弹炮耦合作用下的结合面间隙测试方法与流程

1.本发明涉及一种弹炮耦合作用下的结合面间隙测试方法，具体地讲，本发明涉及通过控制身管、摇架、上架、底盘、驻锄结构之间结合面间隙测试方法。
技术背景
2.结合面在火炮结构中的大量存在，从而使火炮结构或系统不再具有连续性，进而导致了问题的复杂性。结合面存在着接触刚度和接触阻尼。从火炮动力学的角度分析结合面问题，它与火炮机械结构的振动及动态特性存在着密切的联系。有两个方面的原因：一方面，结合面刚度是火炮结构整体刚度的重要组成部分，有时成为整体刚度的薄弱环节。另一方面，对于火炮结构零件组成的机构，其大部分阻尼来源于结合面，和结构本身的阻尼相比，结合面阻尼占有绝对优势。因此，结合面动态特性的研究无论是从理论还是从实际应用上都具有十分重要的意义。
3.火炮发射过程，弹丸在身管内不仅发生高速平动运动，还发生绕身管轴线的高速转动和相对于身管轴线的摆动，形成了所谓的弹炮耦合效应。在弹炮耦合效应下，身管、摇架、上架、底盘、驻锄结构之间结合面间隙大小将会发生变化，最终引起炮口振动响应的增加，引起射弹散布增大。
4.从结构上说，自行火炮由身管、摇架、上架、底盘和驻锄等组成，身管沿导轨相对于摇架发生后坐复进直线运动，身管是后坐部分主体；身管和摇架是起落部分主体，起落部分绕耳轴相对于上架发生俯仰转动；起落部分和上架为回转部分，回转部分绕座圈相对于底盘发生回转转动；底盘绕驻锄转动副相对于地面发生运动。在上述导轨、耳轴、座圈、转动副位置都存在结合面。为了使各部件能相对运动，结合面都留有间隙。为了保证火炮射击稳定性和减小振动，结合面间隙不能太大，必须限制在一个规定范围内。由于火炮是一种多结构组合体，随着火炮射弹数的增加，火炮结构在运动过程中会出现结合面间隙增大的趋势。如何监测、控制、限制结合面间隙，是减小火炮振动、尤其是减小身管振动的关键技术。
5.在炮膛合力作用下，全炮结构发生振动，由于结合面存在间隙，从身管到驻锄振动载荷逐级传递，不同结构振动响应时间逐渐滞后。载荷传递每经过一次结合面，振动响应时间将滞后一个数值。如果间隙大，则振动响应时间滞后数值就大。通过测试结合面时间滞后数值，能判断结合面间隙大小。


