專利名稱：力傳感器測彈底壓力的技術和設備的制作方法
測量射擊中炮膛內火藥氣體作用于彈丸底部的壓力變化是一項重要而困難的火炮內彈道測試技術。
以往曾用裝入彈丸內的壓電傳感器測量彈丸的加速度曲線A(t)后，通過換算得到彈底壓力曲線Pd(t)，換算公式是φ1qA/g＝SPd(1)式中q為彈重，g為重力加速度，S為炮膛面積，φ1為計及彈頭波阻的膛線阻力系數(shù)，常有φ1＝1.02～1.04;有關的方法記載于1964年出版的[美軍]火炮內彈道學的第四章中，該書有中譯本，國防工業(yè)出版社于1975年出版;但按此方法測彈底壓力曲線迂到了對量級高達幾萬倍g的彈丸加速度A難以準確標定的困難。1980年以來，國內曾用微波干涉法直接測量彈底壓力，但裝在彈丸內的測壓傳感器在感受彈底壓力的同時還承受強烈的彈丸加速度的作用，后者的影響不易排除;于是只好在一次射擊中在彈底鉆孔，使彈內傳感器感受彈底壓力和彈丸加速度的綜合作用，而在下一發(fā)射擊時在彈底不鉆孔，彈內傳感器僅感受彈丸加速度的作用，比較兩次射擊中所測到的訊息，通過數(shù)據(jù)處理排除彈丸加速度的影響后，得到彈底壓力曲線Pd(t);由于兩次射擊中實際的Pd(t)和A(t)曲線都不可能是相同的，因此該方法測出的Pd(t)曲線仍存在著難以估計的誤差，而且實驗耗費大、僅適用于滑膛炮，有關這方面的技術發(fā)表在兵工學報武器分冊1985年第一期，題為20000g彈底壓力測試技術;其實20000g的過載加速度尚不敷需要，對于老式85毫米高射炮，其彈丸的最大加速度已超過25000g。1960年以來，按Michelson效應，國內外都研制成功了測量彈丸位移曲線X(t)的微波干涉儀，在計算機對X(t)曲線作兩次差分得彈丸加速度曲線A(t)后再按公式(1)輸出彈底壓力曲線Pd(t)，按此原理工作的有奧地利的BS-310微波干涉儀系統(tǒng)，87年我國有引進，使用中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在按X(t)作差分計算A(t)時存在著不可忽視的計算方法誤差而影響彈底壓力曲線的準確性，而且輸出的彈丸加速度曲線A(t)也存在著標定上的困難。80年代后國內外都有激光干涉儀測量彈丸速度曲線V(t)的報導，在對V(t)曲線作差分得A(t)后再按公式(1)換算得到Pd(t)曲線;但是，火炮在射擊中，彈帶的密封性是不確實的，火藥氣體的泄漏導致激光產生嚴重的散射，因此使用此類儀器很難得到完整的V(t)和Pd(t)曲線，有關資料可查兵工學報武器分冊1985年第一期，題為用激光干涉儀測定彈丸在膛內的V-t曲線?？傊瑥椀讐毫Φ臏蚀_測量至今仍是難題。
本發(fā)明提出以力傳感器測量彈底壓力的方法，當該傳感器被安裝于彈尾、并使用所提出的標定方法和換算方法后，彈底壓力的測量就不再受彈丸加速度的影響。如

圖1，力傳感器的測力棒隨彈丸一起運動，在其測應變區(qū)中段aa斷面處的軸向應力σ應符合以下關系PaSb-σSa= (qb)/(g) · (dv)/(dt) (2)式中Sb＝πd2b/4，Sa＝πd2a/4，qb為測力棒自bb至aa段的重量。 (dv)/(dt) 為彈丸加速度。當取彈丸為自由體時，則有公式(1)，式中A＝ (dv)/(dt) 。由公式(1)、(2)，得σ＝Pd(Sb-Sqb/(φ1q))/Sa(3)由此可知，此種力傳感器的測力棒在aa斷面處的應力或應變僅與彈底壓力Pd有關而與彈丸加速度無關;測量該處的應變就能得到僅與彈底壓力有關的電訊號。在用力傳感器測量彈底壓力時，射前應對其作軸向力標定(如圖2)以確定射擊時作用于測力棒aa斷面處的內力F(t);在標定時，有F＝σSa(4)F為標定時施加的軸向力。按公式(3)、(4)有Pd＝F/(Sb-Sqb/(φ1q)) (5)由此可知所提出的力傳感器在射擊中測得測力棒在aa斷面處的應變并經過軸向力標定之后，就可求出射擊中作用于測力棒aa斷面的內力F(t);按公式(5)即可將其換算成彈底壓力曲線Pd(t)。在此過程中已自動排除了彈丸加速度的影響，不僅提高了測量的準確度、減少了實驗耗費，而且對儀器的設計要求也大大簡化。測量射擊中測力棒aa斷面處的應變，可以該處為中點貼電阻應變片，此種力傳感器在標定時也可選壓力作為標準量，此時壓力與施加于測力棒的軸向力的關系為F＝PSb(6)P為標定壓力。
