小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及引信发火可靠性测试领域，具体涉及一种小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试系统及其测试方法。

背景技术

小口径炮弹主要打击3000米以内的近程、低空目标，在突击攻坚、近端防空以及近程格斗方面具有不可替代的战术低位，小口径炮弹引信作为小口径炮弹的核心构成，具有种类多、列装军种广、用量大的特点。随着小口径炮弹引信的作战环境愈加复杂多样，在实战化训练中，常常出现引信转速在未降至自炸阈值时大背面碰地、碰坑洼地等软目标时哑火失效的情况。统计发现现役小口径炮弹引信在不同着角碰撞不同目标时，发火率存在很大差异，从而导致未爆弹存在可靠性、安全性问题。小口径炮弹在末端防空中对于引信发火可靠性一直具有高要求，但现有的小口径炮弹引信发火试验成本高，且难以对较大引信碰靶着角进行有效实验，因为射击不同倾斜角度靶板发火，大着角碰靶时“跳弹”现象极易出现，且靶板倾斜导致靶板目标变小，据统计，相同着速下，模拟70°着角脱靶率为21％，80°着角脱靶率大幅升至70％。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明基于反目标法，提出了一种小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试系统及其测试方法，用以模拟并调整引信撞击目标时的着角和碰撞位置。

本发明的一个目的在于提出一种小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试系统。

本发明的小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试系统包括：固定基座、发射模块、测试模块和高速摄像机；发射模块和测试模块分别相对地固定设置在固定基座上；其中，

发射模块包括空气炮储气罐、空气炮炮管、等效靶板、弹托和固定支架；空气炮储气罐固定安装在固定基座上；空气炮储气罐通过阀门连接空气炮炮管；空气炮炮管通过固定支架安装在固定基座上；弹托为不具有上底且具有下底的筒状；等效靶板以过盈配合装配在弹托中，二者形成一个整体，等效靶板的材料与模拟的撞击目标的材料一致；安装有等效靶板的弹托放置在空气炮炮管内，弹托的下底朝向空气炮储气罐，等效靶板朝向空气炮炮管的出口，弹托的外径小于空气炮炮管的内径；

测试模块包括引信支架、第一引信固定环、第二引信固定环、滑块、第一和第二吊环、第一组和第二组吊绳以及第一组和第二组控制电机；引信支架的底端固定安装在固定基座上，引信支架上开设有中心孔，中心孔的直径小于弹托的外径且大于等效靶板的直径；环状的第一引信固定环和第二引信固定环分别套装固定在锥形的引信的前端和后端；第一和第二引信固定环的外侧壁边缘分别开设有环形的T型槽；第一和第二吊环的底端分别固定在一个连接为一体的滑块上，两个滑块分别位于第一和第二引信固定环的T型槽内，并且能够分别沿着第一和第二引信固定环的边缘在T型槽内滑动，从而带动第一和第二吊环分别绕着第一和第二引信固定环的边缘360度转动；在第一和第二吊环上分别连接第一组和第二组吊绳的首端；第一组和第二组吊绳的末端分别连接至相应的第一组和第二组控制电机；引信通过第一引信固定环、第二引信固定环、滑块、第一和第二吊环以及第一组和第二组吊绳的安装方式构成吊装结构；引信与空气炮炮管分别位于引信支架的两侧，空气炮炮管的出口距离引信支架之间有距离，并且空气炮炮管与引信支架的中心孔共轴，引信的前端面向引信支架的中心孔；

空气炮炮管的前端、引信支架的中心孔以及引信均位于高速摄像机的视场内；

测试时，每组控制电机同步运动，分别调整第一组吊绳和第二组吊绳的长度，从而模拟调整引信撞击目标时的着角；并进一步通过第一吊环和第二吊环能够分别绕着第一和第二引信固定环的外侧壁边缘相对转动，转动引信，从而模拟调整引信撞击目标时的碰撞位置；

打开空气炮储气罐的阀门，空气炮储气罐内的高压气体被释放出，在空气炮炮管内产生冲力，从而将一体的弹托和等效靶板以高初速度(600-1000m/s)推出空气炮炮管，弹托撞击到引信支架上，其中外径大于中心孔直径的弹托被拦下，而外径小于中心孔直径的等效靶板通过中心孔继续向前飞出；等效靶板撞击到引信头部，吊装结构使得引信沿撞击方向具有自由度，引信受到冲击后形成向后的加速度，从而模拟引信撞击目标时的减加速度过程；测试得到各个着角和碰撞位置引信的发火起爆效果。

