1、1,第七章 弹箭测试技术简介,7.1 概述,一、弹箭测试的目的与主要内容,弹箭测试的目的，在于研究与掌握弹箭产品的作用机理、工作特性、影响因素及使用性能等，为弹箭产品的研制与改进提供依据，确保弹箭成品满足战术指标要求，充分发挥产品在战争中的作用。,弹箭测试的内容很广，概括起来，被测试的内容主要有：,1.弹箭结构特征量；2.弹箭性能参量力（压力、推力）、速度、时间、温度、运动姿态等； 3.终点效应及终点示性数； 4. 结构单元性能参数等。,2,二、弹箭测试的主要特点,炮弹，火箭弹从发射到终点作用，过程复杂，时间短暂，其作用经历无重复性且伴有危险性，因而构成弹箭测试与普通产品测试具有明显的特点。,
2、拿弹箭的发射及终点效应来说，它具有如下特征：,1、高压火炮在发射过程中，火炮气体产生的压力很高，例如高膛压反坦克火炮的峰值压力在400MPa以上，最高可达到700MPa左右；,2、高速高膛压火炮的弹丸初速可达1800m/s左右，金属射流头部速度约在700010000m/s之间；,3、高温火药在燃烧过程中，短时温度可达20003000，具有炸药装药的战斗部爆炸时，短暂时间内所形成的温度约达3000 5000 ；,4、短时（瞬时性）一般火箭弹丸膛内发射过程为10ms左右，战斗部炸药装药的爆速约达70008000m/s，一般弹药战斗部内的炸药装药的爆轰过程仅需几s几十s 。,3,综上所述，弹箭测试具
3、有如下几个特点：,1、瞬时动态特征工作状态是时间的函数，而且变化速率大，过程短暂。,2、工作环境条件恶劣测试常需要在室外进行，寒暑、风沙、雨雪多变，因而测试设备往往需适应温度、湿度、外界气候条件等复杂多变的环境影响。,3、具有一定的危险性若不掌握弹箭成品及其零部件的特殊性能，不按经过严密考虑的操作规程进行工作，则随时具有潜在的危险性。,4,三、弹箭测试的重要性,科学技术的发展离不开测试技术，科学技术的发展、新理论的建立、新产品的研制都与测试技术有着相辅相成的关系。例如：脉冲闪光X射线摄影技术的出现，大大推进了聚能装药破甲弹和作用机理研究、性能改进；高速摄影装置对观察分析超速脱壳穿甲弹的弹托分离
4、过程来说既直观又准确。,弹箭设计理论，在许多方面更是一门对测试依赖很大的学科。其中很多的经验公式、半经验公式都是在一定条件下试验结果的总结。今后，弹箭理论的发展，弹箭产品的设计都仍然需要依赖一定的测试手段，以确定其性能。事实证明，在一个新产品的研制过程中，测试工作内容要占去60%以上的时间，一个好的设计，必定是建立在大量的可靠的测试分析结论之上的。,5,7.2 弹箭结构特征量测试,炮弹、火箭弹的结构特征量也称标志量，它包括弹的质量、质心位置（质心与偏心）、极转动惯量、赤道转动惯量等，统属于反映炮弹、火箭弹质量性能的参数。这些参数与炮弹火箭弹的空气动力特性及运动特征有着密切的关系，极大地影响着其
5、飞行性能，关系到能否按要求命中目标。为了控制这些量，必须对之进行测定，以保证炮弹、火箭弹的生产质量，同时为分析研究弹道性能提供依据。,一、质量与质心位置的测定,、质量的测定,弹箭质量的具体测定，随产品的尺寸大小以及产品对测定精度的要求和科学技术的进步水平，可选用具体的仪器设备系统来完成。,6,对于较少数弹箭的测定或是设备简陋的情况，采用机械天平直接读数测定，而在大数量、测定精度要求较高时，可采用电子天平微机系统进行测定。经过具体的测定，可检查弹箭的实际质量是否符合产品图纸的设计要求。同时也为质心位置、转动惯量等参量的测定，提供了原始数据。,、质心位置的测定,质心位置测定的方法和可选仪器有多种，
