CN115077314A - 一种小口径炮弹引信可靠发火测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小口径炮弹引信可靠发火测试系统及其测试方法。本发明在进行引信可靠发火测试时，拆除传爆序列和战斗部主装药，用配重物代替战斗部主装药，将本发明的小口径炮弹引信可靠发火测试系统代替传爆序列的位置；在战斗部壳体内同轴设置内部具有缓冲材料的测试系统壳体，在缓冲材料内设置测试系统电源、测试系统主控单元和支撑柱；在支撑柱的前端设置压力传感器；本发明采用模块化设计方法，实现在不装药的条件下，进行引信发火机构可靠作用试验，并得到碰撞过载、响应时间和侵彻行程等发火机构响应的量化数据；此外，本发明大大降低测试系统在撞靶过程中损毁的风险。

Description

一种小口径炮弹引信可靠发火测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及引信可靠性测量技术，具体涉及一种小口径炮弹引信可靠发火测试系统及其测试方法。

背景技术

小口径炮弹主要打击3000米以内的近程、低空目标，其种类多、用量大，在突击攻坚、近端防空以及近程格斗方面具有不可替代的战术地位。随着实战化训练环境的愈加多样性与随机性，小口径炮弹出现了未爆弹的安全性问题，直接造成了一定的人员伤亡与财产损失。小口径炮弹引信作为炮弹感知端和发火控制端，其发火机构可靠作用是解决此安全性问题的重要途径，但是，传统小口径炮弹的引信发火测试均依赖实际装药进行静态或动态试验测试，试验中暴露出对于出现瞎火现象的引信，出于安全顾虑，检测人员不能直接卸载结构进行瞎火故障模式的检测的问题，并且，传统发火试验测试仅能判断引信是否正常发火，无法得到发火机构可靠作用的量化数据。

发明内容

为了解决以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种小口径炮弹引信可靠发火测试系统及其测试方法，实现在不装药的条件下，进行引信发火机构可靠作用试验，并得到碰撞过载、响应时间和侵彻行程等发火机构响应的量化数据。

小口径炮弹包括：战斗部壳体、战斗部主装药、传爆序列、引信壳体和发火击针；其中，在战斗部壳体内的底部安装战斗部主装药，在战斗部壳体内且位于战斗部主装药上设置传爆序列，战斗部壳体的顶部安装引信壳体，在引信壳体内设置发火击针，发火击针正对传爆序列，传爆序列从前至后依次包括雷管、导爆药和起爆药，传爆序列和发火击针统称为引信；起爆时，发火击针撞击传爆序列，雷管爆炸点燃导爆药，导爆药引爆起爆药，起爆药引爆战斗部主装药，实现小口径炮弹的爆炸；引信可靠发火测试时，拆除传爆序列和战斗部主装药，用配重物代替战斗部主装药，即在战斗部壳体内的底部设置配重物，本发明的小口径炮弹引信可靠发火测试系统代替传爆序列的位置，放置在战斗部壳体内的配重物上。

本发明的一个目的在于提出一种小口径炮弹引信可靠发火测试系统。

本发明的小口径炮弹引信可靠发火测试系统包括：测试系统壳体、缓冲材料、测试系统电源、测试系统主控单元、支撑柱和压力传感器；其中，在战斗部壳体内且位于配重物上同轴设置测试系统壳体；在测试系统壳体内设置缓冲材料；在缓冲材料内设置测试系统电源和测试系统主控单元；支撑柱的底部固定连接在测试系统壳体内的缓冲材料中，支撑柱的顶部伸入引信壳体中，并位于发火击针的下方；在支撑柱的前端设置压力传感器，压力传感器为柔性薄膜传感器；支撑柱为环形柱，在中间具有通道；压力传感器通过电源线经支撑柱中间的通道连接至测试系统电源；