在固定基座上开设有多个沿着空气炮炮管方向排列的安装槽，通过沿着空气炮炮管方向调整引信支架的底部安装至安装槽内，调整空气炮炮管的出口与引信支架之间的距离。

气炮储气罐的高压气体为空气、氮气或惰性气体；空气炮炮管的内径为20mm～30mm；弹托的外径小于空气炮炮管的内径的范围在1mm以内。空气炮炮管的前端与引信支架之间的距离为弹托的长度的3～10倍。弹托的长度为20mm～30mm。

第一组和第二组控制电机分别通过外部的控制芯片同步运作。

引信为机械引信或机电引信；机械引信只携带始发火工品并处于待发状态，采用压螺将引信的传爆序列孔封上；机电引信的后端通过测试线缆连接至外部的电源和示波器。

本发明的另一个目的在于提出一种小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试方法。

本发明的小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试方法，包括以下步骤：

1)准备阶段：

a)准备待测的引信；

b)将环状的第一引信固定环和第二引信固定环分别套装固定在锥形的引信的前端和后端；

将第一和第二吊环分别通过底端连接为一体的滑块设置在第一和第二引信固定环的T

型槽内；将第一和第二吊环上分别连接第一组和第二组吊绳的首端，并将第一组和第二组吊绳的末端分别连接至相应的第一组和第二组控制电机；引信通过第一引信固定环、第二引信固定环、滑块、第一和第二吊环以及第一组和第二组吊绳的安装方式构成吊装结构；

c)将等效靶板以过盈配合装配在弹托中，将安装有等效靶板的弹托放置在空气炮炮管内，弹托的下底朝向空气炮储气罐，等效靶板朝向空气炮炮管的出口；

d)将引信支架的底部通过安装槽固定安装至固定基座上，通过沿着空气炮炮管方向调整位于至设定的安装槽内，以调整空气炮炮管的出口与引信支架之间的距离；

e)调整高速摄像机的角度，使得空气炮炮管的前端、引信支架的中心孔以及引信均位于高速摄像机的视场内；

2)模拟测试阶段：

a)分别调整第一组吊绳和第二组吊绳的长度，从而模拟调整引信撞击目标时的着角；并

进一步通过第一吊环和第二吊环能够分别绕着第一和第二引信固定环的外侧壁边缘相对转动，转动引信，从而模拟调整引信撞击目标时的碰撞位置；

b)通打开空气炮储气罐的阀门，空气炮储气罐内的高压气体被释放出，在空气炮炮管内产生冲力，从而将一体的弹托和等效靶板以高初速度推出空气炮炮管；

c)弹托撞击到引信支架上，其中外径大于中心孔直径的弹托被拦下，而外径小于中心孔直径的等效靶板通过中心孔继续向前飞出；

d)等效靶板撞击到引信头部，吊装结构使得引信沿撞击方向具有自由度，引信受到冲击后形成向后的加速度，从而模拟引信撞击目标时的减加速度过程；

e)测试过程中，观测并记录测试过程；并且，通过分析高速摄像机的图像计算得到等效靶板的初速度；

f)测试结束后，分析测试结果，得到在此着角和碰撞位置的引信的发火起爆效果；

g)改变着角和碰撞位置，重复步骤a)～f)，直至完成所有设定的着角和碰撞位置的测试，得到各个着角和碰撞位置的引信的发火起爆效果。

其中，在步骤1)的a)中，待测的引信为机械引信时，机械引信只携带始发火工品并处于待发状态，机械引信的传爆序列孔用压螺封上，保证试验安全性；待测的引信为机电引信时，机电引信不携带火工品，连接机电引信的测试线缆从底部引出，连接至外部的电源和示波器，通过测试线缆提供机电引信供电和监控起爆信号。

在步骤2)的e)中，引信为机械引信时，监控始发火工品的爆炸声音；待测的引信为机电引信时，监控示波器上的起爆信号，起爆信号设置为上升沿触发模式进行捕捉。

在步骤2)的f)中，引信为机械引信时，通过直接观察机械引信底部的压螺是否产生爆轰能量穿孔，判断是否正常起爆，若未观察到穿孔，但测试过程听见始发火工品爆炸声音，则打开机械引信底部的压螺，观察压螺里侧是否产生爆轰能量冲击坑，判断机械引信是否正常起爆；待测的引信为机电引信时，通过示波器是否捕捉到起爆信号，判断机电引信是否正常起爆。

