1、 测量弹丸初速是弹药与火炮最基本的靶场试验项目之一。1.因为初速与膛压是衡量内弹道性能的两个最重要的弹道参量，它在很大程度上反映了火药的燃烧规律、装药设计的优劣，以及能量利用率的高低，是检验内弹道性能的重要标志量；初速v0又是决定外弹道参数的三个基本要素(弹道系数Cb、初速v0、射角0)之一，是进行外弹道计算的初始参量。2.在进行弹道计算、密集度分析，特别是编制射表时，都必须精确测定初速v0及其散布E v0。3.在测定跳角、弹道系数、直射距离以及其它许多弹道试验中，也往往要求同时提供初速v0，以便进行计算与分析。一、初速测定方法的分类平均速度法根据物理原理分为瞬时速度法电测法根据测量仪器及技术
2、的类型分为光测法二、靶场测速的常用方法 目前，靶场最常用的标准方法是电子测时仪测速法和多普勒雷达测速法。它们都是采用平均速度法原理的电测方法。1.1.4、电子测时仪测速 一、电子测时仪测速的基本原理/(1 1)vvs tvsts式中弹丸在该区间的平均速度；该段弹道长度；弹丸飞行 所花的时间。假定弹道的某一有限区间内，弹丸的飞行速度是线性变化的，则该段弹道中点的瞬时速度等于该区间的平均速度，即 实际弹丸的速度变化虽不是线性变化的，但只要截取的弹道区间不太长，弹丸的速度都近似线性变化，其中点的瞬时速度都可以用该段的平均速度代替。实践证明，它具有足够的准确性。电子测时仪测速就是基于这种原理，利用区截
3、装置来确定弹道段起止位置，利用电子记时仪器记录该段飞行时间的一种测量弹丸速度的方法。1、区截装置的分类：网靶接触型箔靶按照物理作用原理分类线圈靶非接触型 天幕靶光电靶 它是一种成对使用的探测器。它的作用是准确确定弹道区间的起止位置，及时可靠地感受弹丸到达和离开该区间的时刻，并产生感应信号，触发测时仪器开始和停止记时。靶场中通常把区截装置叫做“靶”。2、各个区截装置(靶)介绍 (1)网靶(断靶)a.工作原理：用细铜线来回绕在木制靶框两边的接线柱上而成。铜线间隔不大于1/4弹径，构成网状。铜线直径约0.20.25mm，两端与测时仪器连接。当弹丸通过时，铜线被切断，电路内产生电位突变，形成靶信号。网
4、靶也可以用导电涂料在绝缘纸上印成网格制成。b.优点：简单、经济，作用可靠。c.缺点：对弹九运动有干扰，只能一次性使用，不能测量连发弹丸的速度。d.靶场中的应用：多用于测量破片速度，有时也用于小口径弹丸。a.工作原理：由两张金属箔中间衬以绝缘薄膜构成。金属箔以导线与测时仪连接。当弹丸穿过箔靶时,弹体将两张金属箔接通，使电路导通，产生电位突变，形成靶信号。b.优点：可以多次使用，比较简单、经济、可靠。c.靶场中的应用：主要用于小口径弹丸及破片试验。a.工作原理：利用电磁感应产生电信号的区截装置，通常是在木制或铝制的框架中,装入两个用漆包线绕制的具有一定匝数的线圈构成。一个叫励磁线圈,通以直流电源,
5、产生稳定的磁场;另一个叫感应线圈,与测时仪电路相连。当钢质弹丸通过靶圈时，弹体引起感应线圈中磁通量产生瞬时变化，从而在回路中产生感应电动势，形成靶的触发电信号，见图1-2。b.影响回路中感应电动势的因素：回路中的感应电动势主要与励磁线圈的匝数、感应线圈的匝数、励磁电流的大小以及被测弹丸的截面积和穿越靶圈时的速度有关，并与这些量成正比，同时与线圈的面积也有关系，而且成反比。c.计时仪器的启动条件：一定幅值的输入电压：保证靶的触发电信号能有效启动记时仪器应保证线圈的圈数和仪器的阻抗；使用时还应根据弹丸的尺寸与速度选择相应大小的靶圈及适当的励磁电流。通常可按表1-1选择靶圈的大小。d.励磁线圈中不输
6、入励磁电流时线圈靶的工作原理：其工作原理是，事先对弹体进行磁化处理，使弹体上形成磁场，当弹丸穿过线圈时，由于弹体磁场的磁力线被切割,感应线圈中同样会产生感应电动势，形成靶的触发电信号，见图 1-3。f.优点：可连续重复使用，方便迅速，对弹丸运动没有干扰，不受天候影响，适用于各种口径与速度的钢质弹丸。e.弹体的磁化的条件：g.靶场中的应用：由于其具有其它靶无法比拟的优点所以在国内外的靶场中普遍得到采用。弹体的磁化需有足够的强度和一定的方向。前者是线圈靶及记时仪器灵敏度的要求，后者则是根据仪器对启动信号及停止信号所要求的极性及电路结构确定的。a.工作原理：利用自然光源的光电探测器。它通常由摄影镜头
