CN114719674A - 一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法，属于强冲击试验测试技术领域。本发明包括空气炮、弹仓装置、实验弹丸、炮管主体、装置支架、弹靶碰撞室、高低温实验舱、缓冲装置、高速高冲击激光干涉测试系统、光电触发检测器、智能信息处理系统。本发明能够在常温、高温和低温极端环境条件下进行空气炮强冲击在位试验与测试，并解决如下问题：解决实验弹丸发射时弹仓盖易被高压气体冲击变形甚至冲开发生危险的问题；改善实验弹丸结构，简化实验弹丸发射装置；通过泄压结构避免砧体受实验弹丸运动时产生的压缩气体的冲击；约束砧体的转动和偏摆，固定砧体姿态，解决高速高冲击激光干涉测试系统信号测不到、测不准的问题；并通过缓冲装置，将强冲击能量迅速卸载下来，极大保护砧体及被测试件。

Description

一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法
技术领域
本发明属于强冲击试验测试技术领域，尤其涉及一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法。
背景技术
极端环境强冲击试验技术是高量程、抗高过载加速度计等传感器研发应用的前提和基础，尤其应用于国防领域中，为侵彻武器和智能弹药等的精确控制奠定了重要技术基础。极端环境强冲击试验研究的是极端环境下的强冲击信号，信号具有冲击加速度峰值高、脉宽大、能量大的特点，因此在试验的过程中需要提供高能量激励，以产生高加速度峰值(大于1万g)、长持续时间(几十微秒至几百微秒)的半正弦波形。
传统的Hopkinson杆试验的脉冲幅值虽然足够大，能达到1万g以上，但是脉冲持续时间短，只有几十个微秒，而用空气炮模拟试验的方法，脉冲持续时间能够达到几百个微秒。另外，受装置本身发射动能的限制，传统的Hopkinson杆试验装置主要用于小质量和体积器件的冲击试验，而空气炮试验装置可以用于较大质量和体积试件的冲击试验。现有的空气炮冲击试验装置虽然能量较大，但是冲击加速度峰值和脉宽难以同时达到所需的高量值，尤其是可变大脉宽的情况。
同时，特殊情况下，加速度计等传感器需要在高温或低温等极端环境中使用，因此在极端温度条件下进行强冲击试验和测试是非常有必要的。而现有的空气炮冲击试验装置只局限于常温环境下对加速度计的冲击灵敏度、线性度等指标进行测试，对其它关注的指标，如温度特性等，还没有相应的专用强冲击在位试验设置。另外，实验弹丸发射的安全性、传感器受撞击的稳定性、回收装置的缓冲性能等指标都有待提高。要解决这些问题，需要从测试原理到试验装置和方法等各方面进行创新设计。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法，以实现在常温、高温和低温环境条件下进行强冲击在位试验与测试，并解决传统冲击试验装置的几个问题，包括：解决实验弹丸发射时弹仓盖易被高压气体冲击变形甚至冲开发生危险的问题；改善实验弹丸结构，简化实验弹丸发射装置；通过泄压结构避免砧体受实验弹丸运动时产生的压缩气体的冲击；约束砧体的转动和偏摆，固定砧体姿态，解决激光干涉仪信号测不到、测不准的问题；并通过缓冲装置，将强冲击能量迅速卸载下来，极大保护砧体及被测试件。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
本发明公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置，包括空气炮、弹仓装置、实验弹丸、炮管主体、装置支架、弹靶碰撞室、高低温实验舱、缓冲装置、高速高冲击激光干涉测试系统、光电触发检测器、智能信息处理系统。
所述空气炮在整个极端环境强冲击试验与测试装置的端部，主要包括压力容器、快开阀、控制模块，利用快开阀和控制模块控制压缩气体快速释放以驱动实验弹丸高速运动。
所述弹仓装置位于炮管首部，炮管首部通过法兰盘与空气炮的压力容器连接。所述弹仓装置包括弹仓、弹仓盖、弹仓盖套筒。炮管的首部作为弹仓，在其正上方开一个用于放入实验弹丸的方形孔，方形孔上方放置一个拱形的弹仓盖，使其完全覆盖方形孔。特别地，在弹仓盖外面套一段覆盖弹仓盖的可滑动弹仓盖套筒。所述弹仓盖套筒为圆柱状套筒，与炮管首部圆柱同心，弹仓盖套筒的内径略微大于炮管首部的外径，使弹仓盖套筒能够在炮管首部任意滑动。当安装完毕实验弹丸，盖上弹仓盖后，滑动弹仓盖套筒，使其覆盖弹仓盖，防止压力容器释放高压气体驱动实验弹丸时将弹仓盖顶起而造成危险，弹仓盖套筒通过采用滑盖的形式，充分保证实验弹丸发射的安全性，进而克服传统弹仓装置的弹仓盖不容易固定，易被压力容器释放的高压气体顶起造成人身危险的缺点。
所述实验弹丸为二级阶梯型圆柱状结构，根据圆柱直径大小分为后端和前端两部分，后端圆柱的外径为前端圆柱外径的两倍。后端圆柱底部有一圆柱形凹槽，凹槽深度根据需要设置，以便于空气炮的高压气体推动实验弹丸和减轻实验弹丸重量。后端圆柱的前后两端柱面上各有一圈凹槽，凹槽中箍有橡胶圈。所述橡胶圈主要有两个作用：一是能够填充实验弹丸与炮管之间的缝隙，使起冲击作用的空气炮高压气体不易从实验弹丸与炮管的缝隙中泄漏，充分利用空气炮的动能，使实验弹丸更快地加速；二是充分减小实验弹丸与炮管的摩擦力，防止实验弹丸外壁划伤炮管内壁。现有情况下空气炮的实验弹丸发射采用的方式是将实验弹丸安装在实验弹丸安装座上，然后通过高压气体加速实验弹丸安装座，再通过分离结构让实验弹丸安装座和实验弹丸分离，从而加速实验弹丸。本发明通过在实验弹丸上增加环形凹槽及橡胶圈，无需使用实验弹丸安装座即能够快速加速实验弹丸，简化实验弹丸发射结构。
