某型火箭炮闭锁装置检测研究

周彦江,袁占杰,刘广生

(军械工程学院,河北石家庄 050003)

某型火箭炮闭锁装置检测研究

周彦江,袁占杰,刘广生

(军械工程学院,河北石家庄 050003)

闭锁力的大小会影响火箭炮射击安全和射击精度,射击前必须检测。通过分析某型火箭炮闭锁装置结构和工作原理,应用液压技术、变送器和微电子技术,开发了便携式检测设备,该检测设备可以对闭锁装置实施不解体检测,有利于提高测试的实时性、准确性及可靠性。由于设计了鱼尾型模拟定向钮,避免了检测时模拟定向钮通过闭锁装置后卡簧的猛烈回弹,减少了闭锁装置工作面的损伤,同时减少了噪音。

电气工程;火箭炮;闭锁装置;检测;变送器

火箭炮发射时,将火箭弹挣脱闭锁体限制瞬间的轴向力称为闭锁力。闭锁装置安装在定向管后部,用于将火箭弹可靠地固定在定向管的一定位置上,以防止火箭弹由于重力、燃气流作用力和振动惯性力等作用而产生移动、跳动甚至脱落掉弹,且保证火箭弹与电点火装置可靠接触。

闭锁体闭锁力的确定原则有两条:一是确保火箭炮的使用安全;二是由它引起的起始扰动最小[1]。闭锁力太大,会加大定向器的起始扰动,影响射击精度;闭锁力太小,不能确保使用安全。因此,必须将闭锁力限制在一定范围并使各管闭锁力基本一致。

1 影响闭锁力变化的因素分析

该炮采用了卡簧式闭锁装置,其结构如图1所示。上下两片卡簧的几何尺寸和材料特性完全一致,且成对称放置,兼起闭锁体和弹性元件的作用。其前端A点锁住火箭弹的定向钮,后端Bo点固定在定向器上,两片卡簧的中部在O点用带球型部的螺栓连接。

闭锁体在工作之前通过旋紧中部的螺栓在两片卡簧上预压了一定的预紧量y0。当定向钮在火箭弹推力Fb作用下向前端运动时,两片卡簧的前端被迫张开,刚开锁时,闭锁力达到最大。

闭锁力的大小受多种因素影响,通过对刚开锁时闭锁体卡簧受力分析和建模计算(如图2),得出闭锁力F求导公式[2]:

式中:y0为调整螺栓的预紧量;δ为闭锁体厚度;H和Bo为闭锁体结构参数;h1,r1,r2,β分别为闭锁体形状参数;μ为定向钮与闭锁体的摩擦因数。

可见,当闭锁体的各部结构一定时,其闭锁力的大小受到y0,μ和h1,r1,r2,β等参数的影响[3]。因此,在平时维护修理时,除了调整螺栓外,还应保持火箭弹定向钮与闭锁体有良好的润滑,不使定向钮和闭锁体前端内钩部的变形,以确保闭锁力的正常。

2 闭锁装置检测原理

为了满足发射时各定向管闭锁装置的闭锁力基本一致,装弹射击前必须对闭锁力进行检测。以往的闭锁力检测时,要从定向管上取下闭锁装置,送到专用设备上进行检测。存在设备庞大、不易携带;检测工作繁琐;检测时卡簧张开和猛烈回弹,噪音大,易损伤闭锁体的工作面等问题。为解决上述问题,在研究了闭锁装置和定向管结构特点的基础上,设计了较适用的闭锁力检测设备。

该检测设备主要由手动液压泵、高压导管、三通接头、带模拟定向钮的液压缸、支撑器、液压传感器、信号处理和显示装置等组成(见图3、图4)。

其工作原理是由手动液压泵驱动单作用液压缸产生推力[4],压力传感器输出信号经A/D转换后给单片机处理,同时液压推动活塞向前运动,活塞的前端装有模拟定向钮,当推力达到一定程度时,模拟定向钮将打开闭锁体。闭锁装置打开瞬间,经单片机处理的信号换算成推力值由显示器实时记录并显示力的峰值大小[5],给出判定结果。

2.1 模拟定向钮的设计

在模拟定向钮设计时,为了减少或消除检测时卡簧猛烈回弹产生的噪音,避免损伤闭锁体工作面,保证检测精度。经过多次设计和试验,将模拟定向钮断面设计成如图5所示的鱼尾形状[6]。