6、可以根据被测弹体的类型（如榴弹、迫弹等）、弹径、长度及其质量大小的不同进行选择。但就其测定原理，都是采用静力矩平衡的原理来实现的。,7,测量质心可用质心秤。质心秤设有一套刀口支承装置，使摆架能自由摆动。装置设有平衡砝码 及主砝码 （ 的质量已标出或已知）。测定之前，先由 调整摆架平衡，（ 放在零点）而后将弹体放到质心称上，再由 将摆动部分调平衡，则可得到下列平衡方程式：,（72）,所以：,（71）,如图所示：,8,式中：,秤的支点至弹体质心的距离,主砝码 的移动距离（可直接由刻度尺上读出）,弹体的质量,支撑点到弹底的距离（平衡后可直接读出）,则质心距弹底的距离,（73）,式（73）中，（+）或
7、（-）的取法，由主砝码的位置开确定，位于零点（支点）之右取（+）号，反之取（-）号。,9,二、转动惯量的测定,对于弹体绕对称轴转动时惯性的度量称为极转动惯量，以 表示。对于弹体绕通过质心并垂直于弹体对称轴的旋转轴转动是惯性的度量称为赤道转动惯量，以 表示。,转动惯量的确定，可以用理论计算得出，也可以通过试验测定。对于弹箭来说，由于结构、形状复杂，因此通常多是通过转动惯量测定仪来测定。,转动惯量测定仪的种类较多，考察我国的实际情况，测定转动惯量，大多采用单线式转动惯量测定仪，而尤以三线式居多。下面就简单介绍一下三悬线式转动惯量测定仪。,10,三悬线式转动惯量测定仪的原理是根据仪器回转能变成位能写
8、成微分方程式，再依几何关系求出回转力矩，然后根据动力学使惯性力矩和旋转力矩相平衡得出与数学摆类似的方程式。根据数学摆的原理，可以写出转动惯量和周期的关系，求得周期后，即能给出转动惯量。,、三悬线式转动惯量测定仪结构原理,三悬线式转动惯量测定仪的主要结构是用三根长度相等的金属丝（常选钢丝）构成的悬挂系统。,11,三悬线式转动惯量测试仪工作时的运动分析示意图,12,钢丝的顶端固定在回转圆盘的三个点上，此圆盘与地面平行，三个点在圆盘的同一平面上。三点位于半径为R的圆心上，三个悬挂点与圆心连线的夹角间隔互为120。三根钢丝的另一端分别固定在一个摆盘的三个吊盘点上，三个吊盘点也位于半径为R的同心圆上，并
9、与圆心连线的夹角间隔也互为120，圆心与摆盘的中心线（质心）重合，三根钢丝平行，长度相等。钢丝质量与摆盘的质量相比可以忽略不计，我们讨论一下摆动部分的运动情况：,在做扭摆运动的部分中取任意一点的位置为A。设G为扭摆部分的总重力（ ），L为钢丝悬线的长度，R为三根钢丝悬线形成的圆半径， 为钢丝悬线与垂直的夹角， 为摆盘的转角（偏离平衡位置A的转角）。,13,为便于分析问题，把扭摆部分的重力W看成由三根钢丝中某一根钢丝来承担。当扭转 角度后，A点移到了点A的位置，重力W产生了 分量，如图所示：,（74）,扭摆部分在分力 的作用下产生的扭转摆动，其运动微分方程式为：,（75）,式中： 扭转部分的转动