所述炮管主体一端通过箍紧套与炮管首部连接，另一端通过箍紧套与高低温实验舱内的弹靶碰撞室连接。炮管主体内壁光滑，且涂抹润滑油，显著减小实验弹丸与炮管内壁的摩擦力，炮管主体内径与炮管首部相同。炮管主体在连接弹靶碰撞室的一端开有多个对称的排气孔。实验弹丸在炮管内高速运动时会压缩炮管内实验弹丸前面的空气，产生高压气体，此高压气体会对弹靶碰撞室内的砧体造成不必要的扰动，影响试验结果，因此通过在炮管上开多个对称的排气孔泄压，减小或避免高压气体对高低温实验舱内的砧体造成不必要的扰动，提升试验精度。
所述装置支架包括上层支撑板、支撑钢、下层支撑板。上层支撑板的长度和整个极端环境强冲击试验与测试装置一样长，上面连接炮管托，下面连接支撑钢，支撑钢下面连接下层支撑板，下层支撑板的长度与上层支撑板长度一致。装置支架将整套强冲击试验与试测装置稳定地安装在离地面预定高度的地方，保证装置的稳定性和操作的方便性。
所述弹靶碰撞室包括止挡盘、冲击端外套、砧体、衍射光栅、缓冲管、高低温实验舱。
所述止挡盘为圆盘状，中心有圆柱形通孔，通孔内径大于实验弹丸细端直径，实验弹丸的后端粗圆柱部分无法通过，止挡盘与实验弹丸台阶型端面产生碰撞。止挡盘与实验弹丸台阶型端面碰撞的一侧面安装贴有羊毛毡、或者硅橡胶等柔性缓冲材料，以卸掉实验弹丸动能和保护止挡盘。止挡盘内径略大于砧体外径以便于砧体安装，止挡盘内壁加工有与止挡盘轴线方向相同的两个长方形导向键，键长与止挡盘厚度相同，两个导向键在周向上呈90度角分布。与砧体外壁面上的两个导向键槽配合，从而约束砧体在周向及径向的转动和偏摆，固定砧体的姿态，解决激光干涉仪信号测不到、测不准的问题。
所述冲击端外套为圆柱体壳体，通过螺纹连接方式后端与炮管主体连接，止挡盘安装于冲击端外套内部，用于定位和固定止挡盘，冲击端外套前端为自由端，端面周向对称地加工有从冲击端外套中部轴线方向贯穿冲击端外套的方形孔，使高速高冲击激光干涉测试系统的入射光线和反射回波光线能够穿过冲击端外套，砧体侧面安装的光栅为高速高冲击激光干涉测试系统的合作光栅，长方形孔的存在，避免入射和反射光线的遮挡。
所述砧体整体轮廓外形为圆柱体，从中间分为头部和尾部两部分，头部为碰撞端，碰撞端底部有圆柱形凹槽，填充羊毛毡、硅橡胶等柔性缓冲物质。砧体头部的外壁面加工有与砧体轴线方向相同的两个长方形导向键槽，两个键槽在周向上呈90度角分布，与止挡盘的两个导向键配合，保证砧体沿轴线方向运动，无转动，固定砧体的姿态。砧体尾部为加速度传感器安装端，尾部在竖直方向加工有一贯穿尾部圆柱的方形通孔，在方形通孔形成的台面上加工有多种大小和位置不同的螺纹孔，用于安装方形、圆形、三角形等不同结构类型的加速度计及被测试验件。砧体尾部的左右外壁面在对称方向加工有两段光滑长方形光栅承载平面，用来刻划一体化光栅或者粘贴光栅。
所述衍射光栅安装在砧体尾部对称侧面的光栅承载平面上，两束同频率的激光照射汇聚到光栅上，沿光栅的短轴方向产生平行的衍射条纹。
所述缓冲管为一圆柱形壳体，缓冲管面向冲击端外套的一端开放，开有圆柱形凹槽，用来安装多层羊毛毡缓冲吸能模块，缓冲管与冲击端外套对接，将砧体闭合在缓冲管内，缓冲管受撞击后，沿炮管轴线方向运动。
所述高低温实验舱，为一方体封闭结构，包括箱体、加热装置、制冷装置、上盖、光学玻璃窗口。其中，箱体在垂直炮管轴线方向的两个侧面中心各开有一个光学玻璃窗口。窗口用多层光学玻璃密封，且玻璃层之间抽真空，隔绝箱体内与外界的热量交换。窗口优选k系列光学玻璃，相较于普通玻璃，光学玻璃不会扭曲激光干涉仪的光学信号，能够得到足够的加速度回波信号。通过调节加热丝组和空气压缩机，高低温实验舱内工作空间的温度调节范围为-40℃～85℃，实现在常温、高温和低温环境条件下进行强冲击在位试验与测试。调节低温环境时不可使用液氮，因为液氮温度无法或很难调节，并且容易造成危险。温箱内有用于测量箱内温度的温度传感器。高低温实验舱作为温度环境加载结构，套住整个弹靶碰撞室。
所述缓冲装置，包括多层羊毛毡缓冲吸能模块、齿轮箱进退移动装置、液压油缸缓冲结构，将弹靶高速碰撞产生的能量经过缓冲装置层层吸收。
所述多层羊毛毡缓冲吸能模块位于缓冲管内部，由多个相同的二级阶梯型圆柱状结构组合而成，二级阶梯型圆柱状结构分为前端和后端两部分，前端圆柱的外径大于后端圆柱的外径。前端圆柱顶部有一圆柱形凹槽，前端圆柱内壁面的顶面和底面的对称位置分别加工有轴线方向的两个长方形导向键，键的长度等于前端圆柱凹槽的长度。后端圆柱的底部也有一圆柱形凹槽。后端圆柱外壁面的顶面和底面的对称位置分别加工有轴线方向的两个长方形导向键槽，键槽的长度等于后端圆柱的长度。多层羊毛毡缓冲吸能模块由多个二级阶梯型圆柱状结构串联而成，前一个二级阶梯型圆柱状结构的后端圆柱插入后一个二级阶梯型圆柱状结构前端圆柱的凹槽中，使前一个二级阶梯型圆柱状结构的导向键槽与后一个二级阶梯型圆柱状结构的导向键形成配合，以此保证多层羊毛毡缓冲吸能模块的各个部分沿轴线方向运动。前后两个二级阶梯型圆柱状结构串连形成的闭合凹槽中安装羊毛毡和弹簧，砧体撞击多层羊毛毡缓冲吸能模块时，多层羊毛毡缓冲吸能模块的各部分会压缩，吸收砧体动能，对砧体起到缓冲保护作用。
所述齿轮箱进退移动装置包括摇杆、传动齿轮组件、锥齿轮转向组件、梯形丝杆，梯形丝杆的一端与缓冲管连接，通过转动摇杆，带动多级齿轮转动，齿轮转动带动梯形丝杆伸缩，梯形丝杆伸缩带动缓冲管的前进和后退。缓冲管后退时能够安装和取出砧体，缓冲管前进时能够压紧砧体。
所述液压油缸缓冲结构包括液压油缸和油缸活塞，油缸活塞一端顶在齿轮箱进退移动装置后方，一端位于油缸内。当弹靶发生碰撞时，油缸活塞向油缸内移动，压缩油缸内液体，缓冲弹靶高速碰撞产生的能量。
所述高速高冲击激光干涉测试系统包括激光干涉仪和五自由度微调平台。激光干涉仪位于高低温实验舱光学窗口一侧，对准光学窗口。五自由度微调平台用于调节激光干涉仪的位置和角度，使衍射光栅的条纹达到最佳状态。
所述光电触发检测器包括激光发射器和激光接收器。激光发射器和激光接收器的位置分别位于炮管主体末端的周向加工的水平排气孔的两侧并且对准排气孔。调整激光发射器和激光接收器的位置，使激光发射器的光线穿过排气孔到达接收器。当实验弹丸通过时，会阻断光线的传播，产生触发信号。