7、、狭缝光栏、聚光镜或光导纤堆以及光电管、放大整形电路和带水平与回转调整装置的机箱构成。摄影镜头及狭缝光栏组成楔形幕状视场，聚光器件将由幕状视场来的自然光聚焦在光电管上，当弹丸横越天幕时，视场内一部分自然光被突然遮断，使光电管上的受光量产生突然变化，从而在电路内产生触发电信号。c.缺点：它的缺点是受天候影响，夜间及雨雪天气不能使用。d.靶场中的应用：由于其优点较多所以在国内外的靶场中普遍得到采用。b.优点：天幕靶的优点在于靶面较大，光幕的扇形角都在20以上，适用于各种弹丸，可以连续重复使用，方便迅速，对弹丸的运动没有干扰，在大仰角射击时，不需要安装高靶架，只需使天幂倾斜与弹道垂直即能测量a.工作
8、原理：光电靶的工作原理与天幕靶相同，不同的是采用了人工光源。b.靶场中的应用：适用于小口径弹丸及室内靶道。t=nT=n/f (1-2)频率f是已知的，只要测出n，即可得到时间t。现有测时仪器的振荡频率多采用1MHz，即每秒振荡100万次，周期T为1s，故记时仪记录的脉冲数n即等于以微秒为单位的时间t。电子测时仪的原理框图如图1-4。它是一种以稳定的固定频率电振荡脉冲数为时间单元的计时装置。它采用十进制计数电路及数字显示电路，记录并显示测定时间间隔t内的振荡脉冲数n。若固定振荡频率为f，振荡脉冲的周期为T，则有关系式 其工作原理为：信号变换器将来自区截装置的靶信号放大、整形为触发脉冲，通过控制电
9、路控制电子开关的启闭，及时把时基发生器产生的精确时标脉冲送入计数器记录并由数码管显示出来。测时仪可分为单通道、双通道和六通道等 智能化测时仪器，如DS-8型、HG202C型、DCS651型及1610型(16通道)。都配有小型微处理机、打印机等,不仅能实时采集飞行时间，还能装定靶距、仰角等参数，并直接处理出飞行速度、组平均值、初速v0及初速的公算偏差等；有的还可对药温、弹丸质量等进行修正，并将结果打印出来，从而大大改善了靶场测速手段，缩短了试验周期。/(1 3)/(1 4)v vsst tv vssvts 或 由此可见测速误差不仅与靶距的测量误差s及测时误差t有关，而且还与弹丸的速度v及靶距s有
10、关。电子测时仪测速法所依据的公式是v=st，所以由此得到的速度v，其相对误差可由下式估算，即 1.靶距的测量方法 靶距一般都用钢卷尺测量，读数应精确到毫米，而且应在靶框的上下左右四个部位测量，求其平均值。2.测量靶距时对卷尺的要求20285%0.02%0.0083%C卷尺不允许有扭结变形，并且应每年校准一次。校准采用一级线纹尺，要求在温度及相对湿度低于条件下，钢卷尺全场最大允许。美国靶场要求卷尺精度为。当环境温度低于零度时，还要进行温度修正。/0.05%(3)s ssmm试验规程要求靶距测量误差美国靶场要求靶距的绝对测量误差。这在野外试验条件下，并不是能够轻易达到的，必须精心进行测量。为了保证
11、达到精度要求，减小操作人员的影响，现在常将两个测速靶安装在一个整体结构的靶框内，借助结构尺寸保证靶距精度。天幕靶更要精心设置，必要时要在弹道上设置标尺，进行精确瞄准与测量。3.靶距的测量误差及其实现方法1MHz145/0.05%stst t测时误差决定于所使用的测时仪器的精度。经验表明，对于时钟为、分辨率精度的常用测时仪器及线圈靶来讲，测时误差约为，若要求，则有关系式 4.测时误差对靶距的影响100125vvs 0.1%/0.05%/0.05%11100125v vsst ts即若要求，并取，则靶距 至少应大于弹丸速度的。4.测速靶间的距离的选择 靶距s的加大，会增大原理误差，即增大用平均速度
12、代替两靶中点瞬时速度产生的误差，和用两靶间直线距离代替弹丸实际行程产生的误差。由于跳角及重力的影响，弹丸的实际行程与两靶间直线距离是不一致的。所以，对于不同的飞行速度及不同弹道系数的弹丸，存在不同的较合理的靶距，使测速精度最好。为了使测速达到应有精度并规范化，各国靶场的实验规程都对靶距的选取做了明确的规定。见表1-2。5.第一靶到炮口距离的选择 炮口波和炮口焰对各种测速靶都会有干扰，所以第一靶与炮口必须保持一定的距离。该距离的大小与火炮的口径及类型有关，见表1-3 由测速系统得到的速度是弹丸飞过一段距离后的速度，是在空气阻力和重力作用下已经衰减了的速度。速度衰减的多少显然与弹丸的形状、飞过路程
