CN116481375B - 一种炮-撬结合发射系统的模拟试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种炮‑撬结合发射系统的模拟试验装置，包括：平衡炮段，固定在试验台架上，用于实现弹丸的发射工作；配重体段，固定在平衡炮段后方的试验台架上，用于为膛内平衡体飞出炮管提供阻力；滑轨段，固定在平衡炮段前方的试验台架上，用于支撑弹丸飞出炮管后继续滑行。与现有技术相比，本发明应用简单的结构和原理，能够准确测试和研究弹丸在高过载环境作用下的性能参数变化，同时本发明提供的模拟试验装置操作简单，安全可靠，经济实惠。
Description
技术领域
本发明涉及兵器发射系统领域，特别是一种炮-撬结合发射系统的模拟试验装置。
背景技术
随着各种高能发射药、高能量密度装药技术在现代高性能火炮中的应用，武器战斗部在膛内发射过程中面临高压、高温、高过载的恶劣环境，尤其是弹丸所受到的膛内过载过大或过小都有可能影响引信机构在发射过程中的可靠性，进而影响火炮各类精密仪器、电子元件及制导电路，过高的膛压及弹体加速度将导致其内部支撑结构的变形及各类电子元器件的损伤，甚至造成制导系统失效。武器战斗部在经受高强度的加速度冲击后仍能正常工作，是其实现“远程压制、精确打击、高效损伤”的重要前提，因此，耐高过载便成为武器战斗部的一项必不可少的基本要求。
为测试和研究武器战斗部在高过载环境作用下的性能参数变化，尤其是弹丸、电子元器件等主要性能部件的抗冲击性能、安全行及作用可靠性，亟需开展抗过载能力试验。目前，用于武器战斗部的高过载模拟方法主要有霍普金森杆试验、落球碰撞试验、马歇特锤试验、空气炮加载试验等。虽然上述方法能提高高过载环境，但均着重与满足部件级的抗过载能力验证，缺乏系统性的试验测试手段，且与弹丸发射真是的内弹道环境相差甚远，不能真实反映武器战斗部实战环境条件下的作战效能，也无法解决高价值弹丸的无损回收。
针对上述问题，采用试验平台相结合的方式，开展基于平衡炮和火箭撬的大口径武器战斗部内弹道模拟及无损回收技术研究，解决当前缺少大口径武器战斗部系统级抗过载能力验证、无法实现高价值武器战斗部有效回收、膛内过载峰值较低等问题，为不同型号武器战斗部提供有效、可靠的高过载地面验证手段，对各类武器战斗部研制技术的提升及改进提供保障。
但是这种大型军事试验方案非常的复杂，需要设计专门的炮-撬结合发射系统，包括身管、身管内衬钢轨、系统安装支架、身管哈夫、膛外装填引导钢轨、过渡连接钢轨、装填用电液推杆和混凝土基础等。其加工设计难度极大，成本非常高，不容许出现差错，重复试验概率极低。而且需要多部门多人协同作业，操作非常困难，保证安全性难度大。这些问题都使大型炮-撬结合发射系统试验开展的成本非常的高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炮-撬结合发射系统的模拟试验装置，通过设计合理的平衡炮几何尺寸和滑轨的几何构型，实现准确测试和研究弹丸在高过载环境作用下的性能参数变化试验目的，同时经过模拟发射试验，验证本平衡炮和滑轨的结构安全性，进而验证本模拟试验方法的正确性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种炮-撬结合发射系统的模拟试验装置，包括平衡炮段，固定在试验台架上，用于实现弹丸的发射工作；配重体段，固定在平衡炮段后方的试验台架上，用于为膛内平衡体飞出炮管提供阻力；滑轨段，固定在平衡炮段前方的试验台架上，用于弹丸飞出炮管后继续滑行。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明提供的炮-撬结合发射系统的模拟试验装置，气动原理简单，结构易于实现，操作简单，安全可靠，经济实惠，无需进行大型炮射试验，亦无须联合多部门协同作业，仅需要几位操作人员在常规场地即可实现新型炮-撬结合发射系统的炮射试验，可有效避免大型装药量带来的安全性问题，有效节省试验成本和工作量，为开展工程应用中的新型炮-撬结合发射系统的安全可靠性分析提供了一种切实可行的试验方案。