所述智能信息处理系统，分为软件模块和硬件模块，硬件系统包含多通道高速采集系统和信号放大调理装置。多通道高速采集系统和信号放大调理装置配合使用，通过数据采集系统，可以进行高速采集、存储激光干涉仪和加速度传感器的输出信号。数据解算处理系统能够将采集到的多通道数据进行处理，解算出激光干涉基准信号和被测传感器信号，同步数据处理。
本发明还公开一种强冲击试验与测试方法，基于所述一种极端环境强冲击试验与测试装置实现，包括如下步骤：
步骤1：确认压缩机储气罐的排气手柄阀门关闭，确认空气炮控制台的进气手柄阀门关闭，确认快开阀手动操作手柄关闭。
步骤2：退回弹仓盖套筒，弹仓盖套筒套于弹仓盖外部，能够沿炮管轴线方向滑动，既能防止压力容器释放高压气体时将弹仓盖顶起而造成危险，又简单易操作。打开弹仓盖，将弹仓盖放置在纱布上，将实验弹丸准备好也放置在纱布上，保持实验弹丸、弹仓盖清洁。实验弹丸的前后两端加工环形凹槽及在凹槽中增加橡胶圈，配合在炮管内壁涂抹润滑油的方式，能够实现弹丸与炮管间隙的密封，充分利用空气炮的动能，且能够保护高精度加工的炮管内壁不被实验弹丸划伤。无需使用实验弹丸安装座结构加速实验弹丸，能达到更高的加速度g值。
步骤3：在止挡盘侧面粘贴透明胶，遮盖住止挡盘的通孔，尽管炮管主体末端开有多个排气孔，仍需进一步防止实验弹丸在炮管内高速运动时产生的压缩气体无法完全从炮管主体的排气孔排净，避免残余气体对砧体产生扰动影响。在止挡盘的冲击面粘贴固定新的缓冲胶圈和羊毛毡，安装止挡盘于冲击端外套内。正确连接多层羊毛毡缓冲吸能模块的各部分，并安装于缓冲管内。砧体撞击多层羊毛毡缓冲吸能模块时，多层羊毛毡缓冲吸能模块的各部分会压缩，吸收砧体动能，对砧体起到缓冲保护作用，并且串连的数量可以根据需要灵活调整。启动液压油缸缓冲装置，将油缸活塞内充满油，缓冲装置准备完毕。将待测传感器正确安装于砧体内，砧体尾部方形通孔形成的台面上加工有多种大小和位置不同的螺纹孔，能够安装方形、圆形、三角形等不同结构类型的加速度计及被测试验件。检查砧体头部碰撞端的羊毛毡是否按要求厚度安装。将砧体安装于止挡盘的通孔内，使止挡盘的通孔内壁的两个导向键分别对齐安装于砧体的导向键槽内，从而约束砧体在周向及径向的转动和偏摆，固定砧体的姿态，保证激光干涉回波信号的强度不变，解决激光干涉仪信号测不到、测不准的问题。并且将装配好的待测传感器的引线接出。
步骤4：正确连接传感器、应变仪和采集器，检查传感器与应变仪是否过载，否则通过调理电路调零。转动齿轮箱进退移动装置的摇杆，使缓冲管向前移动，顶紧止挡盘。测试光电触发检测器是否运行正常，检测多次，保证可靠触发，实验测试系统准备完毕，处于待发状态。
步骤5：擦拭实验弹丸，清洁弹仓、弹仓盖。安装新的实验弹丸缓冲橡胶。将实验弹丸小心放入弹仓内，避免任何磕碰。轻轻盖上弹仓盖，避免弹仓盖任何磕碰。滑动弹仓盖套筒，使其盖住弹仓盖，密闭弹仓两端的密封圈。
步骤6：确认高低温实验舱密闭、完好。高低温实验舱通电，确认运行正常。设定高低温实验舱的预定温度，并监测箱内温度。窗口采用多层光学玻璃密封，且玻璃层之间抽真空，隔绝箱体内与外界的热量交换。目前温度达到设定温度后，温箱自动保温规定时间长度，具备温度环境实验条件，能够实现在常温、高温和低温环境条件下进行强冲击在位试验与测试。
步骤7：再次确认控制台的进气手柄阀门关闭，确认快开阀手动操作手柄关闭。确认空气压缩机气压余量充足，打开压缩机排气手柄阀。打开空气炮控制台加压手柄阀，空气压缩机储气罐开始对空气炮的压力容器加压。充气接近预定实验气压值时，示意实验弹丸待发，数据记录仪程序启动，实验待发状态。
步骤8：达到预定气压值时，记录发射瞬间气压值。关闭空气炮控制台的进气手柄阀，同时快速打开手动快开阀，发射实验弹丸。然后关闭手动快开阀手柄，确认数字压力表的压力值为0。滑开弹仓盖套筒，轻轻取出弹仓盖放置于纱布上，避免弹仓盖发生任何磕碰。
步骤9：确认数据记录仪是否触发正常，记录最终加载压力值，进行数据处理。确认实验弹丸没有回弹，在止挡盘端。摇动齿轮箱进退移动装置摇杆，退回冲击缓冲管到原位，轻拿轻放，取出砧体和传感器，取出止挡盘，取出实验弹丸，实验结束。
步骤10：检查被校传感器与标准传感器是否正常，背靠背安装，强冲击试验设备是否完好，数据记录仪是否正常。确认实验系统正常后，重复步骤1至步骤9开展其他温度点和加速度点强冲击试验，直至完成强冲击试验与测试。
有益效果：
1、本发明公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法，通过在弹仓盖外面增加一个弹仓盖套筒结构，能够防止压力容器释放高压气体驱动实验弹丸时将弹仓盖顶起而造成危险，充分保障实验人员安全。而传统的弹仓装置的保护措施只安装弹仓盖，通过用销子或锁等结构固定弹仓盖，但仍会发生弹仓盖被高压气体冲开或变形的情况。与传统的方式相比，本发明的弹仓盖套筒结构简单、易加工，且采用滑动方式，装弹退弹操作都极其方便，更能充分保证实验安全。
2、本发明公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法，通过在阶梯型实验弹丸的前后两端加工环形凹槽及在凹槽中增加橡胶圈，配合在炮管内壁涂抹润滑油的方式，能够实现实验弹丸与炮管间隙的密封，用较小的气压即可快速加速实验弹丸，充分利用了空气炮的动能，且保护高精度加工的炮管内壁不被实验弹丸划伤。与现有情况下空气炮的实验弹丸发射相比，本发明无需使用实验弹丸安装座结构加速实验弹丸，简化实验弹丸发射结构，且比传统实验弹丸能达到更高的加速度g值。