测试系统主控单元包括控制芯片、三轴加速度计、存储器、同步时钟发生器、通讯芯片、信号调整模块和模数转换芯片；其中，测试系统电源分别连接至控制芯片、三轴加速度计和同步时钟发生器；控制芯片分别连接至存储器、通讯芯片、信号调整模块和模数转换芯片；控制芯片设定信号调整模块的噪声过滤范围和幅值调整范围；控制芯片设定模数转换芯片的采样频率；三轴加速度计和同步时钟发生器分别连接至信号调整模块；信号调整模块连接至模数转换芯片；模数转换芯片连接至存储器；压力传感器通过同步时钟线经支撑柱中间的通道连接至同步时钟发生器；压力传感器通过数据传输线经支撑柱中间的通道连接至信息调整模块；控制芯片通过通信芯片连接至上位机；

安装有小口径炮弹引信可靠发火测试系统的小口径炮弹进行打靶测试；在小口径炮弹撞靶过程中，同步时钟发生器发出时钟周期信号，时钟周期信号是一种周期性的脉冲信号，时钟周期信号经信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，再经模数转换芯片转换成数字信号，经存储器传输至控制芯片；同步时钟发生器同时将时钟周期信号经同步时钟线传输至压力传感器；压力传感器采集压力信号，并将压力信号转换为电信号，按照与时钟周期信号相同的频率，传输至信息调整模块，信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，传输至模数转换芯片，模数转换芯片将电信号转换成数字信号传输至存储器，存储器再传输至控制芯片；三轴加速度计采集加速度信号并传输至信息调整模块，信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，传输至模数转换芯片，模数转换芯片转换成数字信号传输至存储器，存储器再传输至控制芯片；当小口径炮弹撞击到靶时，引信壳体的头部受到靶的撞击力，引信壳体内部的发火击针加速运动撞向位于支撑柱前端的压力传感器，此时控制芯片接收到压力传感器的压力信号超过阈值，判定小口径炮弹撞击到靶，控制芯片将撞靶时的加速度信号和压力信号存储在缓存区；

当撞击结束后，压力信号稳定，控制芯片根据稳定的压力信号判定撞击结束；控制芯片根据压力信号的变化并结合同步时钟发生器发送的时钟周期信号计算撞靶前后的时间差，得到撞击过程的时间；撞击结束后，通过通讯芯片将控制芯片的缓存区内的所有数据传输至上位机，上位机根据已知的初速度、撞击过程的时间和撞靶时的加速度，通过牛顿第二定律计算得到发火击针的侵彻行程，根据撞靶时的加速度得到撞靶时发火击针产生的碰撞过载，以及撞击过程的时间等于发火击针作用压力传感器的时间，即得到发火机构的响应时间。

支撑柱的底部通过压螺固定连接在测试系统壳体。

压力传感器通过固定螺固定安装在支撑柱的前端。

在连接压力传感器的电源线、同步时钟线和数据传输线外包裹柔性线外包，一端通过线缆卡具固定在压力传感器的后表面。

测试系统壳体采用双层聚丙烯蜂巢板，在测试系统壳体内设置缓冲材料，缓冲材料采用石棉，有效减少因小口径炮弹撞击时主控单元和电源受到的过载。配重物采用沙土。

本发明的另一个目的在于提出一种小口径炮弹引信可靠发火测试系统的测试方法。

本发明的小口径炮弹引信可靠发火测试系统的测试方法，包括以下步骤：

1)拆除小口径炮弹的传爆序列和战斗部主装药，用配重物代替战斗部主装药，放在战斗部壳体内的底部，将小口径炮弹引信可靠发火测试系统代替传爆序列的位置，放置在战斗部壳体内的配重物上；

2)对安装有小口径炮弹引信可靠发火测试系统的小口径炮弹进行打靶测试；

3)在小口径炮弹撞靶过程中，同步时钟发生器发出时钟周期信号，时钟周期信号是一种周期性的脉冲信号，时钟周期信号经信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，再经模数转换芯片转换成数字信号，经存储器传输至控制芯片；