13、的长短，空气的密度、射角的大小等因素有关。根据外弹道理论及不同的射击条件，计算出速度减退量，即可得到初速v0。初速较高的火炮通常采取水平射击的方法测量初速，这样可以忽略重力对速度的影响。场地布置见图1-5根据外弹道理论，初速按下式计算，即v0=vx+vx (1-5)式中 vx 初速修正量(空气阻力引起的速度下降)根据外弹道西亚切解法可知000010(1 6)()bnxnC xpvpD v0000(100kPa);(288.9K);()10m/sbnnCxppD vD vvvv 式中弹丸的弹道系数；炮口到两测速靶中点的距离；当地的气压值；标准气压值当地的虚温；标准气象条件下的虚温西亚切（）函数在
14、时的变化量，它随 的变化关系已经编制成表，见表1-4；虚拟速度000(1 7)1()(1 8)2nxxxv vvvv且有=00(1 7),()(1 6)xxvvvD vvv计算时，先用 代替 代入公式求出，然后查表求出，再代入公式求出 的近似值，再按上列各式重新计算一次，求出准确的。12n00(2.1)bxxxCvvvvv当弹道系数不知道时，可采用几套测速装置测出弹道上多个位置上的速度值、.、，然后用曲线拟合的方法外推求得初速，若只有两套测速装置，则可用两点速度法求出弹丸的阻力系数，进而的到弹道系数 见，然后再按上述方法求。0(1 9)sin(1 10)xxggvvvvgvsv=0001()2
15、1()2xxgvvvvs式中重力加速度；平均仰角，；平均速度，；炮口到测速点的行程。在有仰角射击时，除计算阻力修正项vx外，还要对重力的影响进行修正，即 图1-6是有仰角射击时的场地布置。由图1-6可知，s=xcos0一hsin0，h是炮口到地平面的高度，x是两天幕靶中点到炮口铅直面的水平距离。由于hsin0与s相比很小，所以通常可取sxcos0，x及0都是可以直接测量的。初速及其散布的大小直接关系到火炮的射程及射击密集度，对评定火炮及弹药的性能至关重要。所以初速测定时，通常都要射击三组，每组射击510发弹丸，求出其平均值，并计算出速度散布的中间误差EV0，这三组射击应在不同的三天内进行，每组
16、试验前要重新设置及测量测速靶距，调试记时仪器，装定射击请元，以及测量气象条件等。由于弹药的制造都存在公差，每发弹的尺寸、质量、装药等都会存在差异，射击时的条件也不会完全一样，所以测得的初速是有散布的。0v一组射击的平均初速 为001/(1 11)niivvn=0vE单发初速的中间偏差为0ivn式中各发射击的初速值；该组射击的发数。02001()0.6754(1 12)1niivvvEn0010203()(1 13)vvvv1=30v三组射击的平均初速 为010203vvv式中、各组射击的平均速度。0vE三组平均初速的中间偏差为010203021233(1 14)vvvvEEEEnnn=0102
17、03123vvvEEEnnn式中、各组射击的中间偏差，、各组射击的发数。002(1 15)3vvEEn=在求取初速的平均值以前，应先对测量的数据进行分析。有时会在一组射击测得的数据中会有一个测量值明显地偏离其它值，叫做可疑值。对此可疑值的处理，是保留还是剔除，对试验结论有举足轻重的影响。可疑值的出现如果是某些异常因素造成的，则应坚决剔除，因为该反常数据与其它数据已不属于同一正态分布总体。否则有可能严重影响测试结果，并使本来合格的产品误认为不合格。(1)弹体强度不够,出现弹带脱落、引信脱落、曳光管脱落或尾翼脱落等；(2)仪器系统有救障，或者弹丸磁化反向、弹体擦碰测速靶框；(3)药筒破裂,底火击穿
18、漏烟、漏气；(4)发射药装错、药量称错、装配不正确或保温不正确等。(1)极值偏差法 剔除可疑的最大值vn(或最小值v1)后，计算该组数据的中间偏差，即212111()(1 16)2()(1 17)2nininniivvEnvvEn=0.6745或=0.674512n-112n1.(1 18)-1.(1 19)-1nvvvvnvvvvn式中然后计算统计量Q1，即n1111()(1 20)nnnvvvvQQEE或 比骄Q1与Q1的界限值Q1(见表1-5)，当Q1 Q1时可认为该数据反常，可以剔除，否则不能剔除。(1)极差比法(DiXON准则)极差比法是用两个差数之比作为统计量来检验反常结果。计算时
19、先将试验数据按大小依次排列，设为12n-1n,.,v vvv 其中vn(或v1)为可疑值。根据准则，对不同的试验发数n，采用不同的差值计算统计量。nn-1211010n1n1nn-1211111n2n-1137(1 21)810(1 22)nvvvvRRvvvvnvvvvRRvvvv当时，取或当时，取或 比较Rij与统计量的界限值r(见表1-6)，若Rij r，则认为vn(或v1)为反常数据，可以剔除。以上剔除方法原理上仅用于一组中只有一发没有确切原因的反常数据，如果出现多个没有明确原因的反常结果，则应对试验条件、测量仪器以及弹药等进行认真的检查分析，寻找造成数据反常的原因，并加以解决然后再按
