一种小口径步兵榴弹破片初速测试方法与流程

1.本发明涉及弹丸破片初速测试技术领域，具体为一种小口径步兵榴弹破片初速测试方法。


背景技术：

2.步兵榴弹是指由单兵或班组携行使用，用于对付近距离目标的榴弹，主要包括手榴弹，枪榴弹及榴弹发射器弹药等，而对于小口径步兵榴弹来说，由于引爆方式不同，实际弹体长度有限，爆轰过程必将受轴向稀疏波的弹丸影响，因此作用于弹体各微元的冲量是不同的，这就造成弹体各微元的初速变化，因此，破片初速是不相等的，所谓破片初速沿弹体的分布，实际上就是弹体上破片初速沿弹体长度变化规律，事实上，炸药起爆后，爆轰产物从装药引爆端向介质中发散，稀疏波相应地向药柱内传播，因而使爆轰产物对弹体内表面的作用冲量减小，并随引爆端弹体微元的初速下降；
3.而目前测试过程中弹丸在产生爆炸后产生大量破片向四周飞散，常用的测试方案是假设破片初速相同，采用高速摄影或测速靶测试破片初速，但是对于小口径步兵榴弹而言，弹丸长径比较小，破片的初速受轴向稀疏波的影响较大，破片初速变化很大，因此，在不考虑破片沿弹丸弹体的变化情况来进行初速测试，使得初速测试的结果易出现较大的偏差，从而降低了初速测试结果的精度。


技术实现要素：

4.本发明提供一种小口径步兵榴弹破片初速测试方法，可以有效解决上述背景技术中提出不考虑破片沿弹丸弹体的变化情况来进行初速测试，使得初速测试的结果易出现较大的偏差，从而降低了初速测试结果的精度的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种小口径步兵榴弹破片初速测试方法，对于小口径步兵榴弹而言，弹丸长径比较小，破片初速受轴向稀疏波的影响较大，破片初速变化很大，因此，通过如下测试方法在考虑破片沿弹丸弹体变化的前提下进行初速测试，具体测试方法如下：
6.s1、测速场水平布置弹丸；
7.s2、等间隔设置测速靶；
8.s3、弹丸测试位置校验；
9.s4、测试破片区间飞行时间；
10.s5、破片测试数据处理。
11.根据上述技术方案，所述s1中，测速场水平布置弹丸是指将弹丸以水平状态固定于离地面的一定高度位置。
12.根据上述技术方案，所述s2中，等间隔设置测速靶具体是指以弹丸的质心为圆心、半径为r的半圆周上，从弹丸头部位置开始，等间隔地设置若干个测速靶，并在测速靶设置结束后，将所有的测速靶与计时仪进行连接，在具体设置测速靶的过程中包括测速靶的选
择、确定测速场半径和确定测速靶数量。
13.根据上述技术方案，所述测速靶的选择具体指测速靶是一种传感器，它主要在空间内构成一个区截面，当破片通过时能够输出一个脉冲信号，因此根据步兵榴弹的特点，采用由单面覆铜电路板制成的梳状靶作为测速靶。
14.根据上述技术方案，所述确定测速场半径主要考虑弹丸爆炸后产生的冲击波不能损坏测速靶及爆炸产生的细小颗粒不能到达测速靶，而冲击波超压可采用下式计算：
[0015][0016]
式中：δpm为空中爆炸冲击波峰值超压(kg/cm2)；
[0017]
w为tnt装药量(kg)；
[0018]
r为距爆炸中心的距离(m)；
[0019]
a为对比距离；
[0020]
在确定合理的测速场半径时，在距炸点3m、4m、5m距离上分别设置测速靶，引爆300gtnt，检查测速靶靶面，观察测速靶靶面有无轻微变形或有无爆炸产生的细小颗粒。
[0021]
根据上述技术方案，所述确定测速靶数量主要考虑破片初速数据与破片空间分布数据对应，综合考虑破片初速和空间分布数据录取率，从而确定测速靶的数量。
[0022]
根据上述技术方案，所述s3中，弹丸测试位置校验主要先确定弹丸固定在测速场中心，同时使弹丸质心与测速场中心重合，并保证弹丸位置位于测速靶中心所在的平面内。
[0023]
根据上述技术方案，所述s4中，测试破片区间飞行时间是指在测试时，引爆弹丸，以红外信号作为计时仪启动信号，破片击中测速靶为终止信号，测试破片在各个区间的飞行时间。
