CN113324448A - 一种弹药***场风动压测试方法及装置 - Google Patents

一种弹药***场风动压测试方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种弹药***场风动压测试方法及装置，步骤一，***场安装风动压测试装置；步骤二，风动压测试装置与测试仪器的连接；步骤三，冲击波数据处理；步骤四，计算测压杆端面的冲击波静压；步骤五，测压杆端面的静压击波后流体的马赫数计算；步骤六，风动压计算；步骤七，建立风动压随时间的变化模型。本发明采用双轴向多传感器组合的冲击波压力测量结构，获取测点位置的冲击波总压和静压，通过冲击波总压、静压与冲击波后流体马赫数关系，风动压与冲击波静压和冲击波流体马赫数关系，得到测量点的风动压力。该测量方法，操作简单、方便，得到的风动压结果精度高，实现了高精度的获取***场风动压力的目的。

Description

一种弹药***场风动压测试方法及装置
技术领域
本发明属于毁伤评估技术领域，涉及风动压，具体涉及一种弹药***场风动压测试方法及装置。
背景技术
随着高能***技术的发展，大型温压、云爆战斗部***威力得到提高，冲击波波阵面后风动压对目标破坏成为不可忽略的因素，测量弹药***风动压力成为了弹药***威力评估中不可缺少的一环。
风动压力一般很难直接测量得到，通常采用获取冲击波的总压和静压，计算其差值得到风动压力。在工业领域如飞机、高铁等目标，为获取目标周围高速气流速动速度，广泛采用“皮托管”测风动压方法获取气流的总压和静压，总压和静压的差等于风动压力，再通过运算间接得到气流速度，这种风动压测试方法对于亚音速且速度变化缓慢的流体，得到的风动压结果精度高，而对于***场冲击波风动压力，由于击波后气流速度随冲击波压力的衰减而快速衰减，皮托管测量法已不完全适合。测试技术学报的“某型弹***场风动压测试与分析”文中，提出了一种采用两个压力传感器组合的动压测试方法，在装置头部端面中心的引流管底，布设压力传感器获取冲击波总压，在侧面布设压力传感器测量静压，然后由总压与静压的差得到风动压。该测试方法主要存在的问题是：(一)由于引流管的管道滤波效应，测量的冲击波总压小于实际击波总压，由此引入了风动压测量结果的大误差；(二)由于总压测点、静压测点不在同一位置，静压设于总压测点之后，获得的静压值也小于总压测点位置的静压值，也引入了风动压测量结果的大误差，因此，该方法得到的风动压结果误差大，精度低，甚至出现风动压小于零的现象。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种弹药***场风动压测试方法及装置，解决现有技术中的测试方法存在的大误差、精度低的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种风动压测试装置，包括测压杆，所述的测压杆的头部圆台端面中心上沿轴向开设有总压测试压力传感器安装座，总压测试压力传感器安装座内安装有总压测试压力传感器；
所述的测压杆的侧壁上设置有一个侧平面，侧平面上沿着径向开设有多个静压测试压力传感器安装座，每个静压测试压力传感器安装座内均安装有静压测试压力传感器；
所述的侧平面相对的测压杆上沿着轴向开设有引线槽，引线槽与总压测试压力传感器安装座和多个静压测试压力传感器安装座均连通；
所述的测压杆的尾部设置有信号输出接线端子，总压测试压力传感器和静压测试压力传感器分别通过位于引线槽内的引线与信号输出接线端子相连。
本发明还具有如下技术特征：
所述的静压测试压力传感器等间距布设，间距L2＝30mm，最靠近测压杆的头部圆台端面的静压测试压力传感器距测压杆的圆台端面距离L1＝80mm。
所述的静压测试压力传感器为三个以上。
引线装配好后，所述的引线槽内填充有环氧密封胶。
所述的测压杆的头部为锥台状，锥台的侧面与测压杆的中心轴线之间的夹角为25°。
本发明还保护一种弹药***场风动压测试方法，该方法采用如上所述的风动压测试装置；
该方法包括以下步骤：
