[发明专利]力传感器测弹底压力的技术和设备

说明书

测量射击中炮膛内火药气体作用于弹丸底部的压力变化是一项重要而困难的火炮内弹道测试技术。

以往曾用装入弹丸内的压电传感器测量弹丸的加速度曲线A（t）后，通过换算得到弹底压力曲线P_d（t），换算公式是：

φ₁qA/g＝SP_d（1）

式中：q为弹重，g为重力加速度，S为炮膛面积，φ₁为计及弹头波阻的膛线阻力系数，常有φ₁＝1.02～1.04;有关的方法记载于1964年出版的[美军]火炮内弹道学的第四章中，该书有中译本，国防工业出版社于1975年出版;但按此方法测弹底压力曲线迂到了对量级高达几万倍g的弹丸加速度A难以准确标定的困难。1980年以来，国内曾用微波干涉法直接测量弹底压力，但装在弹丸内的测压传感器在感受弹底压力的同时还承受强烈的弹丸加速度的作用，后者的影响不易排除;于是只好在一次射击中在弹底钻孔，使弹内传感器感受弹底压力和弹丸加速度的综合作用，而在下一发射击时在弹底不钻孔，弹内传感器仅感受弹丸加速度的作用，比较两次射击中所测到的讯息，通过数据处理排除弹丸加速度的影响后，得到弹底压力曲线P_d（t）;由于两次射击中实际的P_d（t）和A（t）曲线都不可能是相同的，因此该方法测出的P_d（t）曲线仍存在着难以估计的误差，而且实验耗费大、仅适用于滑膛炮，有关这方面的技术发表在兵工学报武器分册1985年第一期，题为：20000g弹底压力测试技术;其实20000g的过载加速度尚不敷需要，对于老式85毫米高射炮，其弹丸的最大加速度已超过25000g。1960年以来，按Michelson效应，国内外都研制成功了测量弹丸位移曲线X（t）的微波干涉仪，在计算机对X（t）曲线作两次差分得弹丸加速度曲线A（t）后再按公式（1）输出弹底压力曲线P_d（t），按此原理工作的有奥地利的BS-310微波干涉仪系统，87年我国有引进，使用中发现该系统在按X（t）作差分计算A（t）时存在着不可忽视的计算方法误差而影响弹底压力曲线的准确性，而且输出的弹丸加速度曲线A（t）也存在着标定上的困难。80年代后国内外都有激光干涉仪测量弹丸速度曲线V（t）的报导，在对V（t）曲线作差分得A（t）后再按公式（1）换算得到P_d（t）曲线;但是，火炮在射击中，弹带的密封性是不确实的，火药气体的泄漏导致激光产生严重的散射，因此使用此类仪器很难得到完整的V（t）和P_d（t）曲线，有关资料可查兵工学报武器分册1985年第一期，题为：用激光干涉仪测定弹丸在膛内的V-t曲线。总之，弹底压力的准确测量至今仍是难题。

本发明提出以力传感器测量弹底压力的方法，当该传感器被安装于弹尾、并使用所提出的标定方法和换算方法后，弹底压力的测量就不再受弹丸加速度的影响。如图1，力传感器的测力棒随弹丸一起运动，在其测应变区中段aa断面处的轴向应力σ应符合以下关系：

P_aS_b-σS_a= (q_b)/(g) · (dv)/(dt) （2）

式中：S_b＝πd^{2_b/4，S_a＝πd2_a/4，q_b为测力棒自bb至aa段的重量。 (dv)/(dt) 为弹丸加速度。当取弹丸为自由体时，则有公式（1），式中A＝ (dv)/(dt) 。由公式（1）、（2），得：}

σ＝P_d（S_b-Sq_b/（φ₁q））/S_a（3）

由此可知，此种力传感器的测力棒在aa断面处的应力或应变仅与弹底压力P_d有关而与弹丸加速度无关;测量该处的应变就能得到仅与弹底压力有关的电讯号。在用力传感器测量弹底压力时，射前应对其作轴向力标定（如图2）以确定射击时作用于测力棒aa断面处的内力F（t）;在标定时，有：F＝σS_a（4）

F为标定时施加的轴向力。按公式（3）、（4）有：

P_d＝F/（S_b-Sq_b/（φ₁q）） （5）