[0024]
根据上述技术方案，所述s5中，破片测试数据处理具体包括弹体微元初速的计算、破片平均速度的计算和破片初始速度的计算；
[0025]
所述弹体微元初速的计算是指在离引爆端不同距离处，以x表示，弹体微元初速可用下式表示：
[0026][0027]
式中：vo为弹体所有微元中最大破片初速；
[0028]vx
为在x处弹体微元的破片初速；
[0029]io
为作用于弹体内表面的最大比冲量；
[0030]ix
为作用于x处弹体内表面的比冲量。
[0031]
根据上述技术方案，所述破片平均速度的计算是指具体计算过程中，由于破片在4m内的平均速度与破片在该区间中点速度相差较小，因此将破片的平均速度看作其中点速度，即破片在2m处速度，并且由下式来计算出不同区间的破片在距爆炸点4m内的平均速度：
[0032][0033]
式中：v
(0-4)i
为破片在第i区间的平均速度(m/s)
[0034]
l为破片飞行距离(m)；
[0035]
δti为破片在第i区间飞行时间(s)；
[0036]v2i
为破片中点速度(m/s)；
[0037]
所述破片初始速度的计算是指将破片的径向速度vr转换成破片实际速度v后得到如下一组数据：(v1，t1)，(v2，t2)
…
(vn，tn)，设音速为cs，则在时间段(ti-1，ti)内，将阻力系数看作常数，破片在空气中运动将受到空气阻力和重力作用，忽略重力影响，破片的飞行弹道为一直线，破片在空气中的运动方程为：
[0038][0039]
式中：m为破片质量(kg)；
[0040]
v为破片飞行速度(m/s)；
[0041]
cd为破片迎面阻力系数；
[0042]
ρ为空气密度(kg/m3)；
[0043]
s为破片垂直于飞行方向的迎风面积(m2)；
[0044]
在(4)式中，空气密度ρ可由下式计算：
[0045][0046]
式中：a为大气中水蒸气的分压(pa)；
[0047]
b为相对湿度(％)；
[0048]ab
为饱和蒸气压(pa)；
[0049]
p为气压(pa)；
[0050]
t为温度(℃)；
[0051]
τ为虚温(k)；
[0052]
在(4)式中，迎风面积s是指破片在飞行过程中要作无规则旋转，其迎风面积是一随机变量，把破片飞行过程中迎风面积的概率平均值作为破片的迎风面积，破片的迎风面积可以用下式表示：
[0053]
s＝φ.m
2/3
ꢀꢀꢀꢀ
(6)；
[0054]
式中：m为破片质量(kg)；
[0055]
φ为破片的形状系数；
[0056]
而破片的形状系数又分为球形、立方体、圆柱形、平行六面体、菱形和长方体，不同的破片形状系数，其数值也不相同，具体的球形：3.07，立方体：3.09，圆柱形：3.47，平行六面体：3.6-4.3，菱形：3.2-3.6，长方体：3.3-3.8；
[0057]
积分(4)式可以得到：
[0058]
[0059][0060]
式中：α为速度衰减系数；
[0061]
r为破片距炸点的距离(s)；
[0062]vr
为破片在r处的飞行速度(m/s)；
[0063]
根据(7)式可以得到各区间内破片在爆炸点的初速如下式：
[0064]v0i
＝v
2i
exp(2α)
ꢀꢀꢀꢀ
(8)。
[0065]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0066]
1、本发明根据步兵榴弹的特点来采用由单面覆铜电路板制成的梳状靶，并通过梳妆靶来作为测速靶测试破片的初速，解决了目前小口径步兵榴弹弹丸长径比较小，破片的初速受轴向稀疏波的影响较大，导致破片初速变化很大的问题，从而在测试过程中，在考虑破片沿弹丸弹体的变化情况来进行初速测试，使得弹丸破片的初速测试结果精度更高更准确。
[0067]