步骤一，***场安装风动压测试装置：
将支架放置到***场观测点，在支架上固定测压杆，使测压杆的头部指向爆心；记录爆心与测压杆的头部圆台端面中心的爆心距R；
步骤二，风动压测试装置与测试仪器的连接：
通过信号输出接线端子与适配器连接，适配器与数据采集仪连接；当弹药***后，冲击波作用于总压测试压力传感器和多个静压测试压力传感器，压力传感器受压输出的响应信号，通过适配器转化放大后，存储到数据采集仪中；
步骤三，冲击波数据处理：
读取并分析数据获取的冲击波压力信号，记录总压测试压力传感器和多个静压测试压力传感器的压力峰值和正压持续时间；
总压测试压力传感器的压力峰值即为测压杆端面的总压峰值；
步骤四，计算测压杆端面的冲击波静压：
步骤401，将侧平面上测点的压力峰值、试验装药质量、爆心距代入公式Ⅰ，得到的多个多项式联立求解，得到公式Ⅰ系数a、b、c的值；然后依据爆心与测压杆的头部圆台端面中心的爆心距R和公式Ⅰ计算测压杆端面的静压峰值Ps；
Figure BDA0003062487630000031
式中：
Psi为i测点的侧平面静压峰值；
i为测点编号；
W为试验装药质量；
Rsi为i测点与爆心间距；
a、b和c均为系数；
步骤402，将侧平面上测点的压力峰值、试验装药质量、爆心距代入公式Ⅱ，得到多个ksi+，求其平均值ks+；将ks+和测压杆端面中心爆心距代入公式Ⅱ，得到测压杆端面静压力正压作用时间Ts+；
Tsi+＝ksi(Rsi×w1/3)1/2 公式Ⅱ；
式中：
ksi为测点正压时间系数；
Tsi+为测点冲击波正压持续时间；
步骤403，将侧平面上的多个测点的压力峰值和正压时间代入公式Ⅲ，得到多个bsi，求其平均值bs；将Ps、Ts+、bs代入公式Ⅲ，得到测压杆端面的静压随时间变化模型；
Figure BDA0003062487630000041
根据测压杆端面的静压随时间变化模型，能够获得测压杆端面的静压峰值；
步骤五，测压杆端面的静压击波后流体的马赫数计算：
将测压杆端面的总压峰值和测压杆端面的静压峰值代入公式Ⅳ，计算击波后流体的马赫数M；
当马赫数M小于等于1时，转入步骤六；
当马赫数M大于1时，将总压峰值和静压峰值代入公式Ⅴ，重新计算击波后流体的马赫数M得到马赫数，然后再转入步骤六；
Figure BDA0003062487630000051
Figure BDA0003062487630000052
式中：
PP为测压杆端面的总压峰值；
Ps为测压杆端面的静压峰值；
γ为***气体的比热容比；
步骤六，风动压计算：
将测压杆端面的静压峰值和击波后流体运动的马赫数代入公式Ⅵ，得到风动压峰值q：
Figure BDA0003062487630000053
步骤七，建立风动压随时间的变化模型：
按照步骤六的风动压峰值计算方法，依据各时刻的总压和静压，循环计算各时刻的流体马赫数和风动压值，绘制风动压随时间的变化曲线，建立风动压随时间的变化模型。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明采用双轴向多传感器组合的冲击波压力测量结构，获取测点位置的冲击波总压和静压，通过冲击波总压、静压与冲击波后流体马赫数关系，风动压与冲击波静压和冲击波流体马赫数关系，得到测量点的风动压力。该测量方法，操作简单、方便，得到的风动压结果精度高，实现了高精度的获取***场风动压力的目的。
(Ⅱ)本发明采用测压杆侧平面的多个压力传感器获取测点的静压，通过数据回归，得到测压杆端面的静压压力，方法简单，得到的冲击波静压精度高，解决了目前总压测点与静压测点由于位置不一致产生的测量误差大的问题。
(Ⅲ)本发明通过总压曲线和静压曲线对应时刻的压力值的多次迭代计算方法，得到风动压力随时间变化曲线，为目标毁伤破坏研究中全面掌握风动压衰减特点提供技术支撑。
(Ⅳ)本发明的方法中采用多个压力传感器组合获取静压冲击波压力，通过数据处理，得到观察点的静压；本发明的方法中采用测压杆端部获取了冲击波的总压；本发明的方法通过冲击波总压和静压各作用时刻的压力的循环计算，建立了风动压随时间的变化模型。