3、本发明公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法，炮管主体末端开有多个对称的排气孔。因为实验弹丸在炮管内高速运动时会压缩炮管内实验弹丸前面的空气，产生高压气体，此高压气体会对弹靶碰撞室内的砧体造成扰动，影响实验信号。通过排气孔结构泄压，避免高压气体对砧体和实验结果的影响，结构简单、有效。位于水平位置的排气孔也可作为光电检测器等的光信号通道，用于检测实验弹丸速度等多方面应用。
4、本发明公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法，止挡盘的通孔内壁加工有轴线方向的两个长方形导向键，两个导向键在周向上呈90度角分布。与砧体外壁面上的两个导向键槽配合，从而约束砧体在周向及径向的转动和偏摆，固定砧体的姿态，保证激光干涉回波信号的强度不变，解决激光干涉仪信号测不到、测不准的问题。
5、本发明公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法，砧体外壁面上加工有轴线方向的两个长方形导向键槽，两个键槽在周向上呈90度角分布，与止挡盘的两个导向键配合，保证砧体沿轴线方向运动，无转动，固定砧体的姿态。砧体尾部在竖直方向加工有一贯穿尾部圆柱的方形通孔，在方形通孔形成的台面上加工有多种大小和位置不同的螺纹孔，能够安装方形、圆形、三角形等不同结构类型的加速度计及被测试验件，通过安装标准传感器，结合激光干涉仪两种基准手段进行强冲击试验测试，能够同步采集碰撞过程的被测加速度信号与基准测试信号。通过这种结构，将被测传感器或试件包于砧体内部，能够保护被测传感器或试件被撞击后不损坏，使被测试件多次使用，且不需要在砧体上额外安装保护壳，克服传统保护壳螺纹连接方式易损坏的缺点。
6、本发明公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法，高低温实验舱窗口采用多层光学玻璃密封，且玻璃层之间抽真空，隔绝箱体内与外界的热量交换。窗口选k系列光学玻璃，克服了普通玻璃扭曲激光干涉仪的光信号的缺点，能够得到强度足够的回波信号。通过调节加热电阻丝组件和空气压缩机，高低温实验舱内的温度调节范围为-40℃～85℃，可实现在常温、高温和低温环境条件下进行强冲击在位试验与测试。不存在液氮制冷时温度无法或难以调节，并且容易造成危险。
7、本发明公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法，多层羊毛毡缓冲吸能模块由多个相同的二级阶梯型圆柱状结构组合而成，前一个二级阶梯型圆柱状结构的后端圆柱插入后一个二级阶梯型圆柱状结构前端圆柱的凹槽中，使前一个二级阶梯型圆柱状结构的导向键槽与后一个二级阶梯型圆柱状结构的导向键形成配合，以此保证多层羊毛毡缓冲吸能模块的各个部分沿轴线方向运动。前后两个二级阶梯型圆柱状结构串连形成的闭合凹槽中安装羊毛毡和弹簧，砧体撞击多层羊毛毡缓冲吸能模块时，多层羊毛毡缓冲吸能模块的各部分会压缩，吸收砧体动能，对砧体起到缓冲保护作用，并且串连的数量可以根据需要灵活调整。
8、本发明公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置及方法，液压油缸缓冲结构的油缸活塞端顶在齿轮箱进退移动装置后方，当弹靶发生碰撞时，油缸活塞向油缸内移动，压缩油缸内液体，吸收弹靶高速碰撞产生的能量。采用液压的缓冲效果比气压缓冲显著增强，能够更好的保护被测件和实验装置。
附图说明
图1为本发明所提出的极端环境强冲击试验与测试装置整体示意图。
图2为实验弹丸示意图。
图3为止挡盘示意图。
图4为砧体示意图。
图5为砧体剖面图。
图6为多层羊毛毡缓冲吸能模块示意图。
图7为多层羊毛毡缓冲吸能模块的单个二级阶梯型圆柱状结构剖面图。
图中：1—快开阀，2—压力容器，3—弹仓盖套筒，4—弹仓盖，5—弹仓，6—炮管主体，7—装置支架，8—排气孔，9—高低温实验舱，10—光学玻璃窗口，11—梯形丝杆，12—齿轮箱进退移动装置，13—液压油缸缓冲结构，14—五自由度微调平台，15—激光干涉仪，16—光电触发检测器，17—智能信息处理系统，18—实验弹丸，19—环形凹槽，20—止挡盘，21—导向键，22—砧体，23—导向键槽，24—螺纹孔，25—光栅承载平面，26—凹槽，27—多层羊毛毡缓冲吸能模块，28—凹槽，29—导向键，30—导向键槽。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置，由近及远包括：空气炮、弹仓装置、实验弹丸、炮管主体、装置支架、弹靶碰撞室、高低温实验舱、缓冲装置、高速高冲击激光干涉测试系统、光电触发检测器、智能信息处理系统。
所述空气炮在整个极端环境强冲击试验与测试装置的端部，主要包括压力容器2、快开阀1、控制模块，利用快开阀和控制模块控制压缩气体快速释放以驱动图2中的实验弹丸18快速运动。
所述弹仓装置位于炮管首部，炮管首部通过法兰盘与上述空气炮的压力容器连接。所述弹仓装置包括弹仓5、弹仓盖4、弹仓盖套筒3。炮管的首部作为弹仓5，在其正上方开一个方形孔，用来放入实验弹丸18，方形孔上方放置一个拱形的弹仓盖4，使其完美的覆盖方形孔。特别地，在弹仓盖4外面套一段覆盖弹仓盖4的可滑动弹仓盖套筒3。所述弹仓盖套筒3为圆柱状套筒，与炮管首部圆柱同心，弹仓盖套筒3的内径略微大于炮管首部的外径，使弹仓盖套筒3能够在炮管首部任意滑动。当安装完毕实验弹丸，盖上弹仓盖4后，滑动弹仓盖套筒3，使其覆盖弹仓盖4，防止压力容器释放高压气体驱动实验弹丸18时将弹仓盖4顶起而造成危险，这样弹仓盖套筒3通过采用滑盖的形式，充分保证了实验弹丸18发射的安全性。克服了传统弹仓装置的弹仓盖不容易固定，易被压力容器释放的高压气体顶起造成人身危险的缺点。