20、规定进行补测。任意剔除可疑值，将会错误地将不合格产品认定为合格，给将来的使用造成危害。一、多普勒测速原理 多普勒测速基于多普勒效应。多普勒效应原理见图1-7和1-8。设图1-7中A为电磁波辐射源，振动频率为f0，周期为T0，传播速度为光速c，波长为，则有关系式00001(1 23)fTcfcT B为接收装置，单位时间内接收到的电磁波频率为f1。频率f1=c/=f0，即接收到的电磁波振荡频率不变。1.当辐射源及接收装置都固定不动时fd=f0(v/c)(1-24)由于f0、c都是常数，只要测得fd，即可求出接收装置B相对于A点的运动速度。2.当辐射源A不动，接收装置B相对于A以速度v运动 此时相对
21、速度发生了变化。相向运动时的相对速度为c+v，相背运动时的相对速度为cv，因而接收装置收到的电磁波频率f1=（cv）/，不再是f0。其差值f0-f1=fd，叫做多普勒频移。显然有关系式 3.当接收装置B不动，辐射源A相对B速度u运动时(如图1-8)此时相当于波长发生了变化。相向运动时，=-uT0；相背运动时=+uT0。因而，接收装置收到的电磁波频率也发生了变化。f1=c/（uT0）=(c/cu)f0。其差值多普勒频移fd有关系式fd=(u/cu)f0。(1-25)所以测出fd，也可以求出相对速度 u。4.雷达测速原理 通常雷达的发射天线和接收天线是共同的，或者紧靠在一起。发射天线沿弹丸飞行方向
22、定向发射具有高稳定频率的电磁波(设频率为f0)，当运动的弹丸收到电波信号时，频率已发生变化，为f1；电磁波自弹体反射回来在由天线接收，频率再次发生变化，设为f2,见图1-9，根据上面的分析，显然有如下关系式，即 f1=(1-vr/c)f0 (1-26)f2=(c/c+vr)f1 (1-27)将(1-26)式代入(1-27)式，则 f2=(c-vr)/(c+vr)f0 (1-28)式中 vr 弹丸相对于天线的运动速度，即径向速度。令 f0-f1=fD，叫做多普勒频率，则02(1 29)rDrvffcv 由于c为光速，比弹丸速度大得多，所以上式可化简为02(1 30)Drffvc0(1 31)2r
23、Dcvff故(1 32)2rDvf或 所以，只要测得多普勒频率fD，即可求出弹丸相对于雷达天线的径向速度vr。1、640型多普勒测速雷达二、多普勒测速雷达 640型多普勒测速雷达是我国70年代初自行研制的，主要用于火炮外弹道试验。(1)640型多普勒测速雷达的主要性能指标测速范围：502000m/s；测速精度：最大测速误差5W天线波束宽度：铅垂方向7，水平方向8。它的测速原理为“定时测周”法求取弹丸速度。(2)640型多普勒测速雷达的测速原理 设波门每次打开的时间为，令在数值上等于(c/2f0)。如果在该时间记录的多普勒信号数为n，则fD=n(c/2f0)。将它代人式(l-32)得00(1 3
24、3)22rcnvnfcf 所以在时间内记录的多普勒信号数，即等于弹丸速度。由于弹丸速度不断变化，fD 也断变化，所以测得的多普勒频率及径向速度仍然是时间 内的平均值。2、DR582型多普勒测速雷达DR582雷达为我国在80年代中期以后引进的。(1)DR582型多普勒测速雷达的主要性能指标测速范围：503000m/s；测速精度：最大测速误差0.1%；适用弹丸：5.56203mm 口径各类弹丸；作用距离：约1015万倍弹径；配用天线：1.6发射角的X波段天线及12S波段天线多 种，后者适用于测量火箭；天线功率：不大于200mW数据采集：最多可达2048个测点，并有磁带记录仪同时录取 全部信号，以备
25、检查。(2)DR582型多普勒测速雷达的测速原理 它的测速原理为“定距测时”法求取vr。D22rnvf因为 若取n=1，=TD。TD 是多普勒周期，上式变为D12rvT(1 34)2DrT v即 这说明，每个多普勒周期TD 内弹丸移动的距离等于半个电磁波长度，是个常量。若取n=N，称做计量基数，则(1 35)2DrNT vNMB MB叫做基线长，相当于靶距。测量时(见图1-11)。计时器连续记录来自时钟的脉冲数(时间分辨0.1s)，即以0.1s为单位时间t，基数计数器则同时计量多普勒信号的周期数n，每当n=N时，计时器的累加时间t1、t2 tm就被存人存贮器中。显然，根据下列一组公式，即可算出