4)同步时钟发生器同时将时钟周期信号经同步时钟线传输至压力传感器；压力传感器采集压力信号，并将压力信号转换为电信号，按照与时钟周期信号相同的频率，传输至信息调整模块，信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，传输至模数转换芯片，模数转换芯片将电信号转换成数字信号传输至存储器，存储器再传输至控制芯片；

5)三轴加速度计采集加速度信号并传输至信息调整模块，信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，传输至模数转换芯片，模数转换芯片转换成数字信号传输至存储器，存储器再传输至控制芯片；

6)当小口径炮弹撞击到靶时，引信壳体的头部受到靶的撞击力，引信壳体内部的发火击针加速运动撞向位于支撑柱前端的压力传感器，此时控制芯片接收到压力传感器的压力信号超过阈值，判定小口径炮弹撞击到靶，控制芯片将撞靶时的加速度信号和压力信号存储在缓存区；

7)当撞击结束后，压力信号稳定，控制芯片根据稳定的压力信号判定撞击结束；控制芯片根据压力信号的变化并结合同步时钟发生器发送的时钟周期信号计算撞靶前后的时间差，得到撞击过程的时间；撞击结束后，通过通讯芯片将控制芯片的缓存区内的所有数据传输至上位机，上位机根据已知的初速度、撞击过程的时间和撞靶时的加速度，通过牛顿第二定律计算得到发火击针的侵彻行程，根据撞靶时的加速度得到撞靶时发火击针产生的碰撞过载，以及撞击过程的时间等于发火击针作用压力传感器的时间，即得到发火机构的响应时间。

本发明的优点：

本发明采用模块化设计方法，实现在不装药的条件下，进行引信发火机构可靠作用试验，并得到碰撞过载、响应时间和侵彻行程等发火机构响应的量化数据；此外，本发明中用到的缓冲材料采用双层聚丙烯蜂巢板，大大降低测试系统在撞靶过程中损毁的风险。

附图说明

图1为本发明的小口径炮弹引信可靠发火测试系统的一个实施例的示意图；

图2为本发明的小口径炮弹引信可靠发火测试系统的一个实施例的压力传感器的连接关系的示意图；

图3为本发明的小口径炮弹引信可靠发火测试系统的一个实施例的测试系统主控单元的结构框图；

图4为本发明的小口径炮弹引信可靠发火测试系统的测试过程的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

小口径炮弹包括：战斗部壳体01、战斗部主装药、传爆序列、引信壳体02和发火击针03；其中，在战斗部壳体01内的底部安装战斗部主装药，在战斗部壳体01内且位于战斗部主装药上设置传爆序列，战斗部壳体01的顶部安装引信壳体02，在引信壳体02内设置发火击针03，发火击针03正对传爆序列，传爆序列从前至后依次包括雷管、导爆药和起爆药，传爆序列和发火击针03统称为引信；起爆时，发火击针03撞击传爆序列，雷管爆炸点燃导爆药，导爆药引爆起爆药，起爆药引爆战斗部主装药，实现小口径炮弹的爆炸；引信可靠发火测试时，拆除传爆序列和战斗部主装药，用配重物代替战斗部主装药，在战斗部壳体01内的底部设置配重物04，将本发明的小口径炮弹引信可靠发火测试系统的测试系统壳体代替传爆序列的位置，放置在战斗部壳体01内的配重物上。

如图1所示，本实施例的小口径炮弹引信可靠发火测试系统包括：测试系统壳体1、缓冲材料、测试系统电源2、测试系统主控单元3、支撑柱4和压力传感器5；其中，在战斗部壳体01内且位于配重物04上同轴设置测试系统壳体1；在测试系统壳体1内设置缓冲材料；在缓冲材料内设置测试系统电源2和测试系统主控单元3；支撑柱4的底部固定连接在测试系统壳体1内的缓冲材料中，支撑柱4的顶部伸入引信壳体02中，并位于发火击针03的下方；在支撑柱4的前端通过固定螺71固定安装压力传感器5，压力传感器5为柔性薄膜传感器；支撑柱4为环形柱，在中间具有通道；压力传感器5通过电源线73经支撑柱4中间的通道连接至测试系统电源2；支撑柱4的底部通过压螺6固定连接在测试系统壳体1内。电源线73、数据传输线74和同步时钟线75外包裹柔性线外包72，通过线缆卡具70固定在压力传感器5的后表面，如图2所示。