参见图2，所述实验弹丸18为二级阶梯型圆柱状结构，实验弹丸18质量为400g～600g，整体长140mm，根据圆柱直径大小分为后端和前端两部分，后端圆柱的外径为60mm，为前端圆柱外径的两倍。后端圆柱底部有一圆柱形凹槽，凹槽深度能够根据需要设置，便于空气炮的高压气体推动实验弹丸和减轻实验弹丸重量。后端圆柱的前后两端柱面上各有一圈环形凹槽19，环形凹槽19中箍有橡胶圈。所述橡胶圈有两个作用：一是能够填充实验弹丸与炮管之间的缝隙，使起冲击作用的空气炮高压气体不易从实验弹丸与炮管的缝隙中泄漏，充分利用空气炮的动能，使实验弹丸更快地加速；二是充分减小实验弹丸与炮管的摩擦力，防止实验弹丸外壁划伤炮管内壁。现有情况下空气炮的实验弹丸发射采用的方式是将实验弹丸安装在实验弹丸安装座上，然后通过高压气体加速实验弹丸安装座，再通过特殊结构让实验弹丸安装座和实验弹丸分离，从而加速实验弹丸。本发明通过在实验弹丸上增加环形凹槽及橡胶圈，无需使用实验弹丸安装座这种结构即可快速加速实验弹丸，简化实验弹丸发射结构。
所述炮管主体6长10米，内径60mm，一端通过箍紧套与炮管首部连接，另一端通过箍紧套与高低温实验舱9内的弹靶碰撞室连接。炮管主体6内壁光滑，且涂抹润滑油，显著减小实验弹丸与炮管内壁的摩擦力，炮管主体6内径与炮管首部相同。炮管主体6在连接弹靶碰撞室的一端开有多个对称的排气孔8。实验弹丸在炮管内高速运动时会压缩炮管内实验弹丸18前面的空气，产生高压气体，此高压气体会对弹靶碰撞室内的砧体22造成不必要的扰动，影响试验结果，因此需要在炮管上开孔泄压。
所述装置支架7包括上层支撑板、工字钢、下层支撑板。上层支撑板的长度和整个极端环境强冲击试验与测试装置一样长，上面连接炮管托，下面连接工字钢，工字钢下面连接下层支撑板，下层支撑板的长度与上层支撑板长度一致。装置支架7将整套极端环境强冲击试验与测试装置稳定地安装在离地面一定高度的地方，保证了装置的稳定性和操作的方便性。
所述弹靶碰撞室位于高低温实验舱9内，包括止挡盘、冲击端外套、砧体22、衍射光栅、缓冲管。
参见图3，所述止挡盘20为圆盘状，中心有圆柱形通孔，通孔内径为30mm，大于实验弹丸18细端直径，实验弹丸18的后端粗圆柱部分无法通过，止挡盘20与实验弹丸18台阶型端面产生碰撞。止挡盘20与实验弹丸18台阶型端面碰撞的一侧面安装贴有羊毛毡、或者硅橡胶等柔性缓冲材料，以卸掉实验弹丸18动能和保护止挡盘20。止挡盘20通孔内径略大于砧体22外径，便于砧体22安装，通孔内壁加工有与止挡盘轴线方向相同的两个长方形导向键21，键长与止挡盘厚度相同，两个导向键21在周向上呈90度角分布。与砧体22外壁面上的两个导向键槽23配合，从而约束砧体22在周向及径向的转动和偏摆，固定砧体的姿态。
所述冲击端外套为有一定厚度的圆柱体壳体，通过螺纹连接方式后端与炮管主体6连接，止挡盘20安装于冲击端外套内部，用于定位和固定止挡盘20，冲击端外套前端为自由端，端面周向对称地加工有12个从冲击端外套中部轴线方向贯穿冲击端外套的长方形孔，使高速高冲击激光干涉测试系统的入射光线和反射回波光线能够穿过冲击端外套，砧体22侧面安装的光栅为高速高冲击激光干涉测试系统的合作光栅，长方形孔的存在，避免入射和反射光线的遮挡。
参照图4和图5，所述砧体22整体轮廓外形为圆柱体，外径30mm，从中间分为头部和尾部两部分，头部为碰撞端，碰撞端底部有圆柱形凹槽26，填充羊毛毡、硅橡胶等柔性缓冲物质。砧体22头部的外壁面加工有与砧体22轴线方向相同的两个长方形导向键槽23，两个键槽在周向上呈90度角分布，与止挡盘20的两个导向键23配合，保证砧体22沿轴线方向运动，无转动，固定砧体的姿态。砧体22尾部为加速度传感器安装端，尾部在竖直方向加工有一贯穿尾部圆柱的方形通孔，在方形通孔形成的台面上加工有多种大小和位置不同的螺纹孔24，用于安装方形、圆形、三角形等不同结构类型的加速度计及被测试验件。砧体22尾部的左右外壁面在对称方向加工有两段7mm宽的光滑长方形光栅承载平面25，用来刻划一体化光栅或着粘贴光栅。
所述衍射光栅安装在砧体22尾部对称侧面的光栅承载平面25上，两束同频率的激光照射汇聚到光栅上，沿光栅的短轴方向产生平行的衍射条纹。
所述缓冲管为一圆柱形壳体，缓冲管面向冲击端外套的一端开放，开有一定深度的圆柱形凹槽，用来安装多层羊毛毡缓冲吸能模块27，缓冲管与冲击端外套对接，将砧体22闭合在缓冲管内，缓冲管受撞击后，沿炮管轴线方向运动。
所述高低温实验舱9，为一长方体的封闭结构，包括箱体、加热装置、制冷装置、上盖、光学玻璃窗口10。其中，箱体在垂直炮管轴线方向的两个侧面中心各开有一个光学玻璃窗口10。窗口用多层光学玻璃密封，且玻璃层之间抽真空，隔绝箱体内与外界的热量交换。窗口优选k系列光学玻璃，相较于普通玻璃，光学玻璃不会扭曲激光干涉仪的光学信号，能够得到强度足够的回波信号。通过调节加热电阻丝组件和空气压缩机，高低温实验舱9内工作空间的温度调节范围为-40℃～85℃，可实现在常温、高温和低温环境条件下进行强冲击在位试验与测试。调节低温环境时不可使用液氮，因为液氮温度无法或很难调节，并且容易造成危险。高低温实验舱9内有用于测量箱内温度的温度传感器，测温范围：-50℃～90℃，准确度：±1℃。高低温实验舱9作为温度环境加载结构，套住整个弹靶碰撞室，包括止挡盘20、冲击端外套、砧体22、缓冲管。
所述缓冲装置包括多层羊毛毡缓冲吸能模块27、齿轮箱进退移动装置12、液压油缸缓冲结构13，将弹靶高速碰撞产生的能量经过缓冲吸能装置层层吸收。