进一步，在模拟测试前，进行参数初始化，从而确定测试时空气炮储气罐内的高压气体的压力以及空气炮炮管的出口与引信支架之间的距离，包括以下步骤：

i.将环状的第一引信固定环和第二引信固定环分别套装固定在锥形的引信的前端和后端；将第一和第二吊环分别通过底端的滑块设置在第一和第二引信固定环的T型槽内；将第一和第二吊环上分别连接第一组和第二组吊绳的首端，并将第一组和第二组吊绳的末端分别连接至相应的第一组和第二组控制电机；引信通过第一引信固定环、第二引信固定环、滑块、第一和第二吊环以及第一组和第二组吊绳的安装方式构成吊装结构；

ii.将等效靶板以过盈配合装配在弹托中，将安装有等效靶板的弹托放置在空气炮炮管内，弹

托的下底朝向空气炮储气罐，等效靶板朝向空气炮炮管的出口；

iii.将引信支架的底部通过安装槽固定安装至固定基座上，通过沿着空气炮炮管方向调整位

于至设定的安装槽内，以调整空气炮炮管的出口与引信支架之间的距离；

iv.调整高速摄像机的角度，使得空气炮炮管的前端、引信支架的中心孔以及引信均位于高速

摄像机的视场内；

v.通打开空气炮储气罐的阀门，空气炮储气罐内的高压气体被释放出，在空气炮炮管内产生

冲力，从而将一体的弹托和等效靶板以高初速度推出空气炮炮管；

vi.弹托撞击到引信支架上，其中外径大于中心孔直径的弹托被拦下，而外径小于中心孔直径的等效靶板通过中心孔继续向前飞出；

vii.等效靶板撞击到引信头部，吊装结构使得引信沿撞击方向具有自由度，引信受到冲击后形

成向后的加速度，从而模拟引信撞击目标时的减加速度过程；

viii.通过高速摄像机计算弹托和等效靶板射出的初速度以及弹托被拦下后等效靶板通过中心

孔的初速度，并根据测试所需的初速度，调整空气炮储气罐内的高压气体的压力以及空

气炮炮管的出口与引信支架之间的距离；

ix.根据步骤viii得到的空气炮储气罐内的高压气体的压力以及空气炮炮管的出口与引信支架之间的距离，设定空气炮储气罐内的压力并设定空气炮炮管的出口与引信支架之间的距离，重复步骤iii～viii，直至得到测试所需的等效靶板通过中心孔的初速度为

600～1000m/s。

本发明的优点：

本发明对小口径炮弹的引信采用反目标测试的方法，避免现有大着角打靶试验中“跳弹”和脱靶问题，测试成本大幅降低；能够测试小口径炮弹引信任意大着角碰靶时的发火可靠性；测试引信包含小口径炮弹机械引信和机电引信，为机械引信时，引信只携带始发火工品并处于待发状态的引信；为机电引信时，通过测试线缆提供引信供电和监控起爆信号，都不需要进行引信原本功能结构件改动。

附图说明

图1为本发明的小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试系统的一个实施例的示意图；

图2为本发明的小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试系统的一个实施例的换一个角度的示意图；

图3为本发明的小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试系统的一个实施例的弹托的安装示意图；

图4为本发明的小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试系统的一个实施例的引信的安装示意图；

图5为本发明的小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试系统的一个实施例的引信的吊装结构的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1和2所示，本实施例的小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试系统包括：固定基座1、发射模块、测试模块和高速摄像机；发射模块和测试模块分别相对地固定设置在固定基座上；其中，

发射模块包括空气炮储气罐5、空气炮炮管4、等效靶板8、弹托9和固定支架7；空气炮储气罐固定安装在固定基座上；空气炮储气罐通过阀门连接空气炮炮管；空气炮炮管通过固定支架安装在固定基座上；弹托为不具有上底且具有下底的筒状；等效靶板以过盈配合装配在弹托中，二者形成一个整体，等效靶板的材料与模拟的撞击目标的材料一致；安装有等效靶板的弹托放置在空气炮炮管内，弹托的下底朝向空气炮储气罐，等效靶板朝向空气炮炮管的出口，如图3所示，弹托的外径小于空气炮炮管的内径；

测试模块包括引信支架3、第一引信固定环11、第二引信固定环12、滑块、第一吊环、第二吊环、第一组吊绳21、第二组吊绳22以及第一组和第二组控制电机；引信支架的底端固定安装在固定基座上，引信支架上开设有中心孔，中心孔的直径小于弹托的外径且大于等效靶板的直径；环状的第一引信固定环和第二引信固定环分别套装固定在锥形的引信0的前端和后端，如图4所示；第一和第二引信固定环的外侧壁边缘分别开设有环形的T型槽；第一和第二吊环的底端分别固定在一个连接为一体的滑块上，两个滑块分别位于第一和第二引信固定环的T型槽内，并且能够分别沿着第一和第二引信固定环的边缘在T型槽内滑动，从而带动第一和第二吊环分别绕着第一和第二引信固定环的边缘360度转动；在第一和第二吊环上分别连接第一组和第二组吊绳的首端；第一组和第二组吊绳的末端分别连接至相应的第一组和第二组控制电机；引信通过第一引信固定环、第二引信固定环、滑块、第一和第二吊环以及第一组和第二组吊绳的安装方式构成吊装结构；引信与空气炮炮管分别位于引信支架的两侧，空气炮炮管的出口距离引信支架之间有距离，并且空气炮炮管与引信支架的中心孔共轴，引信的前端面向引信支架的中心孔；

