力传感器6承担。此外还保证弹托和靶弹的分离并对冲击后具有较高剩余速度的反弹体(反弹体指的是冲击后具有剩余速度的靶弹残片)可能造成的伤害做出防护。

彩色烟雾发生器10，通过输烟管道与可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓相连通。主要作用是为靶舱提供彩雾环境，便于观察靶弹的入射飞行轨迹。

三台高速摄像机11，其中一台安置在可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓侧面，用于观察靶弹入射轨迹并测量靶弹冲击速度、靶弹剩余速度；两台安置在可测冲击力滑杆式夹具9的靶仓背离轻气炮1的一侧，用于观测靶板9-12在冲击过程中的靶板9-12的整体位移场、靶板9-12的整体应变场。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：包括两点高频激光测速仪(3)、可调补偿光源(4)、动态应变仪(5)、瞬态冲击力传感器(6)、激光对焦器(7)、高频激光位移计(8)、可测冲击力滑杆式夹具(9)、彩色烟雾发生器(10)及至少两台高速摄像机(11)；所述可测冲击力滑杆式夹具(9)包括入射板(9-1)、分离法兰(9-2)、滑槽顶板(9-3)、至少一个下连接滑块(9-4)、靶舱承力架(9-5)、滑槽底板(9-6)、三个防护板(9-7)、至少一个带槽滑杆(9-8)、至少一个传感器顶块(9-9)、至少两个冲击力传感器(9-10)、至少一个上连接滑块(9-11)、靶板夹具一(9-13)及靶板夹具二(9-14)；

所述入射板(9-1)固定在靶舱承力架(9-5)的一侧，所述滑槽底板(9-6)与靶舱承力架(9-5)的底部固定连接，所述滑槽顶板(9-3)固定在靶舱承力架(9-5)的上端，靶舱承力架(9-5)的其余三侧均通过防护板(9-7)封闭，所述防护板(9-7)采用透明材质制成，入射板(9-1)的中部设有中心圆孔，所述分离法兰(9-2)固定在入射板(9-1)的中心圆孔处，分离法兰(9-2)中部设有便于靶弹通过的入射孔(9-2-1)；滑槽顶板(9-3)的滑槽一(9-3-1)开设方向与入射孔(9-2-1)的轴线方向相同，滑槽顶板(9-3)的滑槽一(9-3-1)的侧壁沿长度方向设有通槽一(9-3-2)，滑槽顶板(9-3)的板面上与所述滑槽一(9-3-1)相对应位置设有通槽二；滑槽底板(9-6)的滑槽二(9-6-1)与滑槽顶板(9-3)的滑槽一(9-3-1)相对应；所述带槽滑杆(9-8)下端穿过滑槽顶板(9-3)的滑槽一(9-3-1)和通槽二设置在由靶舱承力架(9-5)、滑槽顶板(9-3)、滑槽底板(9-6)、入射板(9-1)及三个防护板(9-7)围成的靶仓内，带槽滑杆(9-8)的下端固定有下连接滑块(9-4)，所述下连接滑块(9-4)滑动设置在滑槽底板(9-6)的滑槽二(9-6-1)内；所述上连接滑块(9-11)滑动设置在滑槽顶板(9-3)的滑槽一(9-3-1)内，上连接滑块(9-11)的中间滑块(9-11-3)穿入带槽滑杆(9-8)的立槽(9-8-1)内，上连接滑块(9-11)上沿水平方向设有上长槽(9-11-1)和下长槽(9-11-2)，带槽滑杆(9-8)分别与上连接滑块(9-11)的上长槽(9-11-1)和下长槽(9-11-2)可拆卸连接；滑槽顶板(9-3)的滑槽一(9-3-1)内的前端固定有传感器顶块(9-9)，所述传感器顶块(9-9)内设置有冲击力传感器(9-10)；滑槽底板(9-6)的滑槽二(9-6-1)与下连接滑块(9-4)之间安放冲击力传感器(9-10)；所述靶板夹具一(9-13)与带槽滑杆(9-8)的前侧面可拆卸连接，所述靶板夹具二(9-14)与靶板夹具一(9-13)之间设置有靶板(9-12)，靶板夹具二(9-14)与靶板夹具一(9-13)紧固连接将所述靶板(9-12)夹紧固定住，靶板(9-12)的预设冲击点与分离法兰(9-2)的入射孔(9-2-1)相对应设置；