附图说明
图1为风动压测试装置的正剖视结构示意图。
图2为风动压测试装置的左视结构示意图。
图中各个标号的含义为：1-测压杆，2-总压测试压力传感器安装座，3-总压测试压力传感器，4-侧平面，5-静压测试压力传感器安装座，6-静压测试压力传感器，7-引线槽，8-信号输出接线端子，9-引线，10-环氧密封胶。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种风动压测试装置，如图1和图2所示，包括测压杆1，测压杆1的头部圆台端面中心上沿轴向开设有总压测试压力传感器安装座2，总压测试压力传感器安装座2内安装有总压测试压力传感器3；
测压杆1的侧壁上设置有一个侧平面4，侧平面4上沿着径向开设有多个静压测试压力传感器安装座5，每个静压测试压力传感器安装座5内均安装有静压测试压力传感器6；
侧平面5相对的测压杆1上沿着轴向开设有引线槽7，引线槽7与总压测试压力传感器安装座2和多个静压测试压力传感器安装座5均连通；
测压杆1的尾部设置有信号输出接线端子8，总压测试压力传感器3和静压测试压力传感器6分别通过位于引线槽7内的引线9与信号输出接线端子8相连。
本实施例中，总压测试压力传感器3用于获取冲击波的总压力。静压测试压力传感器6用于获取测点位置冲击波静压力。
作为本实施例的一种优选方案，静压测试压力传感器6等间距布设，间距L2＝30mm，最靠近测压杆1的头部圆台端面的静压测试压力传感器6距测压杆1的圆台端面距离L1＝80mm。
作为本实施例的一种优选方案，静压测试压力传感器6为三个以上，本实施例中，优选三个。
作为本实施例的一种优选方案，引线9装配好后，引线槽7内填充有环氧密封胶10。
作为本实施例的一种优选方案，测压杆1的头部为锥台状，锥台的侧面与测压杆1的中心轴线之间的夹角为25°。
实施例2：
本实施例给出一种弹药***场风动压测试方法，该方法采用实施例1中的风动压测试装置；
本实施例中，测压杆1端面即测压杆1的头部圆台端面。
该方法包括以下步骤：
步骤一，***场安装风动压测试装置：
将支架放置到***场观测点，在支架上固定测压杆1，使测压杆1的头部指向爆心；记录爆心与测压杆1的头部圆台端面中心的爆心距R；
步骤二，风动压测试装置与测试仪器的连接：
通过信号输出接线端子8与适配器连接，适配器与数据采集仪连接；当弹药***后，冲击波作用于总压测试压力传感器3和多个静压测试压力传感器6，压力传感器受压输出的响应信号，通过适配器转化放大后，存储到数据采集仪中；
步骤三，冲击波数据处理：
读取并分析数据获取的冲击波压力信号，记录总压测试压力传感器3和多个静压测试压力传感器6的压力峰值和正压持续时间；
总压测试压力传感器3的压力峰值即为测压杆1端面的总压峰值；
步骤四，计算测压杆端面的冲击波静压：
步骤401，将侧平面4上测点的压力峰值、试验装药质量、爆心距代入公式Ⅰ，得到的多个多项式联立求解，得到公式Ⅰ系数a、b、c的值；然后依据爆心与测压杆1的头部圆台端面中心的爆心距R和公式Ⅰ计算测压杆1端面的静压峰值Ps；
Figure BDA0003062487630000081
式中：
Psi为i测点的侧平面静压峰值；
i为测点编号；
W为试验装药质量；
Rsi为i测点与爆心间距；
a、b和c均为系数；
本实施例中，Rs1＝R+L1,Rs2＝Rs1+L2，Rs3＝Rs2+L2。
步骤402，将侧平面4上测点的压力峰值、试验装药质量、爆心距代入公式Ⅱ，得到多个ksi+，求其平均值ks+；将ks+和测压杆1端面中心爆心距代入公式Ⅱ，得到测压杆端面静压力正压作用时间Ts+；
Tsi+＝ksi(Rsi×w1/3)1/2 公式Ⅱ；
式中：
ksi为测点正压时间系数；
Tsi+为测点冲击波正压持续时间；
步骤403，将侧平面4上的多个测点的压力峰值和正压时间代入公式Ⅲ，得到多个bsi，求其平均值bs；将Ps、Ts+、bs代入公式Ⅲ，得到测压杆1端面的静压随时间变化模型；
Figure BDA0003062487630000091