如图3所示，测试系统主控单元3包括控制芯片、三轴加速度计、存储器、同步时钟发生器、通讯芯片、信号调整模块和模数转换芯片；其中，测试系统电源2分别连接至控制芯片、三轴加速度计和同步时钟发生器；控制芯片分别连接至存储器、通讯芯片、信号调整模块和模数转换芯片；控制芯片设定信号调整模块的噪声过滤范围和幅值调整范围；控制芯片设定模数转换芯片的采样频率；三轴加速度计和同步时钟发生器分别连接至信号调整模块；信号调整模块连接至模数转换芯片；模数转换芯片连接至存储器；压力传感器5通过同步时钟线75经支撑柱4中间的通道连接至同步时钟发生器；压力传感器5通过数据传输线74经支撑柱4中间的通道连接至信息调整模块；控制芯片通过通信芯片连接至上位机。

在本实施例中，支撑柱4的底部通过压螺固定连接在测试系统壳体1；测试系统壳体1采用双层聚丙烯蜂巢板，缓冲材料采用石棉；配重物04采用沙土。

本实施例的小口径炮弹引信可靠发火测试系统的测试方法，如图4所示，包括以下步骤：

1)拆除小口径炮弹的传爆序列和战斗部主装药，用配重物04代替战斗部主装药，放在战斗部壳体内的底部，将小口径炮弹引信可靠发火测试系统代替传爆序列的位置，放置在战斗部壳体内的配重物04上，如图1所示；

2)对安装有小口径炮弹引信可靠发火测试系统的小口径炮弹进行打靶测试；

3)在小口径炮弹撞靶过程中，同步时钟发生器发出时钟周期信号，时钟周期信号是一种周期性的脉冲信号，周期为1ms～5ms，时钟周期信号经信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，再经模数转换芯片转换成数字信号，经存储器传输至控制芯片；

4)同步时钟发生器同时将时钟周期信号经同步时钟线传输至压力传感器5；压力传感器5采集压力信号，并将压力信号转换为电信号，按照与时钟周期信号相同的频率，传输至信息调整模块，信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，传输至模数转换芯片，模数转换芯片将电信号转换成数字信号传输至存储器，存储器再传输至控制芯片；

5)三轴加速度计采集加速度信号并传输至信息调整模块，信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，传输至模数转换芯片，模数转换芯片转换成数字信号传输至存储器，存储器再传输至控制芯片；

6)当小口径炮弹撞击到靶时，引信壳体02的头部受到靶的撞击力，引信壳体02内部的发火击针03加速运动撞向位于支撑柱4前端的压力传感器5，此时控制芯片接收到压力传感器5的压力信号超过阈值，阈值为0.1GPa～0.5GPa，压力值为0.1GPa～10GPa，判定小口径炮弹撞击到靶，控制芯片将撞靶时的加速度信号和压力信号存储在缓存区；

7)当撞击结束后，压力信号稳定，控制芯片根据稳定的压力信号判定撞击结束；控制芯片根据压力信号的变化并结合同步时钟发生器发送的时钟周期信号计算撞靶前后的时间差，得到撞击过程的时间：

控制芯片判断压力传感器5传送的压力信号的变化情况，压力信号的频率与时钟周期信号的脉冲信号的频率相同，若连续N个压力值大小都不相同且均大于阈值，则将第N个传送的压力值伴随的时钟周期个数作为计时起点，3≤N≤6；撞击结束后，压力信号恒定，若压力值连续M个都几乎无变化，则将第M个传回的压力值伴随的时钟周期个数作为计时终点，3≤M≤6；控制芯片计算撞靶前后的时间差，即先计算计时终点周期个数与计时起点周期个数之差，再用周期乘以周期个数之差，最后得到撞击过程的时间；

