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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。动态参数测试与校准实验指导书主编教师 : 范锦彪编制时间 :6 月动态参数校准实验室资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。实验一高 g 值冲击加速度模拟试验为了测试炮弹、导弹高速侵彻硬目标的加速度, 国内外的研究机构较多采用弹载存储测试技术。在现场试验之前, 为了降低风险 , 提前发现问题 , 一般利用高g 值冲击加速度实验装置模拟弹载加速度存储对测试装置冲击试验, 考核测试装置的抗高g 值冲击性能 , 以提高测试装置的可靠性。一、实验目的1了解高g 值冲击加速度模拟试验装置的工作原理2了解弹载加速度存储对测
2、试装置的组成和工作原理3掌握利用空气炮试验装置进行高g 值冲击加速度模拟试验装置的方法二、实验设备1. 高压气瓶 , 身管长 6m、 直径 100mm 的空气炮 , 炮弹 , 机制毛毡2. 差动式激光干涉仪3. 电荷放大器4. 波形记录仪5. 弹载加速度存储对测试装置 ( 图 1)6. 整个实验装置系统如图 2 所示图 1 一种测试装置结构示意图资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图 2 高 g 值冲击试验模拟装置原理图三、实验原理和方法高 g 值冲击加速度模拟试验装置由空气炮、 炮弹、 反射式激光测速仪、 差动式激光干涉仪、加速度存储测试装置、电荷放大器、波形记录仪
3、等组成。(1) 空气炮作为一种加载工具 , 因为具有重复性好 , 安全性高、 操作维护较方便的优点 ,被国内外许多研究机构采用。重点实验室的空气炮为一级空气炮, 由高压气室、 释放机构、 发射身管、炮弹和回收装置等组成。该空气炮口径为 100mm, 发射管有效长度为6.2m, 气室容积约为 0.03592m3。发射时先经过快速释放机构打开阀门, 气体压力直接作用到弹丸底部,弹丸被加速直到撞击弹载加速度存储测试装置, 使后者得到加速。 改变碰撞接触面机制毡垫的软硬程度和厚度(不超过 30 mm), 能够产生不同加速度幅值 a0 , 持续时间 s(脉宽 )的加速度信号 , 以模拟弹体侵彻硬目标过程
4、中初始段的负向加速度。 为了吸收碰撞后的剩余能量, 试验采用类似火炮反后坐装置的技术, 设计制造了液气缓冲装置, 利用液体高速经过小孔产生的阻力和能量消耗, 来吸收碰撞结束后炮弹和测试装置的剩余能量。采用下式 ( 1) 可对实际试验中使用的弹丸的速度进行了估算:vg22 pczVcq 11(VcqVcq1 ( 1)m( 1)Sf L f )vg : 弹丸到达炮口时的弹速;pcz : 气室的注气压力 ;Vcq : 初始气室容资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。积m: 弹丸质量 ; : 气体绝热指数 ; Sf 发射管横截面积 ; L f 发射管长度 ;称为虚拟质量系数,
5、把弹丸质量由原来的m 增加到mm ,那么在能量消耗方面, 将各种损耗等效于弹丸质量的增加结果。根据式( 1)能够计算对应一定气室初始压力pcz 炮弹碰撞前瞬间的速度vg,再根据实际测试的炮弹速度对计算值进行修正, 能够建立初始气压和炮弹碰撞测试装置时速度的对应关系。(2) 为了测量炮弹在撞击测试装置前瞬间的速度, 在炮弹上接近头部位置沿圆周方向粘贴黑白相间的苏格兰片 , 间距为 4mm。当炮弹以一定的速度经过测速仪时 , 激光照射到苏格兰片上 , 由于苏格兰片具有原向反射的特性 , 当照射到白条纹时 , 反射光经光电转换和放大器放大后输出的是高电平 , 同理照射到黑条纹时输出低电平。 这样就产
6、生高低电平相间的电信号 , 因为条纹间距一定 , 经过计算高低电平的周期以及黑白间条的宽度就能够粗略的计算出炮弹的速度。而且 , 以测速仪的高电平信号输出作为信号采集的示波器的触发信号。原理图如图 2所示 :图 2 反射式测速仪原理框图(3)差动式多普勒激光测速装置差动式激光多普勒测速仪系统包括光栅、 激光干涉光路、 光电转换、 数据采集及处理等 , 实现目标运动 光学干涉 电信号 数据采集 运动参数的转换 , 如图 3 所示 : 作为合作目标的光栅用环氧胶粘接在测试装置表面 , 栅线数为 150 线/ mm ,栅线间距 d 的不确资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