1)通过控制H′尺寸的公差范围和弧形面A′的粗糙度,保证了检测精度。

2)延长了平面C的作用时间,使检测时峰值信号延长,有利推力值的处理和显示。

3)斜面B′设计成鱼尾形状,避免了模拟定向钮通过闭锁体时卡簧猛烈回弹,减少了闭锁体工作面的损伤,同时减少了噪音。

2.2 信号处理系统的设计

1)检测系统采用溅射薄膜压力变送器[7]。该变送器采用了真空溅射等先进工艺,以陶瓷介质取代了一般应变式传感器的胶层,克服了由胶层引起蠕变带来的不利影响,因而精度高、耐高温、体积小并能适应恶劣工作环境。它的非线性误差≤0.2%F·S,时间漂移≤0.1%H,灵敏度温漂≤0.05%℃F·S,比较适应本系统。

2)液晶显示由89C51的P0口驱动[8],它是由89C51定时器设定定时中断,然后输出。ICL7135的时钟输入是由89C51定时器提供,频率125 kHz,所以没有再单独设计脉冲生成电路。

3)电源系统稳定,确保了采样精度。采用低功耗CMOS器件,使用干电池供电,电源非常稳定。

4)采用高精度ICL7135 4位半双积分A/D转换器[8]。量化精度为1/20 000,它采用了自校零技术,可保证零点在常温下的长期稳定性,零点的温度系数＜2 μ V/℃,输入阻抗极高,输入端零点漏电流＜10 pA。

5)采用高精度基准源AD680。产生一个精度很高的2.5 V基准源[8],初始精度0.2%～0.4%满度,温度稳定性20～30ppm/℃。供ICL7135做转换基准使用,保证了采样精度。

3 试验及结果

该火箭炮的闭锁力值为12.05～18.55 kN。

应用该检测设备对两门火箭炮的24根定向管进行检测,与传统检测设备比较结果见表1。

1)检测精度分析

从表1可以看出,用传统检测设备和使用该检测设备的检测结果基本一致,且比较稳定。该检测设备检测值偏高0.01kN,这是由于活塞缸内有复位弹簧所致。

2)检测时间分析

在操作人员相同的情况下,使用传统检测设备所用的时间是该检测设备的10倍以上,且其质量也为该检测设备的10倍以上。

3)检测时对闭锁体的损伤说明

表1 传统检测设备和该检测设备检测结果对比Tab.1 Comparison of test results acquired from traditional test equipment and current test equipment

从图6可以看出,模拟定向钮断面为圆柱形状时的闭锁力检测曲线从C点断开,是模拟定向钮圆柱部滑过闭锁体,卡簧猛烈回弹,闭锁力迅速消失所致,因而闭锁体限位面碰撞,产生损伤。模拟定向钮设计成断面为鱼尾形状,闭锁力检测曲线如图7所示,卡簧收缩缓慢,闭锁力消失延迟,避免了闭锁体限位面碰撞产生的损伤。

4 结 论

便携式闭锁力检测设备用于火箭炮闭锁力的检测,是一种采用微电子技术、传感技术的新型检测仪器。它结合闭锁装置的结构特点,采用现代电子与压力传感技术,建立数学模型,通过数字滤波、计算机计算,屏幕显示,实现了闭锁装置的不解体无损伤检测,由费时费力转变为高效节能。

该检测仪采用先进的ICL7135 A/D转换器,提高了系统检测精度和可靠性;选用新型89C51芯片,降低了系统功耗;选用溅射薄膜传感器,提高了系统的稳定性;软件设计采用数字滤波和硬件设计软件化技术,使检测仪具有功耗低、精度高、速度快和稳定性好等特点。

随着智能测量技术的发展和成本的降低,利用基于计算机的智能化测量手段进行装备的检测与维护,可以提高检测精度与效率,降低操作难度和要求,对提高设备的工作可靠性起到了积极作用。

References)

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Study on Lock Mechanism Test in A Type of Rocket Launcher

ZHOU Yan-jiang,YUAN Zhan-jie,LIU Guang-sheng

(Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003,Hebei,China)

Value of locking force have important influence on firing safety and firing accuracy of the rocket launchers,thus they must be tested before fire.By means of study on structure and principle of a type of rocket launcher lock mechanism,using hydraulic technique,transducer and microelectronic technique,a kind of portable test equipment was developed to carry out undisassembly test of the locking force in the rocket launcher lock mechanism.The method is better than former method in the ranges of actuality,accuracy and reliability.Fishtail simulated reference toggle was designed to avoid the closing spring to strongly release after fishtail reference toggle passing through the lock mechanism,and therefore the acting face damage of the lock mechanism could be decreased,at the same time the noise could be reduced.

electrical engineering;rocket launcher;lock mechanism;test;transducer

TJ393

A

1673-6524(2010)04-0106-04

2010-02-11;

2010-06-28

周彦江(1955-),男,教授,硕士,主要从事火炮技术保障研究。E-mail:zhouyanjiang909@sina.com