CN116776563A - 弹丸内部元器件过载测试系统及装载环境的优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法，包括：采用固定变量法获取在弹丸测试过程中，某一第二数据变化与各第一数据变化之间的第一对应关系；采用固定变量法获取在弹丸测试过程中，某一第一数据变化与弹丸内元器件受损评估值变化之间的第二对应关系；获取弹丸内元器件受损评估值变化与弹丸内部元器件装载环境变化之间的第三对应关系；根据第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系，获取某一第二数据变化与弹丸内部元器件装载环境变化之间的第四对应关系；根据第四对应关系，对测试后的元器件装载环境进行优化。该设计方法可使得出的优化措施的方式更加简便和直观。

Description

弹丸内部元器件过载测试系统及装载环境的优化设计方法

技术领域

本申请一般涉及过载测试和损伤评估技术领域，尤其涉及一种弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法和过载测试系统。

背景技术

为了提高常规武器的精准性和可控性，需要在弹丸内加入弹载元器件。由此，元器件是否能够在整个过程中保持稳定工作成为弹丸设计中的重点方面。元器件的稳定性，即在弹丸发射和与被撞物发生侵彻的整个过程中，保持元器件不发生过载失效，进而保持弹丸的可控性。一般的，为了提升弹丸在特定使用环境下的稳定性，需要对设定的元器件装载环境的弹丸，来进行上述发射和侵彻全过程的测试，并对测试后元器件的稳定性进行评估，以得出为了在该使用环境下保持弹丸的可控性，也即元器件的稳定性，还需要对该设定的元器件装载环境做出哪些优化性改进措施。现有的以实验方式得到优化性改进措施的方法中，往往以元器件装载空间内有限种物理量来表征弹丸的使用环境，并以此进行实验以得出装载空间内各物理量对元器件过载产生测影响，并据此得出相应的优化方案。但这样在实际弹丸使用过程中，对于使用者判断弹丸具体的使用环境是否符合元器件不过载的要求上，对于使用者并不直观。同时，使用空气炮的实验方式，与真实的弹丸使用情况之间存在着较大差别，例如，真实情况下弹丸内火药被引燃，还会产生较大部分的热量。

在中国专利文件(CN105841559A)中，针对如何降低弹丸侵彻实验成本的问题，公开了一种新型空气炮等效加载试验装置，其通过仅在被测试的“模拟弹”内部设置测试记录装置，并通过其测得的加速度等弹丸内部测量值来表征侵彻过程中电子元器件的过载特性，然而，由于在实际应用中，上述内部测量值与弹丸使用场景之间的关系并不直观，因此上述测得的过载特性对弹丸实际使用范围的指导性较差。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种更为贴近装载空间真实优化需求的弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法。

具体技术方案如下：

第一方面

本申请提供一种弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法，包括如下步骤：

采用固定变量法获取在弹丸测试过程中，某一第二数据变化与各第一数据变化之间的第一对应关系，所述第一数据为弹丸内部的可引起所述元器件过载的第一物理量的相应测试数据，所述第二数据为弹丸外部的可引起所述元器件过载的第二物理量的相应测试数据；

采用固定变量法获取在弹丸测试过程中，某一第一数据变化与弹丸内元器件受损评估值变化之间的第二对应关系；

获取弹丸内元器件受损评估值变化与弹丸内部元器件装载环境优化方案之间的第三对应关系；

根据所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述第三对应关系，获取某一第二数据变化与弹丸内部元器件装载环境优化方案之间的第四对应关系；

