[发明专利]一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法

说明书

本发明公开了一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法，步骤如下：首先搭建基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置，在弹尾端面设置4个标记点、身管内壁设置平行的两圈标记点，每圈4个点，再获取测试系统坐标系下弹尾端面的4个标记点坐标、身管内壁的8个标记点坐标、重力方向的单位向量坐标、身管坐标下重力方向的单位向量坐标以及弹丸进弹深度，接着对上述坐标进行转换，解算出测试系统坐标系与身管坐标系之间的转换矩阵，最后在身管坐标系下，求得弹丸轴线与身管轴线的卡膛角、偏航角和俯仰角以及弹丸进弹深度。本发明解决了现有测量方法需要对弹丸进行改制、测试精度不高、测试过程繁琐的问题，实现了对弹丸卡膛姿态的无损测量。

技术领域

本发明属于电子测试领域，具体涉及一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法。

背景技术

火炮弹丸卡膛姿态测试装置是用来测量火炮卡膛后，弹丸轴线在身管药室内的水平角与俯仰角，克服了传统卡膛参数测量方法对弹丸改制引入的误差对火炮设计意义重大。

中国专利201210157545.4公开了一种动态回转窑托轮轴线和筒体轴线的测量方法及仪器，该方法基于经纬仪测量各个轴孔定心器轴心与坐标系原点的空间位置参数，但该方法是通过将测量装置安装在筒体外壁，要求加工精度较高，不适合身管等外壁轮廓复杂、接口尺寸较多的筒体轴线测量，适用范围较为单一。

中国专利201310354554.7公开了一种基于雷达多普勒数据的弹丸章动角提取方法，可以实现弹丸膛内运动时章动角进行实时测量，但是对于卡膛后弹丸姿态角这一静态参数却无法有效测量。

中国专利201520332613.5公开了一种基于二维PSD的卫星转角测量仪，在卫星上安装发射镜，通过激光反射和二维PSD将小角度变化转化为位移变化，目前，基于PSD的光学测量方法也广泛应用在弹丸卡膛姿态测试中，但是，这类测试系统存在以下缺点：需要在弹丸前端安装一面与弹丸轴线垂直的反射镜，这会改变弹丸的结构性能，对弹丸射击过程造成影响，不能反映火炮实际设计状；同时需要在炮口轴线上放置反射镜，在实弹射击时，无法避免反射镜被破坏，因此每次射击后，必须从新安装反射镜并调整测试系统；由于身管的自重导致的弯曲，需要在身管安装反射镜来修正。上述缺点导致基于PSD的光学杠杆系统无法在火炮实弹射击试验中测试弹丸的卡膛姿态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法，用来测试火炮弹丸卡膛姿态，解决了现有测量方法需要对弹丸进行改制、测试精度不高、测试过程繁琐的问题，实现了对弹丸卡膛姿态的无损测量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试方法，方法步骤如下：

步骤1、搭建基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置：

基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置包括中心杆和依次间隔设置在中心杆上的圆盘、炮闩挡块、倾角传感器、第一身管内壁测量盘、第二身管内壁测量盘和校准测量盘，其中校准测量盘位于中心杆的一端；设有校准测量盘的一端伸入身管，炮闩挡块位于炮闩外壁，防止圆盘进入身管。

步骤2、在弹尾端面设置4个标记点、身管内壁设置平行的两圈标记点，每圈4个点。

步骤3、通过基于位移传感器的火炮弹丸卡膛姿态测试装置获取测试系统坐标系下弹尾端面的4个标记点坐标、身管内壁的8个标记点坐标、重力方向的单位向量坐标、身管坐标下重力方向的单位向量坐标以及弹丸进弹深度。

步骤4、将弹尾端面4个标记点坐标代入平面法向量方程，解算出测试系统坐标系下弹丸轴线坐标；将身管内壁的8个标记点坐标代入空间圆锥面方程，解算出测试系统坐标系下身管轴线坐标；将测试系统坐标系下身管轴线坐标、重力方向的单位向量坐标以及身管坐标系下身管轴线坐标、重力方向的单位向量坐标代入欧拉旋转矩阵方程，解算出测试系统坐标系与身管坐标系之间的转换矩阵。