空气炮炮管的前端、引信支架的中心孔以及引信均位于高速摄像机的视场内。

在本实施例中，气炮储气罐采用压缩氮气作为动力源；空气炮炮管的内径为25mm，空气炮炮管的长度为2～5m；弹托的外径小于空气炮炮管的内径的范围在1mm以内；弹托的长度为25mm，材质为铝合金，弹托为不具有上底且具有下底的圆筒状；等效靶板为圆柱体，等效靶板材料与模拟的受击目标一致，采用泡沫、沙砾、泥土或金属。第一组和第二组吊绳分别包括两根吊绳，相应的第一组和第二组控制电机分别包括两个控制电机，第一组控制电机内的两个控制电机通过外部的控制芯片同步运作，以及第二组控制电机的两个控制电机通过外部的控制芯片同步运作。在固定基座上开设有多个沿着空气炮炮管方向排列的安装槽。空气炮炮管的前端与引信支架之间的距离为弹托的长度的4～5倍。

在本实施例中，固定支架为垂直于固定基座的平板状，固定支架的底端固定安装在固定基座上，固定支架的上与空气炮炮管高度相同的位置开设有通孔，空气炮炮管的出口穿过固定支架的通孔，从而固定空气炮炮管。引信支架包括竖直背板和横杆，竖直背板的底端固定安装固定基座上，固定支架的上与空气炮炮管的出口高度相同的位置开设有中心孔；竖直背板背向空气炮炮管的一侧顶端设置有横杆，横杆的前端通过竖直支杆固定安装在固定基座上，从而固定横杆。每一根吊绳的首端分别设置有首端锁扣，首端锁扣与吊环的环连接，平移锁扣套在引信支架的横杆上，平移锁扣能够沿着引信支架的横杆移动，吊绳绕过横杆并从相应的平移锁扣穿过，末端连接至相应的控制电机，从而能够控制引信的前后水平位置。空气炮安装通过开设在固定基座表面的连续的长安装槽安装在固定基座表面，能够沿着长安装槽连续前后移动改变位置，引信支架通过开设在固定基座表面的多个离散的独立的短安装槽安装在固定基座表面；控制电机固定在地面上。

图5给出了第一引信固定环与第一吊环和第一组吊绳的连接关系的局部放大图，第二引信固定环与第二吊环和第二组吊绳是同样的连接关系。如图5所示，第一引信固定环的外侧壁边缘分别开设有环形的T型槽；第一吊环24的底端分别固定在一个连接为一体的滑块23上，滑块位于第一引信固定环的T型槽内，并且能够沿着第一引信固定环的边缘在T型槽内滑动；在第一吊环上通过首端锁扣连接第一组吊绳的首端。

在模拟测试前，进行参数初始化，从而确定测试时空气炮储气罐内的高压气体的压力以及空气炮炮管的出口与引信支架之间的距离，包括以下步骤：

i.将环状的第一引信固定环和第二引信固定环分别套装固定在锥形的引信的前端和后端；将第一和第二吊环分别通过底端的滑块设置在第一和第二引信固定环的T型槽内；将第一和第二吊环上分别连接第一组和第二组吊绳的首端，并将第一组和第二组吊绳的末端分别连接至相应的第一组和第二组控制电机；引信通过第一引信固定环、第二引信固定环、滑块、第一和第二吊环以及第一组和第二组吊绳的安装方式构成吊装结构；