7、定度为 1 10-6 。图 3测速仪系统框图双入射光光栅运动速度v 和由此产生的多普勒频移f ,( ) 的关系为f ,()v( p q)( 2)d其中 p , q 为两衍射光波的衍射级数, 取正、 负 1 级。由式 (3) 冲击加速度峰值及波形。a(t )d f ,() (t ) d /( p q)( 3)dt高 g 值冲击加速度模拟试验装置的工作过程如下: 压缩空气使炮弹沿着空气炮身管加速运动, 在测试段与加速度测试装置发生碰撞,使测试装置获得所需的高g值加速度。测试装置的撞击端部侧面贴有光栅 , 光栅的运动速度经差动激光干涉仪产生具有多普勒效应的调频信号 , 该信号和加速度计的输出信号由波
8、形记录仪采集存储。冲击试验完成后, 对记录电路的测试数据回放、分析 , 并对整个测试装置进行机械和电参数检测, 从而实现对弹载加速度存储测试装置抗高 g 值冲击性能的考核。四、 实验操作步骤1. 用空气压缩机向高压气瓶充气。 打开激光干涉仪、 波形记录仪 ,反射式测速仪 , 并将它们连接到波形记录仪上。2. 设置波形记录仪 , 使它满足记录激光多普勒信号和加速度计输出信号的要求。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。3. 将加速度存储测试装置上电 , 使它处于循环采样状态。用起重设备起吊身管测试段上盖 , 把测试装置放置在测试段合适位置。4. 调整测试装置和激光干涉仪的
9、相对位置, 使干涉仪观测窗口出现 45 条明暗相间的条纹。并用酒精棉轻擦光栅表面。用起重设备把测试段上盖安装到位。再次检查波形记录仪、激光多普勒条纹的状态是否正常。5. 根据不同测试目的 , 将一定软硬程度和厚度的机制毡垫放入炮弹前部的凹槽中。 设置波形记录仪为单次触发状态 , 把炮弹沿身管轴向快速移动 , 检验波形记录仪是否成功触发。6. 旋开空气炮后端盖 , 将炮弹放入 , 注意放置位置要高压室出口边台阶的后部 , 然后旋紧后端盖。7. 旋开高压气瓶出气阀门 , 旋开气体炮进气总阀门 , 打开小室和高压室气压表阀门。缓慢旋开小室进气阀门 , 向小室充气 , 目标压力要比高压室大 35 个大
10、气压 , 以保证活塞的可靠密封 , 关闭小室进气阀门和小室气压表阀门。8. 缓慢旋开高压室进气阀门 , 向高压室注入一定压力的高压空气,关闭进气阀门和高压室气压表阀门。再次检查波形记录仪的状态是否正常。9. 快速开启气体炮高压室放气阀门 , 炮弹在压缩气体作用下沿身管加速 , 在测试端撞击测试装置。波形记录仪同时记录激光多普勒信号、 加速度计输出信号。10关闭高压气瓶出气阀门, 旋开小室和高压室气压表阀门。11用起重设备起吊测试段上盖, 取出炮弹和测试装置。旋快测试装置后端盖, 打开数据采集软件, 用读数线连接计算机和测试装置读数口进行数据回放。五、 测试装置抗高g 值冲击性能考核资料内容仅供
11、您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。弹载加速度存储测试装置在高 g 值冲击作用下 , 可能引起记录电路模块芯片功能失效、 焊点脱开、 机械结构破坏、 导线断裂等现象 ,电路模块是测试装置的核心部件, 利用泡沫铝对其进行缓冲保护, 内部安装结构示意图如图1 所示 , 在电路模块和测试装置被撞头部粘接光栅 , 经过存储示波器同时记录电路模块和测试装置的频移信号( 图4) , 图 5图 7 是实验过程中得到的典型曲线, 分别是被撞体测点( 缓冲前 ) 和电子设备测点 ( 缓冲后 ) 的位移、 速度和处理得到测试装置的加速度。安装在测试装置被撞头内部的加速度计的信号( 图 8) 由电路模
12、块记录 , 该信号中包含加速度传感器安装点的结构响应。对该信号进行快速傅利叶变换 ( FFT) 得到其频谱图 ( 图 9) , 图中频率为9.4KHz 处对应有一个尖峰值。 采用 ANSYS 软件对测试装置整体结构进行计算机模态分析 , 得到被撞体的第一阶频率为9.3KHz, 相应的振型为轴向振动, 该振型和加速度计的敏感方向一致, 因此加速度传感器的输出信号包含轴向振动分量, 在加速度频谱图中表现为第一级阶频率附近出现一个尖峰值。对加速度传感器的输出信号按9.4KHz 截止频率滤波 , 得到被撞体的刚体加速度( 图 10) , 这与由多普勒激光测速仪得到的加速度信号幅值和持续时间基本一致。比较外壳和电路模块缓冲后的加速度时间曲线能够知道, 泡沫铝具有良好的缓冲吸能特性,0.3缓 冲 前 后 位 移 波 形 曲 线250.20.10-0.1-0.2-0.3-0.433.544.555.56x 10 520被撞体测点)（缓冲前）mm15(tnem10电子设备测点ec（缓冲后）alp5siD0-55001000150020000Time(us)