2、通过将弹丸固定在测速场中心，同时使弹丸质心与测速场中心重合，并保证弹丸位置位于测速靶中心所在的平面内，以此保证了弹丸在实际测试时在测速场中的位置准确性，防止外界因素对其初速测试结果造成影响，同时在测试时，以红外信号作为计时仪启动信号，破片击中测速靶产生终止信号，方便快速的测试破片在各区间的飞行时间，同时便于更为便捷的进行远距离测试，使整个测试过程更加简单便捷。
[0068]
3、梳状靶采用断通触发形式，一次能测试通过测速靶的所有破片速度，且测速靶结实耐用，受环境影响小，使其可重复进行使用，避免资源的浪费，以及测试成本的增加，且梳状靶的加工工艺好，质量能够保证，从而使其在实际测试过程中相比于网靶更可靠、方便和经济。
附图说明
[0069]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0070]
图1是本发明测试方法的步骤流程图；
[0071]
图2是本发明梳状靶的结构示意图；
[0072]
图3是本发明某杀伤榴弹破片初速分布的直方图。
具体实施方式
[0073]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0074]
实施例：如图1所示，本发明提供一种技术方案，一种小口径步兵榴弹破片初速测试方法，对于小口径步兵榴弹而言，弹丸长径比较小，破片初速受轴向稀疏波的影响较大，破片初速变化很大，因此，通过如下测试方法在考虑破片沿弹丸弹体变化的前提下进行初速测试，具体测试方法如下：
[0075]
s1、测速场水平布置弹丸；
[0076]
s2、等间隔设置测速靶；
[0077]
s3、弹丸测试位置校验；
[0078]
s4、测试破片区间飞行时间；
[0079]
s5、破片测试数据处理。
[0080]
基于上述技术方案，s1中，测速场水平布置弹丸是指将弹丸以水平状态固定于离地面的一定高度位置。
[0081]
基于上述技术方案，s2中，等间隔设置测速靶具体是指以弹丸的质心为圆心、半径为r的半圆周上，从弹丸头部位置开始，等间隔地设置若干个测速靶，并在测速靶设置结束后，将所有的测速靶与计时仪进行连接，在具体设置测速靶的过程中包括测速靶的选择、确定测速场半径和确定测速靶数量。
[0082]
如图2所示，基于上述技术方案，测速靶的选择具体指测速靶是一种传感器，它主要在空间内构成一个区截面，当破片通过时能够输出一个脉冲信号，因此根据步兵榴弹的特点，采用由单面覆铜电路板制成的梳状靶作为测速靶，梳状靶采用断通触发形式，一次能测试通过测速靶的所有破片速度，且测速靶可重复使用，且梳状靶结实耐用，受环境影响小，加工工艺好，质量能够保证。
[0083]
基于上述技术方案，确定测速场半径主要考虑弹丸爆炸后产生的冲击波不能损坏测速靶及爆炸产生的细小颗粒不能到达测速靶，而冲击波超压可采用下式计算：
[0084][0085]
式中：δpm为空中爆炸冲击波峰值超压(kg/cm2)；
[0086]
w为tnt装药量(kg)；
[0087]
r为距爆炸中心的距离(m)；
[0088]
a为对比距离；
[0089]
在具体试验测试过程中，通过试验结果可以得出：在冲击波作用于靶板时，当冲击波超压小于0.3kg/cm2时，靶板未被损坏，对于步兵榴弹装药量一般从几十克到一百多克，以tnt装药量300g计算，由δpm《0.3，根据(1)式得r＞3.6m；
[0090]
因此，为了确定合理的测速场半径，在距炸点3m、4m、5m距离上设置测速靶，引爆300gtnt，检查测速靶靶面；
[0091]
试验结果表明：在3m处测速靶靶面有轻微变形、有爆炸产生的细小颗粒，在4m、5m处，靶面未变形、无爆炸产生的细小颗粒，因此，将测速靶的半径确定为4m。
[0092]
基于上述技术方案，确定测速靶数量主要考虑破片初速数据与破片空间分布数据对应，综合考虑破片初速和空间分布数据录取率，从而确定测速靶的数量为36个。
[0093]