轻气炮(1)内装有弹托-靶弹组合体(2)，所述两点高频激光测速仪(3)设置在轻气炮(1)和可测冲击力滑杆式夹具(9)之间，所述轻气炮(1)的轴线与可测冲击力滑杆式夹具(9)的入射孔(9-2-1)的轴线重合并与靶板(9-12)的预设冲击点相交，所述可调补偿光源(4)架设在可测冲击力滑杆式夹具(9)附近，高应变率应变片粘贴在所述靶板(9-12)的预设关键点处，高应变率应变片与动态应变仪(5)电连接，所述瞬态冲击力传感器(6)安装在可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓内，瞬态冲击力传感器(6)通过信号线与设置在靶仓外的高速数据采集器连接，所述高速数据采集器通过数据线与集成信号处理器连接，所述激光对焦器(7)安装在可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓背离轻气炮(1)的一侧，所述高频激光位移计(8)安装在可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓背离轻气炮(1)的一侧，并对准靶板(9-12)上预设关键点位置，所述彩色烟雾发生器(10)通过输烟管道与可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓连通，所述可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓背离轻气炮(1)的一侧以及左侧或右侧分别安装有高速摄像机(11)。

2.根据权利要求1所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述可调补偿光源(4)的数量为四个，四个可调补偿光源(4)架设在可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓四角处。

3.根据权利要求1所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述靶舱承力架(9-5)为长方体框架，所述长方体框架的每根梁均由方钢制成；长方体框架的长高比为

4.根据权利要求1所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述分离法兰(9-2)外形为一个两段阶梯轴，分离法兰(9-2)的小直径端固定设置在入射板(9-1)的中心圆孔内。

5.根据权利要求4所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述滑槽顶板(9-3)由一块长方形顶板与两对‘L’型角钢组合构成，每对所述角钢的一侧板面水平朝上且相对设置形成一组所述滑槽一(9-3-1)，两组滑槽一(9-3-1)对称分布固定在所述长方形顶板上，所述长方形顶板固定在靶舱承力架(9-5)的上端；

所述滑槽底板(9-6)包括一块长方形底板，所述长方形底板与靶舱承力架(9-5)的底部固定连接，长方形底板上面设有两个滑槽二(9-6-1)，所述两个滑槽二(9-6-1)与两组滑槽一(9-3-1)一一对应设置。

6.根据权利要求5所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述下连接滑块(9-4)、带槽滑杆(9-8)、上连接滑块(9-11)及传感器顶块(9-9)的数量均为两个，所述冲击力传感器(9-10)的数量为四个；每个所述带槽滑杆(9-8)下端均穿过相对应的滑槽顶板(9-3)的滑槽一(9-3-1)和通槽二设置在靶仓内，每个带槽滑杆(9-8)的下端均固定有下连接滑块(9-4)，两个所述下连接滑块(9-4)滑动设置在滑槽底板(9-6)的两个滑槽二(9-6-1)内；

两个所述上连接滑块(9-11)滑动设置在滑槽顶板(9-3)的两组滑槽一(9-3-1)内，上连接滑块(9-11)的中间滑块(9-11-3)穿入相对应的带槽滑杆(9-8)的立槽(9-8-1)内，每个带槽滑杆(9-8)分别与相对应的上连接滑块(9-11)的上长槽(9-11-1)及下长槽(9-11-2)可拆卸连接。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述带槽滑杆(9-8)的下端固定有一对凸耳(9-8-2)，所述下连接滑块(9-4)设置在所述一对凸耳(9-8-2)之间并与一对凸耳(9-8-2)固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述带槽滑杆(9-8)的截面为方形，带槽滑杆(9-8)的每两个相对侧面上均设有通透的立槽(9-8-1)。