附图说明
图1是本发明炮-撬结合发射系统的模拟试验装置的前视图；
图2是本发明炮-撬结合发射系统的模拟试验装置的测压孔剖面图；
图3是本发明炮-撬结合发射系统的模拟试验装置的膛内滑轨剖面图；
图4是本发明炮-撬结合发射系统的模拟试验装置的膛外滑轨剖面图；
图5是本发明炮-撬结合发射系统的模拟试验装置的炮射试验中的膛压随时间变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
如图1、图2所示，本次发明的一种炮-撬结合发射系统的模拟试验装置，安装在试验台架上，包括平衡炮段9、配重体段16、滑轨段12，其中，配重体段16固定在平衡炮段9后方，滑轨段12位于平衡炮段9前方。
平衡炮段9包括炮管6、膛内滑轨7、炮管支架8、弹丸和膛内平衡体；炮管支架8与试验台架相连，用于固定支撑炮管6；膛内滑轨7固定在炮管6中，用于弹丸和膛内平衡体的运行提供轨道支撑，膛内滑轨7为“工”字形轨道，截面如图3所示，膛内滑轨7下方为了贴合炮管设计为弧形。弹丸和膛内平衡体上设置有与膛内滑轨7配合的凹槽；发射试验时，弹丸在炮管内向前运动，膛内平衡体在炮管内向后运动，实现动力平衡，用于抵消弹丸发射产生的向后冲击力，从而减小炮身后坐力。
炮管6包括炮口段1、药室2、炮管尾端段3、定位孔4、测压孔5和压力传感器。炮管6为一等直径的圆形筒状直管，用于发射弹丸；炮口段1为弹丸在膛内的运动段，炮管尾端段3为膛内平衡体在膛内的运动段；药室2为装填火药的腔体；定位孔4设置在炮管上，用于确定弹丸在膛内的装填位置；测压孔5为阶梯孔，结构和尺寸根据需要安装的压力传感器设计；
配重体段16包括膛外平衡体13、V型槽14和V型槽支架15，V型槽支架15由六块V型的薄钢板组成，V型槽支架15下方与试验台架相连且上方固定V型槽14；膛外平衡体13设置在V型槽14上方且与炮管6的尾端固定连接，膛外平衡体13为圆柱体，用于膛内平衡体飞出炮管尾端段3后提供阻力，减少膛内平衡体的飞出炮管的运动距离，便于膛内平衡体的回收。
滑轨段12包括膛外滑轨10和滑轨支架11；滑轨支架11为一梯形薄钢板，置于膛外滑轨10下方，与试验台相连；膛外滑轨10设置在炮管6前端且固定在滑轨支架11的上方，膛外滑轨10与膛内滑轨7连接在一起，形成一条连续的滑轨，膛外滑轨10为“工”字形轨道，其截面如图4所示，弹丸飞出炮口后与膛外滑轨10配合，沿膛外滑轨10继续向前运动。
工作原理为：试验时，火药在药室2中被点燃后，形成高温高压燃气，推动弹丸向前在炮口段1中运行，推动膛内平衡体向后在炮尾段3中运行。弹丸和膛内平衡体在炮管6中均在膛内轨道7上运行。弹丸飞出炮口后，在膛外滑轨10上运行，膛内平衡体在火药燃气的作用下向后运动，飞出炮尾后推动膛外平衡体13在V型槽14上运动。
根据试验，压力传感器测得发射过程中的膛内压力Pt，根据内弹道学原理，则弹底压力公式为：
式中，Pt为膛内压力、Pd为弹底压力、ω为装药量、m为弹丸质量，为虚拟质量系数，平衡炮一般取1.03。
则弹丸最大过载计算公式为：
amax=SPd/ψm
其中,amax 为弹丸最大过载，S为炮管的横截面积，ψ为次要功计算系数，一般取值1.03。
同时在设计时，炮管6内外壁半径需要满足如下的设计条件：
=/>
式中：为炮管外壁半径；/>为炮管内膛半径；/>为炮管材料比例极限；n为计算时公式中的安全系数，取1。