26、一系列速度vi及其对应的时间TD和距离di，得到如图1-11中的v-t关系曲线。111()(1 36)221212iiiiiiiMBvttTttidMBim其中，。3、采用FFT技术的多普勒测速雷达 与传统的多普勒雷达相比，采用FFT技术的多普勒测速雷达具有如下优点：(1)可测量多个目标的速度；(2)可实现对弹丸转速的连续测量；(3)事先不需知道目标的速度范围,使用灵括方便；(4)提高了作用距离。三、初速的计算 测量弹丸速度时，雷达测得的速度值都是弹丸相对于雷达天线的径向速度，而雷达天线又总是架设在炮口侧后几米或几十米的位置上，所以，雷达直接测得的径向速度vr与所需要的弹丸在弹道上的切向速度v
27、t不同。距炮口越近差别越大。而外推初速v0正要利用炮口附近的速度。因此，为了保证初速的精度，应先对vr进行换算。弹道初始段近似为直线段，可采用如下修正公式(参见图1-13)，即22()/cos(1 37)trrRx Lvvvx L1、径向速度向切向速度的转化式中 R火炮至雷达天线的侧向距离；L炮口至雷达天线的纵向距离；x炮口至测速点的斜距离；vr与vt间的夹角。2、关于x的计算 关于x的计算可以按下列公式进行111rxvt第一点122121()2rrvvxxtt第二点以后各点照此累计。但xi的计算是并不准确的，但因角一般很小，所以其结果尚可接受。按照上述公式逐点进行修正计算，通常计算到 vt-
28、vr 100MPa)。设每次预压后的铜柱压后高分别为h1及h2根据铜柱的变形规律，认为在p1和p2区间内，压缩量与压力差为线性关系，即2112()()(1 54)pphh 与前两种方法比较，二次积压法是根据实际标定得到的系数和实测的变形量计算压力值,不需查铜柱压力表。且经过对钢柱的两次预压，使铜柱变形的一致性进一步得到了提高但是,由于铜柱的塑性变形只在一定的区间内呈线性关系,如果使用的压力范围不当,将会造成较大误差。五、铜柱测压法的误差源1.动压与静标的误差 用上述方法测量火药气体压力时,是采用静态标定的压力表由铜柱变形量换算相应压力值的,但实际上铜柱承受的是动压。根据铜柱测压器活塞的受力及运
29、动,可以推导出活塞在火药气体压力及铜柱变形阻力作用下的运动方程及在瞬态压力作用下其解的表达式为22()(1 56)dHmdt01 cos(1 57)SpHtm00()mHSpRRHt 式中活塞质量；铜柱变形量；活塞横断面面积；火药气体压力；铜柱的变形阻力铜柱的变形灵敏度；铜柱的硬度系数；活塞运动时间。(1 50)cos1()ttmm由式可知，当即时，有0002(1 58)2/(1 59)2SpHHpRSSHR此时,动压作用的全压缩时间为0/(1 60)tm 若设火药气体压力是缓慢作用在活塞上,可以认为活塞的加速度为零,则有解为0(1 61)HpS 由上可知,用铜柱测压法测量动态压力时,全压缩时
30、间0与测压器活塞的质量m及铜柱的硬度系数有关。瞬态作用的压力值可用由该压力产生的变形量H之半在静压铜柱压力表中查到。但是由于实际膛压虽然变化很快,也还不能认为是瞬时作用的。所以可根据实验时铜柱全压缩时间相对于0的关系分别处理。03当时，相当于静压作用情况，可以直接使用静压铜柱压力表；01.3当时，相当于动压瞬时作用情况，不能直接使用静压铜柱压力表，而必须取铜柱压缩量的一半，查静压铜柱压力表求压力值；001.33当时，则应改变活塞质量或采用不同尺寸的铜柱，使符合以上任一情况。000033mm依赖被测压力的特征，则决定于活塞的质量 及铜柱的硬度系数。愈小，愈大，则也愈小，愈能保证，从而减小使用静标
31、压力表测量动压造成的误差。对现有测压器和测压铜柱来讲，在绝大多数实验情况下，都能满足的静压标定条件。2.铜柱塑性变形规律误差 实践证明，铜柱变形不完全是线性关系。(2)圆锥形铜柱的塑性变形规律是一条”抛物线”曲线,即当压力由小到大等同隔增加时，铜柱压缩量H只由大变小。(1)圆柱形铜柱的塑性变形规律是一条“S”形曲线，即当压力p由小到大等间距增加时，铜柱压缩量H开始由小到大，而后又由大到小，只是在中间一段出现线性；因此使用圆柱形铜柱应选取变形曲线中段接近线性变化的区间，而使用圆锥形铜柱应选取曲线的起始段，这样即可提高测量精度。六、温度影响的修正 因测压铜柱的标定及预压都是在20 C2 C 条件下
