第一章 内弹道性能试验1.1 弹丸初速的测定1.2 膛压的测定1.3 1.3 发射装药量的选配发射装药量的选配1.1 弹丸初速的测定1.1.1 初速的定义所谓的初速(用v0表示),并不是弹丸脱离炮口瞬间的实际飞行速度(用vg表示)，而是在假设弹丸脱离炮口后仅受空气阻力和重力作用的条件下，由后效区外某弹道段上的实际飞行速度外推到炮口，弹丸应具有的理想速度。这是一个并不存在的虚拟速度。由于炮口燃气流在后效期内对弹丸仍有一定的加速作用，所推出的初速将比炮口的实际速度要大些。 对于一般火炮， v0比vg要大(0.52.0)，见图1-1。测量弹丸初速是弹药与火炮最基本的靶场试验项目之一。1.1.2 初速测定的重要性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。1.1.3 初速测定的方法一、初速测定方法的分类二、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。二、区截装置1、 区截装置的分类：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。(2) 箔靶(通靶)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。(3) 线圈靶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,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。(4) 天幕靶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、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(5) 光电靶a.工作原理：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 。三、 电子测时仪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。1、测速试验中采用的电子测时仪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2.测时仪的分类及智能化测时仪的优点智能化测时仪器，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。四、 靶距的选择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3.靶距的测量误差及其实现方法4.测时误差对靶距的影响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1-3五、 初速及其散布的计算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。1、 水平射击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2、有仰角射击在有仰角射击时，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。3、平均速度及其散布特征量的计算(1)、初速散布产生的原因(2)、初速散布的的重要性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。(3)、组平均值及散布特征量的计算若各组的射击发数及中问偏差相同时则上式即简化为六、 可疑数据剔除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、试验中可能出现的异常因素2、判别反常数据的常用方法(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，即然后计算统计量Q1，即比骄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。计算时先将试验数据按大小依次排列，设为其中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。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。1.1.5 、多普勒雷达测速一、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