本发明设计的一种炮-撬结合发射系统的模拟试验装置在保证准确模拟炮管承受最大膛内压力及弹丸承受的最大过载达到标准的前提下，大大简化了炮-撬结合发射系统的结构。
具体的，本实施例中的炮管6为42CrMo材料加工的等直径筒形管，炮管6长550mm,内径为65mm、外径120mm；膛外平衡体13长1.0m、外径130mm，重量104kg；滑轨10上设有4处固定位，各固定位沿滑轨10长度方向上的间距为50mm；测压孔5为一个直径16mm。
如图5所示，当弹丸质量2273g，根据试验结果测得到膛内最大压力为219.2MPa，从而计算出得弹底压力为212.2Mpa，弹丸最大过载为26760.6g。此结果满足平衡炮承受的最大膛内压力和弹丸承受的最大过载的设计标准，其中弹丸承受的最大过载设计标准是大于15000g；
针对本实施例中的模拟新型炮-撬结合发射系统装置，采用试验方法对其效果进行验证。设计了合理的平衡炮几何结构及滑轨的几何参数，以获得合适的最大膛压和发射体承受的最高过载，使得模拟试验得到的试验结果达到标准，达到了设计目的。
本发明提供的模拟新型炮-撬结合发射系统装置气动原理简单，结构易于实现，较大程度的利用了原有试验组件，极大降低了试验的难度和成本。在保证最大膛压和发射体承受的最高过载基本相同的前体下，设计了合理的滑轨几何结构，发射体飞出膛口后沿着滑轨继续向前运动，使得模拟试验的结果与真实的发射情况吻合。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的本质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 (6)
1.一种炮-撬结合发射系统的模拟试验装置，其特征在于，包括：
平衡炮段，固定在试验台架上，用于实现弹丸的发射工作；
配重体段，固定在平衡炮段后方的试验台架上，用于为膛内平衡体飞出炮管提供阻力；所述配重体段包括膛外平衡体、V型槽和V型槽支架；V型槽支架下方与试验台架相连且上方固定V型槽；膛外平衡体设置在V型槽上方且与炮管的尾端固定连接；
滑轨段，固定在平衡炮段前方的试验台架上，用于支撑弹丸飞出炮管后继续滑行；所述平衡炮段包括炮管、膛内滑轨、炮管支架、弹丸和膛内平衡体，炮管支架与试验台架相连，用于固定支撑炮管；膛内滑轨固定在炮管中，用于弹丸和膛内平衡体的运行提供轨道支撑，膛内滑轨为“工”字形轨道，膛内滑轨下方为了贴合炮管设计为弧形；膛内平衡体用于抵消弹丸发射产生的向后冲击力，弹丸和膛内平衡体上设置有与膛内滑轨配合的凹槽。
2.根据权利要求1所述的炮-撬结合发射系统的模拟试验装置，其特征在于，所述滑轨段包括膛外滑轨和滑轨支架；滑轨支架置于膛外滑轨下方且与试验台相连；膛外滑轨设置在平衡炮段的前端且固定在滑轨支架的上方，膛外滑轨与膛内滑轨连接在一起，形成一条连接的滑轨。
3.根据权利要求1所述的炮-撬结合发射系统的模拟试验装置，其特征在于，所述炮管包括炮口段、药室、炮管尾端段、定位孔、测压孔和压力传感器；炮管为一等直径的圆形筒状直管，用于发射弹丸；炮口段为弹丸在膛内的运动段，炮管尾端段为膛内平衡体在膛内的运动段；药室为装填火药的腔体；定位孔设置在炮管上，用于确定弹在膛内的装填位置；测压孔为安装压力传感器的阶梯孔。
4.根据权利要求1所述的炮-撬结合发射系统的模拟试验装置，其特征在于，所述炮管内外壁半径需要满足如下的设计条件：
5.根据权利要求2所述的炮-撬结合发射系统的模拟试验装置，其特征在于，所述膛内滑轨和膛外滑轨均为“工”字形轨道，其中膛内滑轨下方为了贴合炮管设计为弧形。
6.根据权利要求1所述的炮-撬结合发射系统的模拟试验装置，其特征在于，所述V型槽支架由六块V型的薄钢板组成。
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