根据测压杆1端面的静压随时间变化模型，能够获得测压杆端面的静压峰值；
步骤五，测压杆端面的静压击波后流体的马赫数计算：
将测压杆端面的总压峰值和测压杆端面的静压峰值代入公式Ⅳ，计算击波后流体的马赫数M；
当马赫数M小于等于1时，转入步骤六；
当马赫数M大于1时，将总压峰值和静压峰值代入公式Ⅴ，重新计算击波后流体的马赫数M得到马赫数，然后再转入步骤六；
Figure BDA0003062487630000101
Figure BDA0003062487630000102
式中：
PP为测压杆端面的总压峰值；
Ps为测压杆端面的静压峰值；
γ为***气体的比热容比；本实施例中，γ的取值为＝1.4。
步骤六，风动压计算：
将测压杆2端面的静压峰值和击波后流体运动的马赫数代入公式Ⅵ，得到风动压峰值q：
Figure BDA0003062487630000103
步骤七，建立风动压随时间的变化模型：
按照步骤六的风动压峰值计算方法，依据各时刻的总压和静压，循环计算各时刻的流体马赫数和风动压值，绘制风动压随时间的变化曲线，建立风动压随时间的变化模型。
应用例：
按照上述实施例2中的弹药***场风动压测试方法，以下是采用测压杆获取的某装药靶场试验测量结果。试验某装药质量10kg，测压杆端面的爆心距为14m。表1为试验后数据处理结果。从表1中可知，测量得到端面总压为0.458MPa，端面静压为0.2142MPa，的风动压为0.181MPa。采用引流管的总压测试方法，压力峰值肯定小于0.458MPa，导致风动压也减小，如果滤波效果强烈，可能会出现负数结果。
表1总压冲击波和静压冲击波数据处理结果
Figure BDA0003062487630000111

Claims (10)

1.一种弹药***场风动压测试方法，该方法采用风动压测试装置，其特征在于，所述的风动压测试装置包括测压杆(1)，所述的测压杆(1)的头部圆台端面中心上沿轴向开设有总压测试压力传感器安装座(2)，总压测试压力传感器安装座(2)内安装有总压测试压力传感器(3)；
所述的测压杆(1)的侧壁上设置有一个侧平面(4)，侧平面(4)上沿着径向开设有多个静压测试压力传感器安装座(5)，每个静压测试压力传感器安装座(5)内均安装有静压测试压力传感器(6)；
所述的侧平面(5)相对的测压杆(1)上沿着轴向开设有引线槽(7)，引线槽(7)与总压测试压力传感器安装座(2)和多个静压测试压力传感器安装座(5)均连通；
所述的测压杆(1)的尾部设置有信号输出接线端子(8)，总压测试压力传感器(3)和静压测试压力传感器(6)分别通过位于引线槽(7)内的引线(9)与信号输出接线端子(8)相连；
该方法包括以下步骤：
步骤一，***场安装风动压测试装置：
将支架放置到***场观测点，在支架上固定测压杆(1)，使测压杆(1)的头部指向爆心；记录爆心与测压杆(1)的头部圆台端面中心的爆心距R；
步骤二，风动压测试装置与测试仪器的连接：
通过信号输出接线端子(8)与适配器连接，适配器与数据采集仪连接；当弹药***后，冲击波作用于总压测试压力传感器(3)和多个静压测试压力传感器(6)，压力传感器受压输出的响应信号，通过适配器转化放大后，存储到数据采集仪中；
步骤三，冲击波数据处理：
读取并分析数据获取的冲击波压力信号，记录总压测试压力传感器(3)和多个静压测试压力传感器(6)的压力峰值和正压持续时间；
总压测试压力传感器(3)的压力峰值即为测压杆(1)端面的总压峰值；
步骤四，计算测压杆端面的冲击波静压：
步骤401，将侧平面(4)上测点的压力峰值、试验装药质量、爆心距代入公式Ⅰ，得到的多个多项式联立求解，得到公式Ⅰ系数a、b、c的值；然后依据爆心与测压杆(1)的头部圆台端面中心的爆心距R和公式Ⅰ计算测压杆(1)端面的静压峰值Ps；
Figure FDA0003062487620000021
式中：
Psi为i测点的侧平面静压峰值；
i为测点编号；
W为试验装药质量；
Rsi为i测点与爆心间距；
a、b和c均为系数；