32、进行的，而现场试验常受条件限制，不能保证铜柱在同样条件下使用，这时温度的变化对测压铜柱的塑性变形是有一定影响的，从而影响到测压的结果。因此，必须对铜柱温度的影响进行修正。目前常用下列修正公式计算铜柱的温度修正量pT，即()(1 62)TpK tt ppttK式中试验时实测的膛压值；铜柱编表时温度；铜柱使用时温度；温度修正系数。在温度-40+15 C及+15+50C范围内，温度每变化lC时，现有各种测压铜柱0.1MPa压力的修正系数K可由表1-12选取：1.2.4 铜球测压法 欧美各国在靶场试验中广泛采用铜球测压法测量炮膛压力。铜球测压法的基本原理与铜柱测压法完全一样，只是具体方法及器材有差异。
33、归纳起来主要有以下几点不同。一、使用测压铜球1.测压铜球的工艺要求及加工尺寸 制造铜球用的铜材与测压铜柱相同，其加工工艺与钢球类似。铜球只有一种规格，直径为4.7630-0.020mm，球形公差不大于5m，批直径变动量最大10m，表面粗糙度不低于Ra0.63m(GBl031-68中8)。球要按规范进行热处理，保证每批测压铜球都具有良好的塑性，软硬性相同，受压后的变形量均匀一致。2.测压铜球的分类及其适用范围 铜球测压器分放入式及旋入式两类。各类中按活塞面积的大小不同又有几种规格。测压铜球配用不同活塞面积的测压器，可以测量2080MPa的膛压。为满足更低或更高的压力测量，还可选用铝球或铁球。使用
34、测压铜球不需进行顶压。根据所测压力范围，可参照表1-13选择测压器。二、采用准动态标定方法1.准动态标定方法 将铜球测压系统与经过标定的压电测压系统装在准动态标定装置上，使它们同时承受一个瞬态压力脉冲的作用，用压电测压系统得到的压力峰值对测压铜球进行标定。根据实测的压力峰值及相应的铜球压后高，以四路压电测压系统所得压力峰值的平均值(代替标准压力值)作为自变量，对铜球的压后高进行二次多项式(或三次多项式)回归计算，求出最佳回归方程，然后由回归方程计算出铜球压力表。压力表应注明“铜球动态压力表”、铜球的型号、批号、适用的活塞面积、标定温度、标定单位及日期等。2.落球式动态标定装置 为使锅球测出的压
35、力能反映真实的膛压。现在通常采用落锤式液压动标装置。图l-19为原理图。这种装置产生的压力脉冲的波形类似于半个正弦波，见图l-20。它的持续期和峰压值与锤的质量、下落高度、油缸容积、活塞面积及油的性质有关。实践和理论分析证明，用半正弦压力波形模拟膛内压力曲线进行准动态标定是可行的。模拟的相似条件是峰压值pmax相同，半峰值脉宽相等。工作原理：重锤自由跌落，通过活塞作用于油缸内的液体，并把压力传递给安装在油缸周围的铜球测压器和参比的标准压力传感器。由图1-20可知，在满足上述条件情况下，一般的膛压曲线的前半部与模拟的正弦波形的前半部是很接近的，只是尾部相差较大。但由于铜球测出的是峰值，所以采用落
36、锤液压装置进行动态标定是合理的。三、温度修正方法不同 铜柱测压采用固定的修正系数对各批铜柱进行温度修正量的计算。铜球测压法则是指定某一批铜球可以用于高低温试验，并只对该批铜球编制“铜球温度修正表”编表时须先对该批铜球进行高、低、常温实验测定，获得不同温度下的压力值与铜球压后高的数据对，然后分别对数据进行多项式回归处理，得到高、低、常温三条回归曲线，并根据这些曲线及常温压力表，将全量程对应的压后高以0.05mm间隔区分成许多段，查出各段中点断对应的hi，常温时的压力pi，与pi对应的高温压后高hGi和低温压后高hDi，再由这些值用最小二乘法求出过(h,20)点的压后高随温度变化的直线，其斜率K即
37、为压后高随温度的变化率，故压后高的修正量hi可由下式计算，即(20)(1 63)hK t 铜球测压的优点主要在于它改变了铜柱测压法动压静标的做法，因而使测出的压力更接近炮膛的真实压力，铜球和铜球测压器规格少，不易产生选配错误，使用方便且测压器体积小、重量轻。容易装配操作。国内已开始在大口径火炮上使用铜球测压，国产铜球的直径为4.673mm，每批铜球的椭圆度为-3m，随着高压火炮的不断出现铜球测压法的应用将会越来越多。1.2.5 膛压曲线电测法 膛压电测法属于弹性变形法：它通过各种传感元件以不同的物理原理将弹性变形量转变成电量，建立电量与产生变形量的作用力之间的确定关系，从而能够通过直接测量这些