技术实现要素：

6.为了解决弹炮耦合作用下的结合面间隙测试问题，特提出一种弹炮耦合作用下的结合面间隙测试方法。该方法是通过测试火炮结合面间隙以便为减小、控制结合面间隙、减小火炮振动、提高射击精度提供实时测试数据。该方法涉及应变测试系统、炮口时间传感器、数据采集器。应变测试系统包括应变仪、应变片和信号线。炮口时间传感器依靠光电转换原理而工作，炮口时间传感器包括光学镜头、光电敏感元件和三脚架。火炮射击之前，在身管、摇架、上架、底盘、驻锄结构粘贴应变片，通过信号线，将应变片连接到应变仪上，而应
变仪再连接到数据采集器上。同时，在火炮侧面的地面上布置一台炮口时间传感器，光学镜头对准炮口，能得到弹丸出炮口时间，弹丸出炮口时间是应变信号的时间参考。
7.火炮射击，身管、摇架、上架、底盘、驻锄结构由于机械振动而出现弹性变形，该弹性变形常用应变参数度量。应变片将上述弹性变形转化为应变信号，数据采集器记录应变信号和弹丸出炮口时间信号。以身管应变信号开始响应时刻为时间基准，经过数据处理，分别得到摇架、上架、底盘、驻锄结构相对于身管应变信号开始时间差，分析上述时间差与规定值的关系。如果上述时间差大于规定值，则应停止射击试验，检查结合面间隙大小，调整该间隙到规定数值。当结合面间隙调整到规定数值之内时，火炮振动响应将小于规定值，身管和炮口振动也小于规定值。这样就有利于提高射击精度。
8.弹炮耦合作用下的结合面间隙测试方法具有显著优点。1)建立了一套通过监测火炮不同部件应变参数时间响应时间差来判断结合面间隙参数是否满足减振要求的提高射击精度控制方法；2)火炮射击过程检测结构应变参数方法简单、对火炮射击过程无影响；3)创新了一种提高火炮射击精度新方法；4)能提高我国火炮研制水平；5)能降低火炮使用成本。
附图说明
9.附图1是弹炮耦合作用下的结合面间隙测试方法示意图。其中，1表示炮口，2表示身管，3表示信号线，4表示应变仪，5表示驻锄，6表示底盘，7表示上架，8表示摇架。在身管a点、摇架b点、上架c点、底盘d点、驻锄e点分别粘贴应变片，感知该位置在射击载荷作用下的应变值。驻锄有两个，左右对称布置。身管最前端是炮口。通过信号线将应变片和应变仪相连。附图1中，未画炮口时间传感器。
10.附图2是不同结构应变信号曲线示意图。其中，c1，c2，c3，c4，c5分别表示身管、摇架、上架、底盘和驻锄应变信号曲线，t1，t2，t3，t4，t5分别表示身管、摇架、上架、底盘和驻锄应变信号开始响应的时间。由于身管与摇架之间存在导轨结合面及导轨间隙、摇架与上架之间存在耳轴结合面及耳轴间隙、上架与底盘之间存在座圈结合面及座圈间隙、底盘与驻锄之间存在转动副结合面及转动副间隙，各应变信号开始响应的时间有先有后，这时就出现了时间差。横坐标轴为时间轴，单位为s，纵坐标轴为应变，单位为με。每一条应变信号曲线左端的水平直线表示对应的结构应变信号没有开始响应。c0表示弹丸出炮口时间信号曲线，t0表示弹丸出炮口的时刻，弹丸运动到t0时刻，表示弹丸刚离开炮口。
具体实施方式
11.下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步详述。
12.为了解决弹炮耦合作用下的结合面间隙测试问题，特提出一种弹炮耦合作用下的结合面间隙测试方法。该方法是通过测试火炮结合面间隙以便为减小、控制结合面间隙、减小火炮振动、提高射击精度提供实时测试数据。该方法涉及应变测试系统、炮口时间传感器、数据采集器。应变测试系统包括应变仪、应变片和信号线。炮口时间传感器依靠光电转换原理而工作，炮口时间传感器包括光学镜头、光电敏感元件和三脚架。
13.火炮射击之前，在身管、摇架、上架、底盘、驻锄结构分别粘贴应变片，通过信号线，将应变片连接到应变仪上，而应变仪通过信号线再连接到数据采集器上。同时，在火炮侧面
的地面上布置一台炮口时间传感器，光学镜头安装到三脚架上，光学镜头对准炮口，能得到弹丸出炮口时间，弹丸出炮口时间能为应变信号提供时间参考。
14.火炮正式射击之前，通过射击试验，分别确定由于火炮结构中的导轨、耳轴、座圈和转动副结合面间隙的存在而引起摇架、上架、底盘、驻锄相对于身管应变信号的时间滞后允许值为δt
10
，δt
20
，δt
30
，δt
40
。当由于火炮结构中的导轨、耳轴、座圈和转动副结合面间隙的存在而引起摇架、上架、底盘、驻锄相对于身管应变信号的时间滞后实测值δt1，δt2，δt3，δt4对应大于δt
10
，δt
20
，δt
30
，δt
40
时，表示火炮结合面间隙太大，会使身管振动响应增大，引起炮口振动响应增大，会增大射弹散布。为了提高火炮射击精度，应使时间滞后实测值小于时间滞后允许值。时间滞后实测值也称为时间差实测值。
15.火炮正式射击，身管、摇架、上架、底盘、驻锄结构由于机械振动而出现弹性变形，该弹性变形采用应变参数度量。应变片将上述弹性变形分别转化为应变信号c1，c2，c3，c4，c5，数据采集器记录应变信号和弹丸出炮口时间信号c0。以身管应变信号开始响应时刻为时间基准，经过数据处理，分别得到摇架、上架、底盘、驻锄结构相对于身管应变信号时间差实测值分别为
[0016][0017]
分析上述时间差实测值δt1，δt2，δt3，δt4与允许值δt
10
，δt
20
，δt
30
，δt
40
的关系，如果出现下列关系：
[0018]
δt1＞δt
10
[0019]
δt2＞δt
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]
δt3＞δt
30
[0021]
δt4＞δt
40
[0022]
则应停止射击试验，检查结合面间隙大小，调整这些间隙到允许值之内。当结合面间隙调整到允许值之内时，火炮振动响应能小于规定值，身管和炮口振动响应也能小于规定值，火炮射击精度也能满足规定值。满足规定值就表示该性能合格。