根据所述第四对应关系，并结合弹丸的具体使用环境，对测试后的元器件装载环境进行优化。

作为本申请的进一步限定，所述第二物理量包括：

发射段物理量，所述发射段物理量为弹丸点火至其离开炮管过程中，可引起所述元器件过载的物理量；

侵彻段物理量，所述侵彻段物理量为弹丸点火至其离开炮管过程中，可引起所述元器件过载的物理量。

作为本申请的进一步限定，所述发射段物理量包括：弹丸出膛速度、炮管膛压和炮口冲击力。

作为本申请的进一步限定，所述侵彻段物理量包括：弹丸测试过程中靶板创面面积和应力、靶板厚度、弹丸入射靶板的角度、靶板层数、靶板间距。

作为本申请的进一步限定，所述第一物理量包括：元器件加速度。

作为本申请的进一步限定，弹丸内部元器件装载环境包括：与所述元器件各部位接触的缓冲件的弹性系数，及所述缓冲件与所述元器件相应部位之间的接触面积。

第二方面

本申请提供一种弹丸内部元器件过载测试系统，包括：

弹丸，所述弹丸内具有彼此隔绝的用于装载火药的第一装载腔和用于装载元器件及缓冲件的第二装载腔；

发射装置，所述发射装置具有炮管和点火器，所述点火器用于引燃所述第一装载腔内的火药；

靶板装置，所述靶板装置用于向所述弹丸提供撞击力，以使所述弹丸内元器件获得过载测试条件；

第一数据检测装置，所述第一数据检测装置用于检测第一数据，所述第一数据为弹丸内部的可引起所述元器件过载的第一物理量的相应测试数据；

第二数据检测装置，所述第二数据检测装置用于检测第二数据，所述第二数据为弹丸外部的可引起所述元器件过载的第二物理量的相应测试数据；

元器件受损检测装置，所述元器件受损检测装置用于检测所述元器件不同部位的受损数据。

作为本申请的进一步限定，所述第一数据检测装置包括：加速度测量机构，所述加速度测量机构设于所述第二装载腔内，用于检测所述弹丸在侵彻过程中，所述元器件加速度值的变化情况。

作为本申请的进一步限定，所述第二数据检测装置包括：检测机构和调节机构，所述检测机构包括：

炮口高速相机，设于炮口处，用于测量所述弹丸出膛时的速度；

膛压仪，设于炮管上，用于测量所述弹丸在炮管内运行时受到的膛压；

超压传感器，设于炮口处，用于测量所述弹丸出膛时，所述炮口附近设定范围内受到的冲击力；

靶板高速相机，设于所述靶板的被侵彻面处，用于测量所述靶板的创面面积；

靶板应变片，设于所述靶板内部，且沿靶板被侵彻方向依次设有多个，用于测量靶板被侵彻过程中其内部产生的应变；

所述调节机构包括：

靶板支架，设于所述靶板下侧，用于支撑靶板，其上具有角度调节结构，用于调节所述靶板被侵彻面与所述弹丸入射方向之间的夹角。

作为本申请的进一步限定，所述元器件受损检测装置包括：

元器件应变片，设于所述元器件稳定性相对较低的位置，用于检测所述元器件在弹丸测试过程中产生的较小形变；

元器件损伤检测机构，用于检测弹丸侵彻后，所述元器件上产生的较大形变。

本申请有益效果在于：

依照本方案，可通过改变某一种所述第二数据的初始值，即可在测试后得出各所述第一数据的变化情况，重复此类操作后即可得到每种所述第二数据与所述第一数据之间的所述第一对应关系；而在测试实验中，每次均会同步得到改变某一种所述第一数据的初始值后，所获得的所述弹丸内元器件的受损评估值，这样即可同步建立起每种所述第一数据与所述弹丸内元器件的受损评估值之间的所述第二对应关系；另外，所述弹丸内元器件的受损评估值即可反应出所述元器件的装载环境中需要优化的部位，和具体优化的程度，也即对应的所述装载环境优化方案，上述两个变量之间的影响关系也即所述第三对应关系。因此，根据所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述第三对应关系，即可得出每种所述第二数据与所述装载环境优化方案之间的影响关系，也即所述第四对应关系。根据实际环境中第二物理量的具体数值，并结合所述第四对应关系，即可对所述元器件的装载环境做出相应的优化。该方法较之仅依靠测出所述第一物理量与所述装载环境优化方案之间的关系，即用以指导实际中对所述装载环境的优化工作的做法，更具有可实施性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例提供的弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法流程图；

图2为图1中弹丸内部元器件过载测试系统的示意图；

图3为图2中弹丸的内部结构示意图；

图4为图2中靶板的内部结构示意图；

图中标号：1，弹丸；11，元器件；12，缓冲件；110，第一装载腔；120，第二装载腔；2，发射装置；21，炮管；22，点火器；3，靶板装置；31，靶板；41，加速度测量机构；51，炮口高速相机；52，膛压仪；53，超压传感器；54，靶板高速相机；55，靶板应变片；56，靶板支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

请参考图1，为本实施例提供的一种更为贴合实际优化设计需求的弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法，包括如下步骤：

S1:采用固定变量法获取在弹丸测试过程中，某一第二数据变化与各第一数据变化之间的第一对应关系，所述第一数据为弹丸1内部的可引起所述元器件11过载的第一物理量的相应测试数据，所述第二数据为弹丸1外部的可引起所述元器件11过载的第二物理量的相应测试数据；

S2:采用固定变量法获取在弹丸测试过程中，某一第一数据变化与弹丸1内元器件11受损评估值变化之间的第二对应关系；

S3:获取弹丸1内元器件11受损评估值变化与弹丸1内部元器件11装载环境优化方案之间的第三对应关系；

S4:根据所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述第三对应关系，获取某一第二数据变化与弹丸1内部元器件11装载环境优化方案之间的第四对应关系；