10、惯量；外力矩，其方向与运动方向相反。,14,（76）,当 值很小的时候，,则上式成为：,（77）,即：,令：,则：,（78）,15,式（78）是一个自由摆动（简谐振动）方程，其摆动周期为：,（79）,式（79）适用于扭摆角度不大的条件（当 时， ，角度较大情况时，式（79）需要做修正。,三悬线式转动惯量测试仪使用的经验结论是三条钢丝在可能的情况下，适当地选长些为宜，一般情况应为 ，此时摆动稳定，衰减慢，有利于试验测定工作的进行。另外，试验测定中的扭摆角度选择适当，一般为1020为宜。,16,二、弹箭极转动惯量 及赤道转动惯量 的测定,由式（79）可知，带弹三线摆动部分的转动惯量为：,（710）
11、,1、弹体极转动惯量 的测定,待测弹体在完成质量与质心位置测定后，利用极吊具将待测弹体按图示装好，然后如下进行:,为了测定弹体的转动惯量 ，须从J中去掉三悬线架扭摆部分本身的转动惯量 。办法是制作一件悬有带状小凸台的实心刚圆柱体作为标准体，小凸台的作用是承托，以便能将标准体放入悬吊盘中。,17,标准体的转动惯量可由公式计算，,式中 r标准体半径 h标准体高度 标准体密度,（711）,带标准体三悬线架的转动惯量 为：,（712）,式中 摆动周期 标准体，极吊具、吊盘总质量,18,则未放待测弹体时，极吊具、吊盘等扭摆部分本身的转动惯量 为：,（713）,式中 包括弹、极吊具、吊盘的摆动周期；弹体、
12、极吊具、吊盘的质量；待测弹体的极转动惯量；带弹三悬线摆动部分的转动惯量。,19,2、弹体赤道转动惯量 的测定,先换装吊具，保证弹体质心通过吊具的中心线将弹体安装好，如图所示,（714）,式中： 包括弹、赤道吊具、吊盘的摆动周期；弹体、赤道吊具、吊盘总质量；未放待测弹体时赤道吊具、吊盘等扭摆 部分本身的转动惯量。,20,带标准体、赤道吊具、吊盘的赤道转动惯量,（715）,式中： 摆动周期 标准体、赤道吊具、吊盘的总质量,标准体的赤道转动惯量是,（716）,21,由以上公式可知，只要测出各个摆动周期 、 ， 、 ，便可求得 、 。,3、弹体转速的测定,炮弹、火箭弹由于飞行稳定性或提高射击精度的需要
13、，依据采用稳定方式不同，要求弹体在飞行中做高速旋转运动或低速旋转运动。弹体围绕弹轴的转动是设计性能的需要，对弹的运动规律及弹的性能有很大的影响。故测定弹体的转速十分必要。尤其是对于具有微旋转作用的破甲弹更是重要。为了提高弹的射击精度需要弹在飞行中做高速旋转，但过高的旋转又会影响弹在终点的破甲作用。因此设计要求转速必须恰当，一般应控制在2500rmin以下。两方面兼顾。,测定弹体旋转速度及其变化规律的试验，依照测试手段的不同，常用的方法有机械法、高速摄影法及遥测法等。,22,一、机械法,该法中测弹体转速的方法有两种一是销钉法，二是印迹法。,(一)试验用弹准备,依照弹体的具体结构，在适当位置安装销
14、,钉。如尾翼稳定的弹，可在某一尾翼片上安装测转速销钉，见上图所示。或在弹体侧壁的某一部位安置销钉，见下页图。对于有线膛炮发射的高速旋转弹，销钉在膛内是埋入弹体的，弹体飞出炮膛后，销钉在离心力作用下伸出弹体提供测转速信号记取使用。对于靠尾翼低速旋转的滑膛弹，销钉在膛内炮管压迫埋入弹体，在弹体飞出炮膛后靠设在销钉下面的弹簧力作用将销钉伸出弹体，提供测转速信号记取使用。,印迹法是在弹的某一部位(不超过弹体18周长)上涂以慢干漆根据弹体穿过纸靶或布靶时留下印痕，利用相邻两靶孔上油漆位置夹角的相对变化，来确定弹的转角及转速。此法简单，但由于对油漆印痕的辩认有时困难而不易测量准确。下面对销钉法做一较细的介