基于上述技术方案，s3中，弹丸测试位置校验主要先确定弹丸固定在测速场中心，同时使弹丸质心与测速场中心重合，并保证弹丸位置位于测速靶中心所在的平面内。
[0094]
基于上述技术方案，s4中，测试破片区间飞行时间是指在测试时，引爆弹丸，以红外信号作为计时仪启动信号，破片击中测速靶为终止信号，测试破片在各个区间的飞行时间。
[0095]
基于上述技术方案，s5中，破片测试数据处理具体包括弹体微元初速的计算、破片
平均速度的计算和破片初始速度的计算；
[0096]
弹体微元初速的计算是指在离引爆端不同距离处，以x表示，弹体微元初速可用下式表示：
[0097][0098]
式中：vo为弹体所有微元中最大破片初速；
[0099]vx
为在x处弹体微元的破片初速；
[0100]io
为作用于弹体内表面的最大比冲量；
[0101]ix
为作用于x处弹体内表面的比冲量。
[0102]
如图3所示，基于上述技术方案，破片平均速度的计算是指具体计算过程中，由于破片在4m内的平均速度与破片在该区间中点速度相差较小，因此将破片的平均速度看作其中点速度，即破片在2m处速度，并且由下式来计算出不同区间的破片在距爆炸点4m内的平均速度：
[0103][0104]
式中：v
(0-4)i
为破片在第i区间的平均速度(m/s)
[0105]
l为破片飞行距离(m)；
[0106]
δti为破片在第i区间飞行时间(s)；
[0107]v2i
为破片中点速度(m/s)；
[0108]
破片初始速度的计算是指将破片的径向速度vr转换成破片实际速度v后得到如下一组数据：(v1，t1)，(v2，t2)
…
(vn，tn)，设音速为cs，则在时间段(ti-1，ti)内，将阻力系数看作常数，破片在空气中运动将受到空气阻力和重力作用，忽略重力影响，破片的飞行弹道为一直线，破片在空气中的运动方程为：
[0109][0110]
式中：m为破片质量(kg)；
[0111]
v为破片飞行速度(m/s)；
[0112]
cd为破片迎面阻力系数；
[0113]
ρ为空气密度(kg/m3)；
[0114]
s为破片垂直于飞行方向的迎风面积(m2)；
[0115]
在(4)式中，空气密度ρ可由下式计算：
[0116][0117]
式中：a为大气中水蒸气的分压(pa)；
[0118]
b为相对湿度(％)；
[0119]ab
为饱和蒸气压(pa)；
[0120]
p为气压(pa)；
[0121]
t为温度(℃)；
[0122]
τ为虚温(k)；
[0123]
在(4)式中，迎风面积s是指破片在飞行过程中要作无规则旋转，其迎风面积是一随机变量，把破片飞行过程中迎风面积的概率平均值作为破片的迎风面积，破片的迎风面积可以用下式表示：
[0124]
s＝φ.m
2/3
ꢀꢀꢀꢀ
(6)；
[0125]
式中：m为破片质量(kg)；
[0126]
φ为破片的形状系数；
[0127]
而破片的形状系数又分为球形、立方体、圆柱形、平行六面体、菱形和长方体，不同的破片形状系数，其数值也不相同，其数值如下表所示：
[0128][0129]
积分(4)式可以得到：
[0130][0131][0132]
式中：α为速度衰减系数；
[0133]
r为破片距炸点的距离(s)；
[0134]vr
为破片在r处的飞行速度(m/s)；
[0135]
根据(7)式可以得到各区间内破片在爆炸点的初速如下式：
[0136]v0i
＝v
2i
exp(2α)
ꢀꢀꢀꢀ
(8)；
[0137]
通过上述公式可计算出某杀伤榴弹的破片初速测试数据和处理结果，如下表所示：
[0138][0139]
通过上表可以看出：在0
‑‑
70
°
，120
‑‑
180
°
的区域内，无破片击中测速靶。
[0140]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以
对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。