9.根据权利要求1所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述传感器顶块(9-9)为方块状，传感器顶块(9-9)上面一侧开设有凹槽(9-9-1)，与所述凹槽(9-9-1)相对应的一侧面开设有螺栓孔，设置在滑槽顶板(9-3)的滑槽一(9-3-1)内的冲击力传感器(9-10)安放在凹槽(9-9-1)内，传感器顶块(9-9)通过穿入螺栓孔内的螺栓与滑槽顶板(9-3)固定连接。

10.根据权利要求1所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述上连接滑块(9-11)外形呈‘山’字形，上连接滑块(9-11)的中间滑块(9-11-3)沿水平方向设有上长槽(9-11-1)，上连接滑块(9-11)的两个侧滑块(9-11-4)沿水平方向设有下长槽(9-11-2)，带槽滑杆(9-8)与上连接滑块(9-11)通过穿入上长槽(9-11-1)及立槽(9-8-1)内的螺栓以及穿入滑槽一(9-3-1)、下长槽(9-11-2)及立槽(9-8-1)内的螺栓固定连接。

11.一种权利要求1至10任一权利要求所述的基于轻气炮加载的多物理量测量系统的实验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一、根据所需冲击速度选定所需型号的轻气炮(1)，根据靶弹外形定制弹托，组成弹托-靶弹组合体(2)，并将其安放于轻气炮(1)中；

步骤二、安装调试好可测冲击力滑杆式夹具(9)，根据所选靶板(9-12)的形状和边界条件选择所需的靶板夹具一(9-13)及靶板夹具二(9-14)并安装；

步骤三、将可测冲击力滑杆式夹具(9)的背离轻气炮(1)的一侧的防护板(9-7)卸载，先借助水平仪，将入射孔(9-2-1)和靶板(9-12)预设冲击点校准，然后卸载靶板(9-12)，将入射孔(9-2-1)和轻气炮(1)炮管轴线校准，最后重新安装上靶板(9-12)和可测冲击力滑杆式夹具(9)的背离轻气炮(1)一侧的防护板(9-7)；

步骤四、将两点高频激光测速仪(3)设置在轻气炮(1)和可测冲击力滑杆式夹具(9)之间，将瞬态冲击力传感器(6)安装在可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓内，瞬态冲击力传感器(6)通过信号线与设置在靶仓外的高速数据采集器连接，所述高速数据采集器通过数据线与集成信号处理器连接，将高频激光位移计(8)安装在可测冲击力滑杆式夹具(9)的背离轻气炮(1)的一侧，并对准靶板(9-12)上的预设关键点位置，将高频激光位移计(8)安装在可测冲击力滑杆式夹具(9)的背离轻气炮(1)的一侧，并对准靶板(9-12)上预设关键点位置，粘贴所需数量的高应变率应变片到靶板(9-12)的预设关键点位置，并将高应变率应变片与动态应变仪(5)电连接；

步骤五、将可调补偿光源(4)架设在可测冲击力滑杆式夹具(9)附近，彩色烟雾发生器(10)通过输烟管道与可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓连通；

步骤六、在可测冲击力滑杆式夹具(9)背离轻气炮(1)的一侧安装两台高速摄像机(11)，并对这两台联动的高速摄像机(11)完成标定；在可测冲击力滑杆式夹具(9)的左侧或右侧安装一台高速摄像机(11)；

步骤七、启动实验，即对轻气炮充气，充气达到额定气压后，按下同步触发开关，靶弹飞出，击中靶板(9-12)。

Images