15、绍。,23,(二)靶道布置和试验的进行,靶道布置见图所示。测速靶与测转速靶中点应重合，测速靶应按试验要求而放置。测转速纸靶与射线垂直放置。纸靶采用1 mm,厚的马粪，马粪纸要求烘干或涂以虫胶漆，以保证信号容易辨别。两纸靶的距离应根据炮弹通过纸靶时旋转角度小于1周(360)来定。根据炮弹初速 及其它试验要求与可能可以在弹道某几段上同时测转速，但每对转速靶也要同时配有测速靶，测出两纸靶中点的速度。,试验用由(一)所采取的方法预先准备好的弹进行，试验条件按有关规定执行。试验一发，更换一组纸靶。在纸靶上标出射序和靶号，以供结果处理使用。,24,(三)试验结果处理,根据测转速靶上弹体飞过时留下的测转速信
16、号痕迹，算出弹体飞经两测转速靶时的转角 。如图所示，弹体穿过第一靶，销钉,所在的尾翼与垂直坐标轴间的夹角为 ，当穿过第二靶时，此夹角度为 。则被试弹在此两靶间的实际转角为 ，根据如下公式即,式中： 被测弹体飞经两靶间的转速（rmln）；两靶间的中点速度（ms）；两靶间炮弹的转角 ()；两靶间的距离（m）。依照上述方法，若测得弹道上多点的转速，则可得出转速随距离的变化曲线（ )。,可算出弹体飞经两靶的转速 为：,(7-17),25,高速摄影法实际上与机械法相类似，不同点仅仅是利用摄影机把弹丸上的标志拍摄下来，然后利用照片整理转角数据；或者在弹上画一条或若干条与弹轴平行的直线，利用摄影机连续拍照后
17、整理出一条倾斜线，再从斜线倾角及对应的飞行时间求出转速。可以完成弹丸飞行转速测定的高速摄影机有弹道同步摄影机、棱镜补偿式高速摄影机、狭缝摄影机等多种。其中狭缝摄影机因为结构简单，使用方便常被采用。现以狭缝摄影机测弹丸转速方法简述如下（仅介绍单台摄影机测弹丸转速情况）：,二、高速摄影法,26,一般是在弹丸圆柱部上画出与弹轴平行的白色等分线(68条)，照相结果，由于弹在飞行中有旋转运动，在照片上的白线变成倾斜线，如上图所示。处理试验取得的照片，可以由下式计算给出弹丸的转速 ：,a) 弹体画线图（静止） b)旋转弹体照片 旋转弹丸转速试验图示,式中： 弹上圆柱部涂白线处的长度（mm）；弹上圆柱部涂白
18、线处的直径（mm）；照片上弹轴线与斜线间的夹角 ()；弹丸飞行距离L所需要的时间（s）。,(7-18),27,7.3 弹丸终点效应测试,弹箭终点效应的主要内涵是对目标实行一定的毁伤，毁伤的办法主要由战斗部的设计使用性能所决定。按照战斗部对目标毁伤作用机理分类，弹箭终点效应基本有：,破片作用在战斗部炸药装药爆炸时，金属壳体破碎形成大量具有一定质量和速度的破片，实现对目标的毁伤。,爆炸冲击波效应通过战斗部爆炸装药的爆炸，在周围空气中产生一个高速、高压的冲击波，由于冲击波的作用而形成对目标的毁伤。,上法对于转速高的弹丸比较适宜，但对于低转速的弹丸，由于在时间T内转过的角度过小，即 很小，因此处理结果