8)撞击结束后，通过通讯芯片将控制芯片的缓存区内的所有数据传输至上位机，上位机根据已知的初速度、撞击过程的时间和撞靶时的加速度，通过牛顿第二定律计算得到发火击针03的侵彻行程，根据撞靶时的加速度信号得到撞靶时发火击针产生的碰撞过载，撞靶时的加速度除以重力加速度等于碰撞过载，碰撞过载为100000g以上，并且撞击过程的时间等于发火击针03作用压力传感器5的时间，即得到发火机构的响应时间。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种小口径炮弹引信可靠发火测试系统，小口径炮弹包括：战斗部壳体、战斗部主装药、传爆序列、引信壳体和发火击针；其中，在战斗部壳体内的底部安装战斗部主装药，在战斗部壳体内且位于战斗部主装药上设置传爆序列，战斗部壳体的顶部安装引信壳体，在引信壳体内设置发火击针，发火击针正对传爆序列，传爆序列从前至后依次包括雷管、导爆药和起爆药，传爆序列和发火击针统称为引信；引信可靠发火测试时，拆除传爆序列和战斗部主装药，用配重物代替战斗部主装药，即在战斗部壳体内的底部设置配重物，所述小口径炮弹引信可靠发火测试系统代替传爆序列的位置，放置在战斗部壳体内的配重物上，其特征在于，所述小口径炮弹引信可靠发火测试系统包括：测试系统壳体、缓冲材料、测试系统电源、测试系统主控单元、支撑柱和压力传感器；其中，在战斗部壳体内且位于配重物上同轴设置测试系统壳体；在测试系统壳体内设置缓冲材料；在缓冲材料内设置测试系统电源和测试系统主控单元；支撑柱的底部固定连接在测试系统壳体内的缓冲材料中，支撑柱的顶部伸入引信壳体中，并位于发火击针的下方；在支撑柱的前端设置压力传感器，压力传感器为柔性薄膜传感器；支撑柱为环形柱，在中间具有通道；压力传感器通过电源线经支撑柱中间的通道连接至测试系统电源；

测试系统主控单元包括控制芯片、三轴加速度计、存储器、同步时钟发生器、通讯芯片、信号调整模块和模数转换芯片；其中，测试系统电源分别连接至控制芯片、三轴加速度计和同步时钟发生器；控制芯片分别连接至存储器、通讯芯片、信号调整模块和模数转换芯片；控制芯片设定信号调整模块的噪声过滤范围和幅值调整范围；控制芯片设定模数转换芯片的采样频率；三轴加速度计和同步时钟发生器分别连接至信号调整模块；信号调整模块连接至模数转换芯片；模数转换芯片连接至存储器；压力传感器通过同步时钟线经支撑柱中间的通道连接至同步时钟发生器；压力传感器通过数据传输线经支撑柱中间的通道连接至信息调整模块；控制芯片通过通信芯片连接至上位机；

安装有小口径炮弹引信可靠发火测试系统的小口径炮弹进行打靶测试；在小口径炮弹撞靶过程中，同步时钟发生器发出时钟周期信号，时钟周期信号是一种周期性的脉冲信号，时钟周期信号经信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，再经模数转换芯片转换成数字信号，经存储器传输至控制芯片；同步时钟发生器同时将时钟周期信号经同步时钟线传输至压力传感器；压力传感器采集压力信号，并将压力信号转换为电信号，按照与时钟周期信号相同的频率，传输至信息调整模块，信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，传输至模数转换芯片，模数转换芯片将电信号转换成数字信号传输至存储器，存储器再传输至控制芯片；三轴加速度计采集加速度信号并传输至信息调整模块，信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，传输至模数转换芯片，模数转换芯片转换成数字信号传输至存储器，存储器再传输至控制芯片；当小口径炮弹撞击到靶时，引信壳体的头部受到靶的撞击力，引信壳体内部的发火击针加速运动撞向位于支撑柱前端的压力传感器，此时控制芯片接收到压力传感器的压力信号超过阈值，判定小口径炮弹撞击到靶，控制芯片将撞靶时的加速度信号和压力信号存储在缓存区；