所述多层羊毛毡缓冲吸能模块27位于缓冲管内部，由多个二级阶梯型圆柱状结构组合而成，每个二级阶梯型圆柱状结构根据圆柱直径大小分为前端和后端两部分，前端圆柱的外径为50mm，后端圆柱的外径为34mm。前端圆柱顶部有一圆柱形凹槽28，凹槽28深度为54mm，前端圆柱内壁面的顶面和底面的对称位置分别加工有与圆柱轴线方向相同的两个长方形导向键29，键的长度等于前端圆柱凹槽28的长度。后端圆柱的底部也有一圆柱形凹槽28，凹槽28深度为56mm。后端圆柱外壁面的顶面和底面的对称位置分别加工有与圆柱轴线方向相同的两个长方形导向键槽30，键槽的长度等于后端圆柱的长度。多层羊毛毡缓冲吸能模块27由多个二级阶梯型圆柱状结构串联而成，前一个二级阶梯型圆柱状结构的后端圆柱插入后一个二级阶梯型圆柱状结构前端圆柱的凹槽28中，使前一个二级阶梯型圆柱状结构的导向键槽30与后一个二级阶梯型圆柱状结构的导向键29形成配合，保证多层羊毛毡缓冲吸能模块27的各个部分沿轴线方向运动。前后两个二级阶梯型圆柱状结构串联形成的空腔中放置好一定厚度的羊毛毡和弹簧，砧体撞击多层羊毛毡缓冲吸能模块27时，多层羊毛毡缓冲吸能模块27的各部分会压缩，对砧体起到缓冲作用。
所述齿轮箱进退移动装置12包括摇杆、传动齿轮组件、锥齿轮转向组件、梯形丝杆11，梯形丝杆11的一端与缓冲管连接，通过转动摇杆，带动多级齿轮转动，齿轮转动带动梯形丝杆11伸缩，梯形丝杆11伸缩带动缓冲管的前进和后退。缓冲管后退时能够安装和取出砧体22，缓冲管前进时能够压紧砧体22。
所述液压油缸缓冲结构13包括液压油缸和油缸活塞，油缸活塞一端顶在齿轮箱进退移动装置后方，一端位于油缸内。当弹靶发生碰撞时，油缸活塞向油缸内移动，压缩油缸内液体，缓冲弹靶高速碰撞产生的能量。
所述高速高冲击激光干涉测试系统包括激光干涉仪15和五自由度微调平台14。激光干涉仪15位于高低温实验舱9光学窗口一侧，对准光学玻璃窗口10。五自由度微调平台14用于调节激光干涉仪15的位置和角度，使衍射光栅的条纹达到最佳状态。
所述光电触发检测器16主要包括一对激光发射器和激光接收器。激光发射器和激光接收器的位置分别位于炮管主体6末端的周向加工四个对称的长方形排气孔8的两侧并且对准排气孔。调整激光发射器和激光接收器的位置，使发射器的光线穿过长方形排气孔8到达接收器。当实验弹丸18经过时，会阻断光线的传播，产生触发信号。
所述智能信息处理系统17，可分为软件模块和硬件模块，软件模块包含MATLAB软件和LABVIEW软件，硬件系统包含多通道高速采集系统和信号放大调理装置。基于MATLAB软件和LABVIEW软件平台搭建起数据采集系统与数据解算处理系统。多通道高速采集系统和信号放大调理装置配合使用，通过数据采集系统能高速采集、存储激光干涉仪15和加速度传感器的输出信号。数据解算处理系统能够将采集到的多通道数据进行处理，解算出激光干涉基准信号和被测传感器信号，同步数据处理。
本实施例公开的一种极端环境强冲击试验与测试装置，基于所述一种空气炮的高低温条件下的强冲击在位试验与测试系统实现，具体实施步骤如下：
步骤1：确认压缩机储气罐的排气手柄阀门关闭，确认空气炮控制台的进气手柄阀门关闭，确认快开阀1手动操作手柄关闭。
步骤2：退回弹仓盖套筒3，弹仓盖套筒3套于弹仓盖外部，能够沿炮管轴线方向滑动，既能防止压力容器释放高压气体时将弹仓盖顶起而造成危险，又简单易操作。打开弹仓盖4，将弹仓盖4放置在纱布上，将实验弹丸18准备好也放置在纱布上，保持实验弹丸18、弹仓盖4清洁。实验弹丸18的前后两端加工环形凹槽及在凹槽中增加橡胶圈，配合在炮管内壁涂抹润滑油的方式，能够实现实验弹丸与炮管间隙的密封，充分利用了空气炮的动能，且保护了高精度加工的炮管内壁不被实验弹丸划伤。无需使用实验弹丸安装座结构加速实验弹丸，能达到更高的加速度g值。
步骤3：在止挡盘20侧面粘贴透明胶，遮盖住止挡盘20的通孔，尽管炮管主体末端开有多个排气孔8，仍需进一步防止实验弹丸18在炮管内高速运动时产生的压缩气体无法完全从炮管主体6的排气孔8排净，避免残余气体对砧体22产生扰动影响。在止挡盘20的冲击面粘贴固定新的缓冲胶圈和羊毛毡，安装止挡盘20于冲击端外套内。正确连接多层羊毛毡缓冲吸能模块27的各部分，并安装于缓冲管内。砧体撞击多层羊毛毡缓冲吸能模块时，多层羊毛毡缓冲吸能模块的各部分会压缩，吸收砧体动能，对砧体起到缓冲保护作用，并且串连的数量可以根据需要灵活调整。启动液压油缸缓冲装置13，将油缸活塞内充满油，缓冲装置准备完毕。将待测传感器正确安装于砧体22内，砧体22尾部方形通孔形成的台面上加工有多种大小和位置不同的螺纹孔24，能够安装方形、圆形、三角形等不同结构类型的加速度计及被测试验件。检查砧体22头部碰撞端的羊毛毡是否按要求厚度安装，四发实验需要更换一次。将砧体22安装于止挡盘20内，使止挡盘20内壁的两个导向键21分别对齐安装于砧体22的导向键槽23内，从而约束砧体22在周向及径向的转动和偏摆，固定砧体22的姿态，保证激光干涉回波信号的强度不变，解决了激光干涉仪信号测不到、测不准的问题。并且将装配好的待测传感器的引线接出。
步骤4：正确连接传感器、应变仪和采集器，检查传感器与应变仪是否过载，否则通过调理电路调零。转动齿轮箱进退移动装置12的摇杆，使缓冲管向前移动，顶紧止挡盘20。测试光电触发检测器16是否运行正常。光电触发检测器16触发的原理：正常状态下，激光发射器发射的光线会无遮挡的被接收器接收，当实验弹丸18经过时，会遮挡激光发射器和激光接收器之间的光线，从而产生触发信号，触发高速记录仪采集数据，从而记录有效信号。因此光电触发检测器16作为数据记录仪的触发器，需要检测三次，保证可靠触发，实验测试系统准备完毕，处于待发状态。
步骤5：擦拭实验弹丸18，清洁弹仓5、弹仓盖4。安装新的实验弹丸缓冲橡胶。将实验弹丸18小心放入弹仓5内，避免任何磕碰。轻轻盖上弹仓盖4，避免弹仓盖4任何磕碰。滑动弹仓盖套筒3，使其盖住弹仓盖4，密闭弹仓两端的密封圈。
步骤6：确认高低温实验舱9密闭、完好。高低温实验舱9通电，确认运行正常。设定高低温实验舱9的预定温度，并监测箱内温度。窗口采用多层光学玻璃密封，且玻璃层之间抽真空，隔绝箱体内与外界的热量交换。温度达到设定温度后，温箱自动保温规定时间长度，具备温度环境实验条件，能够实现在常温、高温和低温环境条件下进行强冲击在位试验与测试。