19、转速的误差大，所以在测低转速弹丸的转速时，可以使用两台狭缝摄影机测转速的办法进行。,简单介绍高速摄像。,28,动能弹的穿甲作用由火炮发射高强度、高密度的一种实心弹体，以其高的侵彻贯穿动能或比动能实现对装甲目标的侵彻贯穿。,聚能效应聚能装药破甲弹以其聚能效应，获得高速、高压、高温金属射流，对装甲目标进行毁伤。,其它效应如破甲效应、纵火效应、发光、施放烟雾等等。,本章我们只是简单介绍一下有关的战斗部的破片测试。,29,当弹丸爆炸时，形成破片和冲击波。向外高速飞散的破片，以从炸药装药爆炸获得能量而对目标实现杀伤。杀伤效果与破片的重量分布、空间分布、具有的速度及速度衰减规律等特性有关。因而，战斗部的破
20、片性能测试内容包括：确定破片的数量和尺寸；确定破片的空间分布；确定破片的速度与速度衰减；确定破片对目标的侵彻能力等。,关于破片性能得具体方法及性能参量的表述方法并非限于一种，本节仅就我们多年来沿用的、目前生产单位多采用的几种方法作一简介。,一、弹体破碎性试验,、试验目的,30,1、测定弹体爆炸形成破片的数量、质量分布及形状和尺寸，借以检查弹体破片情况。考核弹体结构、金属材料、炸药装药等的设计，选择等相互匹配情况，为评定弹体的杀伤性能提供依据。,2、对于大量生产的制式弹做性能改进时，当更换金属材料、改变机械加工、金属热处理工艺，采用新炸药等，应检查这些因素对性能的影响情况。,、试验准备,1、试验
21、弹体及火工器材引信换雷管或电发火管起爆，以适应使用的需要，雷管或电发火管借电起爆器起爆。,31,2、炸药的准备水坑或砂坑，砂坑回收率低，破片略有损伤。炸坑的结构尺寸，依据被测试弹丸的直径及对炸坑使用次数的要求而定，坑有土坑、钢筋混凝土坑、装甲坑。容积60mm以下（包括60mm）的小口径弹丸或迫弹约需砂坑的容积适当再大些，总之以满足破片的适当回收为宜。,3、木圆筒的准备原体破碎性试验的砂坑布置如下图所示。无论进行何种口径弹丸（含迫弹）的破碎性试验，为避免弹丸爆炸时所产生的破片控制炸坑壁而再次破碎或钻入土中不容易回收，均须加设干细砂保护层，以便消耗破片的能量，使破片陷入砂层中。防护沙层靠内外木圆筒
22、来实现。,32,33,4、起爆实验后，砂子和破片一起用筛子过筛。,、实验结果整理、评定,1、试验完后，如果所收集的破片质量与原试验前弹体的金属质量相比，达到下列百分数者为有效。钢质弹体不小于95%（土坑90%）；铸铁弹体不小于90%（土坑85%）。,2、将破片称量分级。逐发称量全部破片，并将其分级,3、计算每一发弹的破片质量占原体金属的百分数，记录每一级的破片数及平均破片质量。,4、依照有效毁伤目标的最佳破片质量范围，确定出最佳破片的比率。,34,二、扇形靶实验,实验目的：扇形靶实验是弹丸杀伤作用（威力圈）实验。实验目的在于研究和评比弹丸和战斗部的杀伤作用，即在距炸点各个不同距离上破片的杀伤能
23、力。是一种评比杀伤作用的简单方法，为选择弹丸金属壳体的材料，炸药及装药方法提供参考依据。,扇形靶的布置见图,35,在宽广平坦的地面上，靶板分别安装在六个同一圆心不同直径的圆周上，每个扇形靶的分布角为60 。为节省材料，有时也用半扇形靶，即靶板圆周的方向省去一半，每个扇形靶的分布角为30 ，靶板离炸点的距离为10，20，30，40，50和60m的称大扇形靶；用于口径在76mm以上（含76mm）的弹丸和近弹的实验，靶板离炸点的距离为4，8，12，16，20和24m的称小扇形靶，用于口径在76mm以下的小口径弹丸和近弹的实验。,扇形靶是用在自然条件下干燥的三等松木板或强度相当的其他木板制成，厚度25