S5:根据所述第四对应关系，并结合弹丸的具体使用环境，对测试后的元器件11装载环境进行优化。

依照本方案，可通过改变某一种所述第二数据的初始值，即可在测试后得出各所述第一数据的变化情况，重复此类操作后即可得到每种所述第二数据与所述第一数据之间的所述第一对应关系；而在测试实验中，每次均会同步得到改变某一种所述第一数据的初始值后，所获得的所述弹丸内元器件的受损评估值，这样即可同步建立起每种所述第一数据与所述弹丸内元器件的受损评估值之间的所述第二对应关系；另外，所述弹丸内元器件的受损评估值即可反应出所述元器件的装载环境中需要优化的部位，和具体优化的程度，也即对应的所述装载环境优化方案，上述两个变量之间的影响关系也即所述第三对应关系。因此，根据所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述第三对应关系，即可得出每种所述第二数据与所述装载环境优化方案之间的影响关系，也即所述第四对应关系。根据实际环境中第二物理量的具体数值，并结合所述第四对应关系，即可对所述元器件的装载环境做出相应的优化。该方法较之仅依靠测出所述第一物理量与所述装载环境优化方案之间的关系，即用以指导实际中对所述装载环境的优化工作的做法，更具有可实施性。

本实施例可以通过可靠性分析、机器学习等方法将所述元器件11所受冲击强度与其损伤程度进行关联，从而建立由弹丸多参数、靶板多参数调控的冲击强度与弹载元器件损伤程度之间的关联度模型。

其中在测得的所述第二物理量的优选实施方式中，所述第二物理量包括：

发射段物理量，所述发射段物理量为弹丸点火至其离开炮管过程中，可引起所述元器件11过载的物理量；

侵彻段物理量，所述侵彻段物理量为弹丸点火至其离开炮管过程中，可引起所述元器件11过载的物理量。

由于弹丸在整个过程中，仅在所述发射段和所述侵彻段，其内部会发生较大的加速度变化，因此在评估弹丸适用范围时，也应在这两个阶段获取弹丸外部的所述第二物理量。

其中在测得的所述发射段物理量的优选实施方式中，所述发射段物理量包括：弹丸出膛速度、炮管膛压和炮口冲击力。此处还可获取其他发射段的所述第二物理量的数值，以获得弹丸外环境因素对所述元器件11在整个过程中产生的影响的结果，在此不做过多赘述。

其中在测得的所述侵彻段物理量的优选实施方式中，所述侵彻段物理量包括：弹丸测试过程中靶板创面面积和应力、靶板厚度、弹丸入射靶板的角度、靶板层数、靶板间距。此处还可获取其他侵彻段的所述第二物理量的数值，以获得弹丸外环境因素对所述元器件11在整个过程中产生的影响的结果，在此不做过多赘述。

其中在测得的所述第一物理量的优选实施方式中，所述第一物理量包括：所述元器件的11加速度。

此处还可获取其他所述第一物理量的数值，以获得弹丸内环境因素对所述元器件11在整个过程中产生的影响的结果，在此不做过多赘述。

其中在筛选用于表征所述元器件11装载环境的优选实施方式中，弹丸内部元器件装载环境包括：与所述元器件11各部位接触的缓冲件12的弹性系数，及所述缓冲件12与所述元器件11相应部位之间的接触面积。

由于与所述元器件11各部位接触的缓冲件12的弹性系数，及所述缓冲件12与所述元器件11相应部位之间的接触面积可直接影响到所述元器件11的过载情况，也即通过改变上述两个数据，可将实验中元器件11有可能发生的过载现象避免掉，或直接导致其过载。因此，以其作为用于表征所述元器件11装载环境的物理量较为合适，在此同样还可以其他对元器件11过载产生直接影响的因素作为表征值进行测量。