38、电量来确定膛内的燃气压力。一、电测系统的基本组成及其作用1.传感器 传感器包括弹性元件及变换器两部分，弹性元件直接感受压力并产生弹性变形，变换器则将变形量转换成某种形式的电参量(如应变传感器的电阻、电容传感器的电容）或直接把压力转换成电量(如压电传感器)。它将传感器进来的某种电气输入量变成适合记录装置记录的另一种电气输入量，如将电阻、电感、电容或电荷的变化，变成电流或电压的变化，并加以放大。2.测量电路及放大器3.记录装置 它是把输入的电量以一定形式转换成能够显示与记录的装置，如光线示波器、笔录仪、磁带记录仪、电子示波器及瞬态记录仪等。4.同步装置 它以一定的时间间隔控制火炮击发并使记录装置处
39、于工作状态，保证能及时完整地记录到膛压曲线。5.稳压电源它为测量线路及记录装置提供所需的电源。6.压力标定装置 它给出较精确的各种压力值，标定膛压电测系统的灵敏度。图1-21是膛压电测系统框图二、电测法具有的优点1、可以连续测量与记录膛压的变化过程；2、测量系统具有良好的动态特性，能够记录压力的高频信号；3、可以实现远距离测量及操作；4、灵敏度高、测量精度高；5、能够与微机连接，实时处理与显示测量结果。三、电测传感器 测量膛内燃气压力广泛采用压电测量系统。这是由于压电传感器多采用石英晶体做压电元件，而石英晶体具有较好的频响特性，较低的热灵敏度及小的滞后；在量程范内，它的总线性度为0.2%1%，
40、线性特性好，所以已成为膛压测量的专用传感器。图1-22为典型压电传感器的结构图。图中，(a)为膜片式，(b)为活塞式。被测压力p通过活塞使石英晶体受到压缩，从而在晶体的两个墙面产生电荷。对一片晶体来说，产生的电荷量与所受到的压力成正比，可由下式计算，即(1 64)QKAp12(2.14 10/)QpAKKC N式中产生的电荷量；被测燃气的压力；活塞的面积；晶体的压电系数 石英晶体的压电系数 由于通常采用两片晶体组成压电传感器，所以输出的电荷量应为单片晶体的两倍。正电荷通过活塞及压块与传感器外壳相连，负电荷则通过电极输出。弹簧为石英晶体提供预紧力，绝缘套则保证晶体输出面与传感器外壳绝缘，由于石英
41、晶体的机械强度有限(最大允许应力m=68.678.5MPa)，使用时应根据所测压力范围选择具有相应活塞面积的传感器，见表1-14。测量火炮膛压时，有时要使用多个压电传感器，同时测量药室不同部位的压力-时间曲线，以便发现异常的压力现象。发射药正常燃烧时，药室内的瞬时压力梯度总是正的，即膛底的压力总是大于药室前端的压力，特别是大于弹丸底部的压力。如果发射药燃烧期间产生压力波，就会出现反向压力梯度，即弹丸底部的压力大于膛底的压力。这些反向压差是由于局部点火不合适和发射药燃烧在膛内产生波面或振荡造成的。一般认为膛内反常现象，特别是火炮的膛炸现象，和压力波的幅值密切相关。因此，测量膛内的压力波幅值并设法
42、将其控制在一定的范围内，就成为检验装药及其结构、点火系统等设计正确性与射击安全性的重要依据。图1-23是实测的某火炮的膛内压力-时间曲线及压力波波形。用压电传感器测压需要在炮身膛壁上和膛底打孔，以便安装传感器，这对许多待测火炮是不允许的。为了不破坏炮管而又能测出膛内燃气压力曲线，现已出现了一种新的测压装置膛内压电测压弹。压电测压弹的外壳为流线型，钢结构，圆弧形底部借助内部的永久磁铁固定在药室膛壁上，保证在射击时的泄压过程中使测压弹固定不动。测压弹内装有从传感器、模数转换、存储器到电池等压力测量环节的全部元件。射击前先进行充电并输入测量参量(如触发电平等)；射击后，将测压弹取出，通过接口与数据处
43、理单元连接，将储存的信息读到计算机中作进一步处理。图1-24为B155PPG压电测压弹的示意图。四、测压弹 压电测压弹的优点是不需在炮管上开孔即可测出膛压曲线，给靶场试验提供了极大的方便。缺点是测压弹的体积还比较大，只适用于大口径火炮，并需对药实容积进行修正计算。选配发射装药量，就是以一定的装药结构，在一定的试验条件下(如火炮、弹丸、温度等)，通过调整发射药量获得所需的弹道示性数(如膛压、初速等)，最后确定应有的发射装药量。选配发射装药量的目的有以下两个：一、保证部队使用弹药的弹道一致性 因为发射药是化工产品，不管在生产过程中对原材料和工艺条件如何严格控制，各个批量生产出来的发射药的理化性能及