当撞击结束后，压力信号稳定，控制芯片根据稳定的压力信号判定撞击结束；控制芯片根据压力信号的变化并结合同步时钟发生器发送的时钟周期信号计算撞靶前后的时间差，得到撞击过程的时间；撞击结束后，通过通讯芯片将控制芯片的缓存区内的所有数据传输至上位机，上位机根据已知的初速度、撞击过程的时间和撞靶时的加速度，通过牛顿第二定律计算得到发火击针的侵彻行程，根据撞靶时的加速度得到撞靶时发火击针产生的碰撞过载，以及撞击过程的时间等于发火击针作用压力传感器的时间，即得到发火机构的响应时间。

2.如权利要求1所述的小口径炮弹引信可靠发火测试系统，其特征在于，所述支撑柱的底部通过压螺固定连接在测试系统壳体。

3.如权利要求1所述的小口径炮弹引信可靠发火测试系统，其特征在于，所述压力传感器通过固定螺固定安装在支撑柱的前端。

4.如权利要求1所述的小口径炮弹引信可靠发火测试系统，其特征在于，所述在连接压力传感器的电源线、同步时钟线和数据传输线外包裹柔性线外包，一端通过线缆卡具固定在压力传感器的后表面。

5.如权利要求1所述的小口径炮弹引信可靠发火测试系统，其特征在于，所述测试系统壳体采用双层聚丙烯蜂巢板。

6.如权利要求1所述的小口径炮弹引信可靠发火测试系统，其特征在于，所述配重物采用沙土。

7.一种如权利要求1所述的小口径炮弹引信可靠发火测试系统的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：

1)拆除小口径炮弹的传爆序列和战斗部主装药，用配重物代替战斗部主装药，放在战斗部壳体内的底部，将小口径炮弹引信可靠发火测试系统代替传爆序列的位置，放置在战斗部壳体内的配重物上；

2)对安装有小口径炮弹引信可靠发火测试系统的小口径炮弹进行打靶测试；

3)在小口径炮弹撞靶过程中，同步时钟发生器发出时钟周期信号，时钟周期信号是一种周期性的脉冲信号，时钟周期信号经信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，再经模数转换芯片转换成数字信号，经存储器传输至控制芯片；

4)同步时钟发生器同时将时钟周期信号经同步时钟线传输至压力传感器；压力传感器采集压力信号，并将压力信号转换为电信号，按照与时钟周期信号相同的频率，传输至信息调整模块，信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，传输至模数转换芯片，模数转换芯片将电信号转换成数字信号传输至存储器，存储器再传输至控制芯片；

5)三轴加速度计采集加速度信号并传输至信息调整模块，信息调整模块过滤噪声并调整幅值范围，传输至模数转换芯片，模数转换芯片转换成数字信号传输至存储器，存储器再传输至控制芯片；

6)当小口径炮弹撞击到靶时，引信壳体的头部受到靶的撞击力，引信壳体内部的发火击针加速运动撞向位于支撑柱前端的压力传感器，此时控制芯片接收到压力传感器的压力信号超过阈值，判定小口径炮弹撞击到靶，控制芯片将撞靶时的加速度信号和压力信号存储在缓存区；

7)当撞击结束后，压力信号稳定，控制芯片根据稳定的压力信号判定撞击结束；控制芯片根据压力信号的变化并结合同步时钟发生器发送的时钟周期信号计算撞靶前后的时间差，得到撞击过程的时间；撞击结束后，通过通讯芯片将控制芯片的缓存区内的所有数据传输至上位机，上位机根据已知的初速度、撞击过程的时间和撞靶时的加速度，通过牛顿第二定律计算得到发火击针的侵彻行程，根据撞靶时的加速度得到撞靶时发火击针产生的碰撞过载，以及撞击过程的时间等于发火击针作用压力传感器的时间，即得到发火机构的响应时间。

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