步骤7：再次确认控制台的进气手柄阀门关闭，确认快开阀1手动操作手柄关闭。确认空气压缩机0.8MPa气压余量充足，低于0.2MPa重新加压充气，打开压缩机排气手柄阀。打开空气炮控制台加压手柄阀，空气压缩机储气罐开始对空气炮的压力容器2加压。充气接近预定实验气压值时，示意实验弹丸18待发，数据记录仪程序启动，实验待发状态。
步骤8：达到预定气压值时，记录发射瞬间气压值。关闭空气炮控制台的进气手柄阀，同时快速打开手动快开阀1，发射实验弹丸18。然后关闭手动快开阀1手柄，确认数字压力表的压力值为0。滑开弹仓盖套筒3，轻轻取出弹仓盖4放置于纱布上，避免弹仓盖4发生任何磕碰。
步骤9：确认数据记录仪是否触发正常，记录最终加载压力值，进行数据处理。确认实验弹丸18没有回弹，在止挡盘20端。摇动齿轮箱进退移动装置12摇杆，退回冲击缓冲管到原位，轻拿轻放，取出砧体22和传感器，取出止挡盘20，取出实验弹丸18，实验结束。
步骤10：检查被校传感器与标准传感器是否正常，背靠背安装，强冲击试验设备是否完好，数据记录仪是否正常。确认实验系统正常后，重复步骤1至步骤9开展其他温度点和加速度点强冲击试验，直至完成试验测试。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种极端环境强冲击试验与测试装置，包括空气炮、弹仓装置、实验弹丸(18)、炮管主体(6)、装置支架(7)、弹靶碰撞室、高低温实验舱(9)、缓冲装置、高速高冲击激光干涉测试系统、光电触发检测器(16)、智能信息处理系统(17)；
所述空气炮在整个极端环境强冲击试验与测试装置的端部，主要由快开阀(1)、压力容器(2)、控制模块组成，利用快开阀(1)和控制模块控制压缩气体快速释放以驱动实验弹丸(18)高速运动；
所述冲击端外套为圆柱体壳体，通过螺纹连接方式后端与炮管主体(6)连接，止挡盘(20)安装于冲击端外套内部，用于定位和固定止挡盘(20)，冲击端外套前端端面周向对称地加工有方形孔，使高速高冲击激光干涉测试系统的入射光线和反射回波光线能够穿过冲击端外套，砧体(22)侧面安装的光栅为高速高冲击激光干涉测试系统的合作光栅，长方形孔的存在，避免入射和反射光线的遮挡；
所述缓冲管为一圆柱形壳体，缓冲管面向冲击端外套的一端开放，开有圆柱形凹槽，用于安装多层羊毛毡缓冲吸能模块(27)，缓冲管与冲击端外套对接，将砧体(22)闭合在缓冲管内，缓冲管受撞击后，沿炮管轴线方向运动；
所述齿轮箱进退移动装置(12)包括摇杆、传动齿轮组件、锥齿轮转向组件、梯形丝杆(11)，梯形丝杆(11)的一端与缓冲管连接，通过转动摇杆，带动多级齿轮转动，齿轮转动带动梯形丝杆(11)伸缩，梯形丝杆(11)伸缩带动缓冲管的前进和后退；缓冲管后退时能够安装和取出砧体(22)，缓冲管前进时能够压紧砧体(22)；
所述弹靶碰撞室位于高低温实验舱(9)内，包括止挡盘(20)、冲击端外套、砧体(22)、衍射光栅、缓冲管；
其特征在于：
所述弹仓装置通过法兰盘与空气炮的压力容器(2)连接；所述弹仓装置包括弹仓(5)、弹仓盖(4)、弹仓盖套筒(3)；弹仓(5)上方开有实验弹丸(18)的入口，入口上有弹仓盖(4)；弹仓盖(4)外面套有可滑动弹仓盖套筒(3)；所述弹仓盖套筒(3)为圆柱状，能够沿炮管滑动，可完全覆盖弹仓盖(4)；
所述实验弹丸(18)为二级阶梯型圆柱状结构，后端圆柱的外径大于前端圆柱外径；后端圆柱底部有一圆柱形凹槽；后端圆柱的前后两端柱面上各有一圈凹槽，凹槽中箍有橡胶圈，无需使用实验弹丸安装座即能够快速加速实验弹丸，简化实验弹丸发射结构。
2.如权利要求1所述的一种极端环境强冲击试验与测试装置，其特征在于：所述炮管主体(6)一端通过箍紧套与炮管首部连接，另一端通过箍紧套与弹靶碰撞室连接；炮管主体(6)内壁光滑，且涂抹润滑油；炮管主体(6)在连接弹靶碰撞室的一端开有多个对称的排气孔(8)；实验弹丸(18)在炮管内高速运动时会压缩炮管内实验弹丸(18)前面的空气，产生高压气体，此高压气体会对高低温实验舱(9)内的砧体(22)造成不必要的扰动，影响试验结果，因此通过在炮管上开多个对称的排气孔(8)泄压，减小或避免高压气体对弹靶碰撞室内的砧体(22)造成不必要的扰动，提升试验精度。
3.如权利要求1所述的一种极端环境强冲击试验与测试装置，其特征在于：所述砧体(22)整体轮廓外形为圆柱体，从中间分为头部和尾部两部分，头部为碰撞端，碰撞端底部有圆柱形凹槽(26)，填充羊毛毡、硅橡胶等柔性缓冲物质；砧体(22)头部的外壁面加工有轴线方向的两个长方形导向键槽(23)，两个键槽在周向上呈90度角分布，与止挡盘(20)通孔内壁加工的两个导向键(21)形成配合，保证砧体(22)沿轴线方向运动，无转动，固定砧体(22)的姿态；砧体(22)尾部为加速度传感器安装端，尾部在竖直方向加工有一贯穿尾部圆柱的方形通孔，在方形通孔形成的台面上加工有多种大小和位置不同的螺纹孔(24)，用于安装方形、圆形、三角形等不同结构类型的加速度计及被测试验件；砧体(22)尾部的左右外壁面在对称方向加工有两段光滑长方形光栅承载平面(25)，用来刻划一体化光栅或者粘贴光栅。
4.如权利要求1所述的一种极端环境强冲击试验与测试装置，其特征在于：所述高低温实验舱(9)，为一方体封闭结构，包括箱体、加热装置、制冷装置、上盖、光学玻璃窗口(10)；其中，箱体在垂直炮管轴线方向的侧面开有光学玻璃窗口(10)；窗口用多层光学玻璃密封，优选k系列光学玻璃，光学玻璃不会扭曲激光干涉仪(15)的光学信号，能够得到强度足够的回波信号；且玻璃层之间抽真空，隔绝箱体内与外界的热量交换。高低温实验舱(9)作为温度环境加载结构，套住整个弹靶碰撞室。
5.如权利要求1所述的一种极端环境强冲击试验与测试装置，其特征在于：所述缓冲装置，包括多层羊毛毡缓冲吸能模块(27)、齿轮箱进退移动装置(12)、液压油缸缓冲结构(13)，将弹靶高速碰撞产生的能量经过缓冲装置层层吸收；