對于小口徑炮，力傳感器內測力棒上的應變電阻可借助彈頭傳電盤在它與預埋在身管不同位置的電極接觸時(圖1)向電橋輸入，從而得到與電極數(shù)n相對應的n個彈底壓力脈沖訊號，如圖3，它的幅值即表示彈底壓力(Pd)i的大小。與該脈沖的時間坐標ti對應的彈丸位移Xi是已知的，因此，n個離散點((Pd)i，ti)表示的Pd(t)曲線還可以轉換成n個離散點((Pd)i，Xi)表示的Pd(X)曲線;通過數(shù)學擬合可得到Pd(t)和Pd(X)的連續(xù)曲線。
對于中、大口徑火炮，彈內除安裝力傳感器外還可安置微波的接收、調制和發(fā)射裝置，運用微波傳輸或遙測技術，就能在一發(fā)射擊中測出彈底壓力曲線Pd(t)，并自動排除彈丸加速度的影響，而如圖4。
隨著本發(fā)明的提出，一種能直接測量彈底壓力的高技術系統(tǒng)在工作原理上趨于成熟，它的特點是測量的準確度高、易于標定、節(jié)省實驗耗費和對外設儀器的要求可簡化。
當將此力傳感器安裝于火炮的膛底時，則Pt＝F/(Sb-Sqb/Q) (7)Pt為膛底壓力，Q為火炮后座部份重，由于qb/Q＝0，因此有Pt＝F/Sb(8)在測量中在對力傳感器作軸向力標定后，即可獲得膛底壓力曲線Pt(t)，而如圖3或圖4。
權利要求
1.一項在一次射擊中就能測出彈底壓力曲線并自動排除彈丸加速度所造成的測壓誤差的技術，其特征是它由裝在彈尾部的力傳感器、軸向力標定方法和壓力換算公式(5)所組成。
2.按權利要求1所說的彈底壓力測量技術，其特征是在彈丸膛內運動時，彈尾部力傳感器的測力棒的軸向應力和軸向應變僅與彈底壓力有關而與彈丸加速度無關。
3.按權利要求1所說的彈底壓力測量技術，其特征是力傳感器的測力棒在測量彈底壓力時，它是按作用于測力棒的軸向力或由壓力換算成軸向力后作靜態(tài)標定的。
4.按權力要求1所說的彈底壓力測量技術，其特征是按實測的測力棒應變曲線和測力棒的軸向力靜態(tài)標定結果，直接由壓力換算公式(5)換算出彈底壓力曲線。
5.一種壓力曲線的表示方法，其特征是在測得多個壓力脈沖訊號后，求出各不同瞬間彈底壓力的坐標((Pd)i，ti)再構成彈底壓力曲線。
6.一種能在一次射擊中就能測出彈底壓力曲線并能自動排除彈丸加速度所造成的測壓誤差的儀器系統(tǒng)，其特征是以權利要求1所說的技術為工作原理、利用微波傳輸技術或遙測技術，對中口徑以上火炮能直接顯示實測結果、對小口徑火炮能以權利要求5所說的方法顯示實測結果的儀器系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一項用力傳感器測彈底壓力的技術和設備。在火炮內彈道試驗中，使用所提出的力傳感器，在經過軸向力標定后，按所提出的公式，就能在一發(fā)射擊中直接獲得彈底壓力曲線、自動排除彈丸加速度對彈底壓力測量準確度的不利影響，從而提高測量的準確性、減少實驗耗費。按所提出的技術，一種能直接測量彈底壓力的高技術系統(tǒng)就有了設計的依據(jù)。
文檔編號G01L5/00GK1040092SQ8810749
公開日1990年2月28日 申請日期1988年11月8日 優(yōu)先權日1988年11月8日
發(fā)明者楊學曾 申請人:機械電子部二○二研究所