步骤402，将侧平面(4)上测点的压力峰值、试验装药质量、爆心距代入公式Ⅱ，得到多个ksi+，求其平均值ks+；将ks+和测压杆(1)端面中心爆心距代入公式Ⅱ，得到测压杆端面静压力正压作用时间Ts+；
Tsi+＝ksi(Rsi×w1/3)1/2 公式Ⅱ；
式中：
ksi为测点正压时间系数；
Tsi+为测点冲击波正压持续时间；
步骤403，将侧平面(4)上的多个测点的压力峰值和正压时间代入公式Ⅲ，得到多个bsi，求其平均值bs；将Ps、Ts+、bs代入公式Ⅲ，得到测压杆(1)端面的静压随时间变化模型；
Figure FDA0003062487620000031
根据测压杆(1)端面的静压随时间变化模型，能够获得测压杆端面的静压峰值；
步骤五，测压杆端面的静压击波后流体的马赫数计算：
将测压杆端面的总压峰值和测压杆端面的静压峰值代入公式Ⅳ，计算击波后流体的马赫数M；
当马赫数M小于等于1时，转入步骤六；
当马赫数M大于1时，将总压峰值和静压峰值代入公式Ⅴ，重新计算击波后流体的马赫数M得到马赫数，然后再转入步骤六；
Figure FDA0003062487620000032
Figure FDA0003062487620000033
式中：
PP为测压杆端面的总压峰值；
Ps为测压杆端面的静压峰值；
γ为***气体的比热容比；
步骤六，风动压计算：
将测压杆(2)端面的静压峰值和击波后流体运动的马赫数代入公式Ⅵ，得到风动压峰值q：
Figure FDA0003062487620000041
步骤七，建立风动压随时间的变化模型：
按照步骤六的风动压峰值计算方法，依据各时刻的总压和静压，循环计算各时刻的流体马赫数和风动压值，绘制风动压随时间的变化曲线，建立风动压随时间的变化模型。
2.如权利要求1所述的弹药***场风动压测试方法，其特征在于，所述的静压测试压力传感器(6)等间距布设，间距L2＝30mm，最靠近测压杆(1)的头部圆台端面的静压测试压力传感器(6)距测压杆(1)的圆台端面距离L1＝80mm。
3.如权利要求1所述的弹药***场风动压测试方法，其特征在于，所述的静压测试压力传感器(6)为三个以上。
4.如权利要求1所述的弹药***场风动压测试方法，其特征在于，引线(9)装配好后，所述的引线槽(7)内填充有环氧密封胶(10)。
5.如权利要求1所述的弹药***场风动压测试方法，其特征在于，所述的测压杆(1)的头部为锥台状，锥台的侧面与测压杆(1)的中心轴线之间的夹角为25°。
6.一种风动压测试装置，其特征在于，包括测压杆(1)，所述的测压杆(1)的头部圆台端面中心上沿轴向开设有总压测试压力传感器安装座(2)，总压测试压力传感器安装座(2)内安装有总压测试压力传感器(3)；
所述的测压杆(1)的侧壁上设置有一个侧平面(4)，侧平面(4)上沿着径向开设有多个静压测试压力传感器安装座(5)，每个静压测试压力传感器安装座(5)内均安装有静压测试压力传感器(6)；
所述的侧平面(5)相对的测压杆(1)上沿着轴向开设有引线槽(7)，引线槽(7)与总压测试压力传感器安装座(2)和多个静压测试压力传感器安装座(5)均连通；
所述的测压杆(1)的尾部设置有信号输出接线端子(8)，总压测试压力传感器(3)和静压测试压力传感器(6)分别通过位于引线槽(7)内的引线(9)与信号输出接线端子(8)相连。
7.如权利要求6所述的风动压测试装置，其特征在于，所述的静压测试压力传感器(6)等间距布设，间距L2＝30mm，最靠近测压杆(1)的头部圆台端面的静压测试压力传感器(6)距测压杆(1)的圆台端面距离L1＝80mm。
8.如权利要求6所述的风动压测试装置，其特征在于，所述的静压测试压力传感器(6)为三个以上。
9.如权利要求6所述的风动压测试装置，其特征在于，引线(9)装配好后，所述的引线槽(7)内填充有环氧密封胶(10)。
10.如权利要求6所述的风动压测试装置，其特征在于，所述的测压杆(1)的头部为锥台状，锥台的侧面与测压杆(1)的中心轴线之间的夹角为25°。
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