所述多层羊毛毡缓冲吸能模块(27)位于缓冲管内部，由多个相同的二级阶梯型圆柱状结构组合而成，二级阶梯型圆柱状结构分为前端和后端两部分，前端圆柱的外径大于后端圆柱的外径；前端圆柱顶部有一圆柱形凹槽(28)，凹槽(28)内壁面的顶面和底面的对称位置分别加工有轴线方向的两个长方形导向键(29)；后端圆柱的底部也有一圆柱形凹槽(28)；后端圆柱外壁面的顶面和底面的对称位置加工有轴线方向的两个长方形导向键槽(30)；前一个二级阶梯型圆柱状结构的导向键槽(30)与后一个二级阶梯型圆柱状结构的导向键(29)形成配合；前后两个二级阶梯型圆柱状结构串连形成的闭合凹槽(28)中安装羊毛毡和弹簧等缓冲结构。
6.如权利要求1所述的一种极端环境强冲击试验与测试装置，其特征在于：所述液压油缸缓冲结构(13)包括液压油缸和油缸活塞，油缸活塞一端顶在齿轮箱进退移动装置(12)后方，一端位于油缸内；当弹靶发生碰撞时，油缸活塞向油缸内移动，压缩油缸内液体，缓冲弹靶高速碰撞产生的能量。
7.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一种极端环境强冲击试验与测试装置，其特征在于：所述高速高冲击激光干涉测试系统包括激光干涉仪(15)和五自由度微调平台(14)；激光干涉仪(15)位于高低温实验舱(9)光学窗口一侧，对准光学窗口；五自由度微调平台(14)用于调节激光干涉仪(15)的位置和角度，使衍射光栅的条纹达到最佳状态；
所述光电触发检测器(16)包括激光发射器和激光接收器；激光发射器和激光接收器的位置分别位于炮管主体(6)末端的周向加工的水平排气孔(8)的两侧并且对准排气孔(8)；调整激光发射器和激光接收器的位置，使激光发射器的光线穿过排气孔(8)到达接收器；当实验弹丸(18)通过时，会阻断光线的传播，产生触发信号；
所述智能信息处理系统(17)，分为软件模块和硬件模块，硬件系统包含多通道高速采集系统和信号放大调理装置；多通道高速采集系统和信号放大调理装置配合使用，通过数据采集系统，可以进行高速采集、存储激光干涉仪(15)和加速度传感器的输出信号；数据解算处理系统能够将采集到的多通道数据进行处理，解算出激光干涉基准信号和被测传感器信号，同步数据处理。
8.一种极端环境强冲击试验与测试方法，如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一种极端环境强冲击试验与测试装置，其特征在于：包括如下步骤，
步骤1：移开弹仓盖套筒(3)，打开弹仓盖(4)，弹仓盖套筒(3)套于弹仓盖(4)外部，能够沿炮管轴线方向滑动，既能防止压力容器(2)释放高压气体时将弹仓盖(4)顶起而造成危险，简单易操作；实验弹丸(18)的前后两端加工环形凹槽(19)及在凹槽中增加橡胶圈，配合在炮管内壁涂抹润滑油的方式，能够实现实验弹丸与炮管间隙的密封，充分利用空气炮的动能，且能够保护高精度加工的炮管内壁不被实验弹丸划伤；无需使用实验弹丸安装座结构加速实验弹丸，能达到更高的加速度g值；
步骤2：在止挡盘(20)侧面粘贴透明胶，遮盖住止挡盘(20)的通孔，尽管炮管主体(6)末端开有多个排气孔(8)，仍需进一步防止实验弹丸(18)在炮管内高速运动时产生的压缩气体无法完全从炮管主体(6)的排气孔(8)排净，避免残余气体对砧体(22)产生扰动影响；安装止挡盘(20)于冲击端外套内；正确连接多层羊毛毡缓冲吸能模块(27)的各部分，并安装于缓冲管内；砧体(22)撞击多层羊毛毡缓冲吸能模块(27)时，多层羊毛毡缓冲吸能模块(27)的各部分会压缩，吸收砧体(22)动能，对砧体(22)起到缓冲保护作用；启动液压油缸缓冲装置，将油缸活塞内充满油，缓冲装置准备完毕；将待测传感器正确安装于砧体(22)内，砧体(22)尾部台面上加工有多种大小和位置的螺纹孔(24)，能够安装方形、圆形、三角形等不同结构类型的加速度计及被测试验件；将砧体(22)安装于止挡盘(20)通孔内，使止挡盘(20)通孔内壁的两个导向键(21)与砧体(22)的导向键槽(23)形成配合，从而约束砧体(22)在周向及径向的转动和偏摆，固定砧体(22)的姿态，保证激光干涉回波信号的强度不变，解决激光干涉仪(15)信号测不到、测不准的问题；并且将装配好的待测传感器的引线接出；
步骤3：正确连接传感器、应变仪和采集器，检查传感器与应变仪是否过载；转动齿轮箱进退移动装置(12)的摇杆，使缓冲管向前移动，顶紧止挡盘(20)；测试光电触发检测器(16)是否运行正常，保证可靠触发，实验测试系统准备完毕；
步骤4：将实验弹丸(18)小心放入弹仓(5)内，轻轻盖上弹仓盖(4)，滑动弹仓盖套筒(3)，使其盖住弹仓盖(4)，密闭弹仓(5)两端的密封圈；
步骤5：设定高低温实验舱(9)的预定温度，并监测箱内温度；窗口采用多层光学玻璃密封，且玻璃层之间抽真空，隔绝箱体内与外界的热量交换；当前温度达到设定温度后，温箱自动保温规定时间长度，具备温度环境实验条件，能够实现在常温、高温和低温环境条件下进行强冲击在位试验与测试；
步骤6：打开空气炮控制台加压手柄阀，空气炮的压力容器(2)达到预定实验气压值时，发射实验弹丸(18)；关闭手动快开阀(1)手柄，滑开弹仓盖套筒(3)，取下弹仓盖(4)；记录最终加载压力值，进行数据处理；确认实验弹丸(18)没有回弹，在止挡盘(20)端；摇动齿轮箱进退移动装置(12)摇杆，退回冲击缓冲管到原位，取出砧体(22)和传感器，取出止挡盘(20)，取出实验弹丸(18)，实验结束；
步骤7：检查被校传感器与标准传感器是否正常，背靠背安装，强冲击试验设备是否完好，数据记录仪是否正常；确认实验系统正常后，重复步骤1至步骤6开展其他温度点和加速度点强冲击试验，直至完成极端环境强冲击试验与测试。
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