实施例2

本实施例提供的一种弹丸内部元器件过载测试系统，包括：

弹丸1，所述弹丸1内具有彼此隔绝的用于装载火药的第一装载腔110和用于装载元器件11及缓冲件的第二装载腔120；

发射装置2，所述发射装置2具有炮管21和点火器22，所述点火器22用于引燃所述第一装载腔110内的火药；

靶板装置3，所述靶板装置3包括多个沿所述弹丸1运行路径方向排列的靶板31，用于向所述弹丸1提供撞击力，以使所述元器件11获得过载测试条件；

第一数据检测装置，所述第一数据检测装置用于检测第一数据，所述第一数据为弹丸内部的可引起所述元器件11过载的第一物理量的相应测试数据；

第二数据检测装置，所述第二数据检测装置用于检测第二数据，所述第二数据为弹丸外部的可引起所述元器件11过载的第二物理量的相应测试数据；

元器件受损检测装置，所述元器件受损检测装置用于检测所述元器件11不同部位的受损数据。

如图2中所示，为本实施例提供的一种弹丸内部元器件过载测试系统，通过所述发射装置2可将装载有元器件11的所述弹丸1发射出去，并与所述靶板装置3发生碰撞，以完成所需测量的数据的获取。其中与现有技术中使用空气炮催动靶板撞击弹丸的方式不同，本实施例中使用的是真实的需要装填火药的真实弹丸，该种测试方式更加贴近于弹丸的使用环境，其测量的影响因素的数据也更为真实，对于弹丸的适用范围也更具指导意义。

其中在所述第一数据检测装置的优选实施方式中，所述第一数据检测装置包括：加速度测量机构41，所述加速度测量机构41设于所述第二装载腔120内，用于检测所述弹丸1在发射和侵彻测试过程中，所述元器件11加速度值。

如图3中所示，所述弹丸1中所述第一装载腔110上设置有可拆卸结构，以便安装和取出所述元器件11及所述加速度测量机构41，在测试完成后，取出所述加速度测量机构41，并获取弹丸侵彻前、后加速度曲线的峰值，并查看所述元器件11是否发生过载，进而确定在所述弹丸1的加速度维度的适用范围。

其中在所述第二数据检测装置的优选实施方式中，所述第二数据检测装置包括：检测机构和调节机构，所述检测机构包括：

炮口高速相机51，设于炮口处，用于测量所述弹丸1出膛时的速度；

膛压仪52，设于炮管上，用于测量所述弹丸1在炮管内运行时受到的膛压；

超压传感器53，设于炮口处，用于测量所述弹丸1出膛时，所述炮口附近设定范围内产生的冲击力；

靶板高速相机54，设于所述靶板31的被侵彻面处，用于测量所述靶板31的创面面积；

靶板应变片55，设于所述靶板31内部，且沿靶板31被侵彻方向依次设有多个，用于测量所述靶板31被侵彻过程中其内部产生的应变；

所述调节机构包括：

靶板支架56，设于所述靶板31下侧，用于支撑所述靶板31，其上具有角度调节结构，用于调节所述靶板31被侵彻面与所述弹丸1入射方向之间的夹角。

如图2中所示，通过所述炮口高速相机51可获得所述发射段物理量中的弹丸出膛速度，通过所述膛压仪52可获得所述发射段物理量中的炮管膛压，通过所述超压传感器53可获得所述发射段物理量中的炮口冲击力，通过所述靶板高速相机54可获得所述侵彻段物理量中的靶板创面面积，通过所述靶板应变片55可获得所述侵彻段物理量中的靶板应力。而在测试过程中一般会多次改变所述侵彻段物理量中的靶板厚度、弹丸入射靶板的角度、靶板层数、靶板间距等物理量，其中改变所述弹丸入射靶板的角度是通过所述靶板支架56完成的，并且，在针对每种物理量的测试时，一般设置一个对比参照组，以确定该物理量的数值的大概变化范围。并通过仿真手段对弹丸入射靶板的角度进行预先计算，避免的情况发生。

如图4中所示，所述靶板装置3中，包括并排设置在所述弹丸1运行轨迹上的多个或多种材质的靶板31，以测得上述侵彻段物理量。

其中在所述元器件受损检测装置的优选实施方式中，所述元器件受损检测装置包括：

元器件应变片，设于所述元器件稳定性相对较低的位置，用于检测所述元器件11在弹丸测试过程中产生的较小形变；

元器件损伤检测机构，用于检测弹丸侵彻后，所述元器件11上产生的较大形变。

所述元器件损伤检测机构采用扫描电镜查看其晶相组织，分析所述元器件11内部是否产生微小裂纹、裂纹扩展的方向以及断口特征等。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

采用固定变量法获取在弹丸测试过程中，某一第二数据变化与各第一数据变化之间的第一对应关系，所述第一数据为弹丸(1)内部的可引起所述元器件(11)过载的第一物理量的相应测试数据，所述第二数据为弹丸(1)外部的可引起所述元器件(11)过载的第二物理量的相应测试数据，所述第一数据和所述第二数据均由弹丸内部元器件过载测试系统测得；