24、mm，长度不小于1m。,36,三、球形靶实验,实验目的测定破片按不同飞散方向的密度分布规律，为考核弹的威力性能和改进弹丸结构设计提供依据。,球形靶就是用通过球心，交角为 的两个平面切割球面所得的两个球面二边形。用木板弯成球面，制成球面二边形的靶是困难的。实际是把球面二边形，从球心沿径向在圆柱面得到的投影部分（圆柱体的半径与球心靶的球半径相等）作为球形靶，将此球形靶建筑于地面即可。靶板一般采用20-25mm厚的木板制成。,37,四、破片速度测定,弹丸爆炸时形成许多破片，这些破片以一定的速度对目标实现侵彻毁伤。破片速速度测定的方法有许多种。目前在国内战斗部靶场的试验中，除极少数采用高速照相法测定破
25、片平均速度外，大多数是采用靶网法测速。,靶网法测速用的靶有通断靶及断通靶，通断靶是大断靶网线给出信号。由于通断靶不能离爆炸中心很近，一般第一靶要离战斗部5m远，否则回由于空气冲击波的影响使靶线断开给出信号。另外一些高速小粒子也能打断靶网线给出信号，由于上述原因，通常采用断通靶。,38,采用栅状印刷电路靶极图两栅极间断路，并与电阻电容信号转换电路（RC电路）相连，使两栅极之间具有一定电压。当金属破片打到栅状靶极上时利用金属破片的导电性，是两栅极导通。,39,如下图，已经充电的电容器C通过回路放电，且在 上产生一个脉冲信号，通过电缆线输入记时仪，记录下破片到达的时间。在距爆炸中心不同距离安装上栅状
26、靶板，这样，当先后到达的破片不断将两极接通，就会给出一连串的脉冲信号，将此信号输入记时仪，就可得到不同破片到达各处的时间，从而计算出破片速度。,40,其测试线路方框图如后图所示。,五、破片对目标的毁伤威力性能参数测试,破片对目标的毁伤性能测试，旨在研究一定质量、速度和形状的破片，对被攻击目标的侵彻毁伤性能。研究方法通常有两种；一种是以规定质量和形状的破片，以一定的速度对规定的目标（姿态和尺寸已定）,进行射击；另一种是静态爆炸毁伤目标试验，即在适当的实验场布设被研究的弹丸及预定的目标，进行实地爆炸，以验证弹丸爆炸产生的破片毁伤规定目标的能力。后一种方法不需要多述，可按相应的要求及规程进行。关于单
27、个破片对目标的侵彻性能研究，其方法大同小异，我们只简单介绍一下。,破片对目标的毁伤，是指弹药战斗部在目标区域爆炸后，形成的破片对目标实现击毁，使之丧失正常功能或作用性能的情况。,41,（一）破片的发射技术,（二）目标靶。生物靶标，非生物等效靶标或复合等效靶标，装甲钢板（轻型装甲目标），间隔等效靶标等。,（三）破片的入射速度测定金属丝网靶法 飞行弹道稳定的破片（如球形），网靶可小，50X30mm即可。飞行弹道不稳定的破片（如自然破片），网靶尺寸应大些。,42,（五）破片的极限穿透速度V50，破碎速度Vs的实验测定。有关详细内容请参阅兵器测试技术（弹箭部分），兵器工业出版社，裴思行编。,（四）破片的剩余速度测定破片贯穿靶标后的剩余速度或剩余动能是战斗部破片对目标毁伤效应的一个重要示性数。贯穿后无靶标物飞散，可用网靶测速（如生物靶标）。贯穿后除破片外尚有冲塞等飞溅物，则常用弹道摆装置。,43,本课程到此结束,谢谢！,