ii.将等效靶板以过盈配合装配在弹托中，将安装有等效靶板的弹托放置在空气炮炮管内，弹

托的下底朝向空气炮储气罐，等效靶板朝向空气炮炮管的出口；

iii.将引信支架的底部通过安装槽固定安装至固定基座上，通过沿着空气炮炮管方向调整位

于至设定的安装槽内，以调整空气炮炮管的出口与引信支架之间的距离；

iv.调整高速摄像机的角度，使得空气炮炮管的前端、引信支架的中心孔以及引信均位于高速

摄像机的视场内；

v.通打开空气炮储气罐的阀门，空气炮储气罐内的高压气体被释放出，在空气炮炮管内产生

冲力，从而将一体的弹托和等效靶板以高初速度推出空气炮炮管；

vi.弹托撞击到引信支架上，其中外径大于中心孔直径的弹托被拦下，而外径小于中心孔直径的等效靶板通过中心孔继续向前飞出；

vii.等效靶板撞击到引信头部，吊装结构使得引信沿撞击方向具有自由度，引信受到冲击后形

成向后的加速度，从而模拟引信撞击目标时的减加速度过程；

viii.通过高速摄像机计算弹托和等效靶板射出的初速度以及弹托被拦下后等效靶板通过中心

孔的初速度，并根据初速度，调整空气炮储气罐内的高压气体的压力以及空气炮炮管的

出口与引信支架之间的距离；

ix.根据步骤viii得到的空气炮储气罐内的高压气体的压力以及空气炮炮管的出口与引信支架之间的距离，设定空气炮储气罐内的压力，并设定空气炮炮管的出口与引信支架之间的距离，重复步骤iii～viii，直至得到测试需要的弹托被拦下后等效靶板通过中心孔的初速度700～900m/s。

本实施例的小口径炮弹引信终点碰靶等效模拟测试方法，包括以下步骤：

1)准备阶段：

a)准备待测的引信：

待测的引信为机械引信时，机械引信只携带始发火工品并处于待发状态，机械引信的传爆序列孔用压螺封上，保证试验安全性；待测的引信为机电引信时，机电引信不携带火工品，连接机电引信的测试线缆从底部引出，连接至外部的电源和示波器，通过测试线缆提供机电引信供电和监控起爆信号；

b)将环状的第一引信固定环和第二引信固定环分别套装固定在锥形的引信的前端和后端；

将第一和第二吊环分别通过底端的滑块设置在第一和第二引信固定环的T型槽内；将第一和第二吊环上分别连接第一组和第二组吊绳的首端，并将第一组和第二组吊绳的末端分别连接至相应的第一组和第二组控制电机；引信通过第一引信固定环、第二引信固定环、滑块、第一和第二吊环以及第一组和第二组吊绳的安装方式构成吊装结构；

c)将等效靶板以过盈配合装配在弹托中，将安装有等效靶板的弹托放置在空气炮炮管内，弹托的下底朝向空气炮储气罐，等效靶板朝向空气炮炮管的出口；

d)将引信支架的底部通过安装槽固定安装至固定基座上，通过沿着空气炮炮管方向调整位于至设定的安装槽内，以调整空气炮炮管的出口与引信支架之间的距离；

e)调整高速摄像机的角度，使得空气炮炮管的前端、引信支架的中心孔以及引信均位于高速摄像机的视场内；

2)模拟测试阶段：

a)分别调整第一组吊绳和第二组吊绳的长度，从而模拟调整引信撞击目标时的着角；并

进一步通过第一吊环和第二吊环能够分别绕着第一和第二引信固定环的外侧壁边缘相对转动，转动引信，从而模拟调整引信撞击目标时的碰撞位置；

b)通打开空气炮储气罐的阀门，空气炮储气罐内的高压气体被释放出，在空气炮炮管内产生冲力，从而将一体的弹托和等效靶板以高初速度(800-1000m/s)推出空气炮炮管；

c)弹托撞击到引信支架上，其中外径大于中心孔直径的弹托被拦下，而外径小于中心孔直径的等效靶板通过中心孔继续向前飞出；

d)等效靶板撞击到引信头部，吊装结构使得引信沿撞击方向具有自由度，引信受到冲击后形成向后的加速度，从而模拟引信撞击目标时的减加速度过程；

e)测试过程中，观测并记录测试过程：

引信为机械引信时，监控始发火工品的爆炸声音；待测的引信为机电引信时，监控示波器上的起爆信号，起爆信号设置为上升沿触发模式进行捕捉；

并且，通过分析高速摄像机的图像计算得到等效靶板的初速度；

f)测试结束后，分析测试结果：

引信为机械引信时，通过直接观察机械引信底部的压螺是否产生爆轰能量穿孔，判断是否正常起爆，若未观察到穿孔，但测试过程听见始发火工品爆炸声音，则打开机械引信底部的压螺，观察压螺里侧是否产生爆轰能量冲击坑，判断机械引信是否正常起爆；待测的引信为机电引信时，通过示波器是否捕捉到起爆信号，判断机电引信是否正常起爆；

g)改变着角和碰撞位置，重复步骤a)～f)，直至完成所有设定的着角和碰撞位置的测试，

得到各个着角和碰撞位置引信的发火起爆效果。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。