采用固定变量法获取在弹丸测试过程中，某一第一数据变化与弹丸(1)内元器件(11)受损评估值变化之间的第二对应关系；

获取弹丸(1)内元器件(11)受损评估值变化与弹丸(1)内部元器件(11)装载环境优化方案之间的第三对应关系；

根据所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述第三对应关系，获取所述第二数据变化与弹丸(1)内部元器件(11)装载环境优化方案之间的第四对应关系；

根据所述第四对应关系，并结合弹丸的具体使用环境，对测试后的元器件(11)装载环境进行优化。

2.根据权利要求1所述的弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法，其特征在于，所述第二物理量包括：

发射段物理量，所述发射段物理量为弹丸点火至其离开炮管过程中，可引起所述元器件(11)过载的物理量；

侵彻段物理量，所述侵彻段物理量为弹丸点火至其离开炮管过程中，可引起所述元器件(11)过载的物理量。

3.根据权利要求2所述的弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法，其特征在于，所述发射段物理量包括：弹丸出膛速度、炮管膛压和炮口冲击力。

4.根据权利要求2所述的弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法，其特征在于，所述侵彻段物理量包括：弹丸测试过程中靶板创面面积和应力、靶板厚度、弹丸入射靶板的角度、靶板层数、靶板间距。

5.根据权利要求1所述的弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法，其特征在于，所述第一物理量包括：所述元器件(11)的加速度。

6.根据权利要求1所述的弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法，其特征在于，弹丸内部元器件装载环境包括：与所述元器件(11)各部位接触的缓冲件(12)的弹性系数，及所述缓冲件(12)与所述元器件(11)相应部位之间的接触面积。

7.一种使用权利要求1-6中任意一项所述的弹丸内部元器件装载环境的优化设计方法，对所述第一数据和所述第二数据进行测试的弹丸内部元器件过载测试系统，其特征在于，包括：

弹丸(1)，所述弹丸(1)内具有彼此隔绝的用于装载火药的第一装载腔(110)和用于装载元器件(11)及缓冲件的第二装载腔(120)；

发射装置(2)，所述发射装置(2)具有炮管(21)和点火器(22)，所述点火器(22)用于引燃所述第一装载腔(110)内的火药；

靶板装置(3)，所述靶板装置(3)包括多个沿所述弹丸(1)运行路径方向排列的靶板(31)，用于向所述弹丸(1)提供撞击力，以使所述元器件(11)获得过载测试条件；

第一数据检测装置，所述第一数据检测装置用于检测第一数据，所述第一数据为弹丸内部的可引起所述元器件(11)过载的第一物理量的相应测试数据；

第二数据检测装置，所述第二数据检测装置用于检测第二数据，所述第二数据为弹丸外部的可引起所述元器件(11)过载的第二物理量的相应测试数据；

元器件受损检测装置，所述元器件受损检测装置用于检测所述元器件(11)不同部位的受损数据。

8.根据权利要求7所述的弹丸内部元器件过载测试系统，其特征在于，所述第一数据检测装置包括：加速度测量机构(41)，所述加速度测量机构(41)设于所述第二装载腔(120)内，用于检测所述弹丸(1)在发射和侵彻测试过程中，所述元器件(11)加速度值。

9.根据权利要求8所述的弹丸内部元器件过载测试系统，其特征在于，所述第二数据检测装置包括：检测机构和调节机构，所述检测机构包括：

炮口高速相机(51)，设于炮口处，用于测量所述弹丸(1)出膛时的速度；

膛压仪(52)，设于炮管上，用于测量所述弹丸(1)在炮管内运行时受到的膛压；

超压传感器(53)，设于炮口处，用于测量所述弹丸(1)出膛时，所述炮口附近设定范围内产生的冲击力；

靶板高速相机(54)，设于所述靶板(31)的被侵彻面处，用于测量所述靶板(31)的创面面积；

靶板应变片(55)，设于所述靶板(31)内部，且沿靶板(31)被侵彻方向依次设有多个，用于测量所述靶板(31)被侵彻过程中其内部产生的应变；

所述调节机构包括：

靶板支架(56)，设于所述靶板(31)下侧，用于支撑所述靶板(31)，其上具有角度调节结构，用于调节所述靶板(31)被侵彻面与所述弹丸(1)入射方向之间的夹角。

10.根据权利要求9所述的弹丸内部元器件过载测试系统，其特征在于，所述元器件受损检测装置包括：

元器件应变片，设于所述元器件稳定性相对较低的位置，用于检测所述元器件(11)在弹丸测试过程中产生的较小形变；

元器件损伤检测机构，用于检测弹丸侵彻后，所述元器件(11)上产生的较大形变。