技术特征：
1.一种弹炮耦合作用下的结合面间隙测试方法，其特征在于，弹炮耦合作用下的结合面间隙测试方法是通过测试火炮结合面间隙以便为减小、控制结合面间隙、减小火炮振动、提高火炮射击精度提供实时测试数据；弹炮耦合作用下的结合面间隙测试方法涉及应变测试系统，炮口时间传感器，数据采集器；应变测试系统包括应变仪、应变片和信号线；炮口时间传感器依靠光电转换原理而工作，炮口时间传感器包括光学镜头、光电敏感元件和三脚架；火炮射击之前，在身管、摇架、上架、底盘、驻锄分别粘贴应变片，通过信号线，将应变片连接到应变仪上，而应变仪通过信号线再连接到数据采集器上；同时，在火炮侧面的地面上布置一台炮口时间传感器，光学镜头安装到三脚架上，光学镜头对准炮口，能得到弹丸出炮口时间，弹丸出炮口时间能为应变信号提供时间参考；火炮正式射击之前，通过射击试验，分别确定由于火炮结构中的导轨、耳轴、座圈和转动副结合面间隙的存在而引起摇架、上架、底盘、驻锄相对于身管应变信号的时间滞后允许值为δt
10
，δt
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，δt
30
，δt
40
；由于火炮结构中的导轨、耳轴、座圈和转动副结合面间隙的存在而引起摇架、上架、底盘、驻锄相对于身管应变信号的时间滞后简称时间滞后；火炮正式射击，身管、摇架、上架、底盘、驻锄由于机械振动而出现弹性变形，该弹性变形采用应变参数度量；应变片将身管、摇架、上架、底盘、驻锄弹性变形分别转化为应变信号c1，c2，c3，c4，c5，数据采集器记录应变信号c1，c2，c3，c4，c5和弹丸出炮口时间信号c0；以身管应变信号c1中的t1为时间基准，经过数据处理，分别得到摇架、上架、底盘、驻锄相对于身管应变信号时间滞后实测值分别为δt1＝t
2-t1δt2＝t
3-t1ꢀꢀꢀꢀ
(1)δt3＝t
4-t1δt4＝t
4-t1式中，t1，t2，t3，t4，t5分别表示身管、摇架、上架、底盘和驻锄应变信号开始响应的时间；分析上述时间滞后实测值δt1，δt2，δt3，δt4与时间滞后允许值δt
10
，δt
20
，δt
30
，δt
40
的关系，如果出现下列关系：δt1＞δt
10
δt2＞δt
20
ꢀꢀꢀꢀ
(2)δt3＞δt
30
δt4＞δt
40
则应停止射击试验，检查火炮结构中的导轨、耳轴、座圈和转动副结合面间隙大小，调整火炮结构中的导轨、耳轴、座圈和转动副结合面间隙到允许值之内；当火炮结构中的导轨、耳轴、座圈和转动副结合面间隙调整到允许值之内时，火炮振动能小于规定值，身管和炮口振动也能小于规定值，火炮射击精度也能满足规定值。

技术总结
本发明公开了一种弹炮耦合作用下的结合面间隙测试方法。该方法是通过测试火炮结合面间隙以便为减小、控制结合面间隙、减小火炮振动、提高火炮射击精度提供实时测试数据。火炮射击之前，在身管、摇架、上架、底盘、驻锄结构粘贴应变片。火炮射击，身管、摇架、上架、底盘、驻锄结构由于机械振动而出现弹性变形，数据采集器记录应变信号。以身管应变信号为时间基准，经过数据处理，分别得到摇架、上架、底盘、驻锄结构相对于身管应变信号开始时间差，分析上述时间差与规定值的关系。如果上述时间差大于规定值，则应调整该间隙到规定数值。当结合面间隙调整到规定数值之内时，身管和炮口振动能小于规定值，火炮射击精度也能满足规定值。火炮射击精度也能满足规定值。火炮射击精度也能满足规定值。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：西北机电工程研究所
技术研发日：2022.03.08
技术公布日：2023/9/20