44、弹道性能，都无法保证其完全相同。为了使各批发射装药达到同一弹道性能，只有经过选药试验调整发射装药量。二、在特殊的弹道条件下考校武器弹药 例如，为了考核炮用弹药的射击安全性，必须进行弹体及灵部件强度和弹体爆炸装药(或抛射药)的射击安定性试验，对有底螺和弹底引信的弹药，还要进行螺纹闭气性试验。为了检验药筒在实践中遇到极限温度、最高膛压等不利条件时，是否开裂、变形、能否顺利退壳则需要进行药筒的强度及退壳性试验。而为了检验引信在发射过程受到极大的冲击载荷时，引信的火工品能否爆炸，保险机构、隔离机构是否可靠，弹丸出炮口后会不会产生炮口炸或弹道炸，则要进行引信安全性试验，上述试验的弹药都应采用强装药，以经
45、受苛刻条件的考验。当然，有些试验则采用减装药，如穿甲弹体对装甲目标的碰击强度试验、弹体装药碰击装甲目标的安定性试验等。无论哪种试验，都要选配装药，保证得到所需的弹道条件(如膛压、初速、落速等)。加药法是制式弹选配强装药的主要方法。在进行强装药选配试验时，可先根据装填条件的变化对膛压、初速影响的单项经验公式，估算所需增加的装药量，即00(1 65)(1 66)mmpmpvlv或00MPa/MPa/(1mmKgpvm spvm sml式中全装药的装药量，；实测的全装药平均最大膛压，；实测的全装药平均初速，；、强装药时膛压，及初速现对全装药的增量，；、装药量对膛压和初速的修正系数 制式弹可查附表，现
46、产品刻参考内弹道学查斯鲁霍斯表)。强装药膛压、初速的增量，根据不同的火炮、弹丸及试验项目的不同有不同的要求，通常不仅应保证膛压增量的要求，一般也应保证初速增量的要求。由于估算的结果是有误差的，所以通常先以估算药量m的3/44/5作为选药试验的起始值，即+(3/44/5)，然后根据试验实测的膛压、初速对装药增量进行逐次调整，直到满足强装药的弹道条件为止。试验应采用产品性能试验的同一炮管，并保持药温与产品性能试验时相同。加药法除受初速增量限制外，主要受极限装填条件的限制。对有些产品，允许改变装药结构。如全装药原为多个药包的装药结构，强装药则改为一个药包，或改发射药为散装，以达到允许增加装药的需要。
47、但当装填密度超过极限装填密度，装药过紧时，可能会发生膛压突然升高的现象，此时就不能采用加药法。在不宜采用加药法时可采用换药法。即将原有的全装药换用燃烧层较薄的火药品号，或者将具有两种品号的全装药，改为单一品号的装药，从而获得强装药的方法。对于某些弹丸，只要求强装药能达到最大膛压的增量，而不规定相应的初速增量，即可采用换药法。但所选的火药的燃烧层厚度不宜减小太多。一般以减小一个规格等级为宜。如原火药用8/14者，强装药改用7/14；原火药用27/1者，强装药改用251。然后，再通过实际的射击试验确定所需的装药量。在原全装药中适当增加一种燃速较快的发射药，从而提高最大膛压获得强装药的方法，叫做混合
48、装药法。如1966年式152mm杀爆弹的强装药，即是将原全装药双芳3-16/l火药中的一部分改为9/7火药，以增加其膛压，利用混合装药法，易于使最大膛压及初速同时满足预期要求。将初速及平均最大膛压等符合图定条件的全装药，不改变火药品号、装填密度及装药结构，加温达到图定温度(一般为50C+2C)，并根据装药量的多少和火药燃烧层的厚度，保温1540h，然后进行射击试验，以达到强装药同样的弹道条件。在目前新设计的弹药中，常常采用此种方法。装药保温时，应遵守以下要求：以药筒装药保温者，必须换配假底火；定装式炮弹保温则换配假引信；分装式炮弹的弹丸保持常温，不需随发射药保高温；装配好的测压器要与发射药一起
49、保温；试验弹配用的底火和点火具，应与发射装药分开保温。当单用加温法不能达到强装药要求时。可同时采用增加适量发射药的方法达到强装药的膛压。1、专用减装药试验时，发射药需在标准温度下保温，每射击几发改变一次发射药量，并实测弹丸初速。各段发射药量的间隔量及每个间隔段上的射击发数应符合规定，以保证试验精度。2、在专用减装药试验中，对小口径火炮，在每一药量间隔(58g)上射击34发，对中、大口径火炮，在每一药量间隔(60140g)上射击23发，每次射击测量初速。试验数据处理时，应列出每一试验间隔段的药量与各发初速以初速为因变量，经过最小二乘法拟合试验数据，得到标准温度下的初速v0与发射药量的函数关系。一般情况下v0-之间呈直线关系，即0/()/am sbms kgkgvm s式中专用减装药实验系数，；专用减装药实验系数，；专用减装药药量，；弹丸初速，；00()/(167)vabvab或
