CN116164598B - 一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，包括支撑内胆；支撑内胆为中空结构，支撑内胆固定于待测量的弹体内部，支撑内胆的外表面刻有线缆槽，损伤信息测量线缆铺设于所述线缆槽中；支撑内胆外表面形状与弹体内表面形状相同。本发明解决了在弹体外表面敷设线缆无法有效表征弹体是否被击穿且破坏弹体结构完整性的技术问题，实现了跨舱段小型弹体击穿损伤测量。

Description

一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构

技术领域

本发明属于炮弹损伤测量领域，具体涉及一种用于实现跨舱段小型弹体损伤信息测量的结构。

背景技术

为检验炮弹武器对于目标的损伤效能，通常需要借助打靶试验，在目标弹弹体上布置损伤测量系统，一般为在弹体表面布置经纬交错的线缆，试验时，通过识别目标弹体上损伤测量系统某一位置线缆信号的通断，来判断炮弹武器是否击穿损伤目标弹体。对于击穿损伤的识别，测量系统的线缆最理想的安装方式为紧贴弹体内表面敷设，但实际中，对于小型目标弹体，受制于内壁空间狭小等工艺性的因素，很难在弹体内表面直接敷设线缆，对于需要跨舱段的目标弹体，工艺实施难度则更度更大。而实际中也有采用在弹体外表面敷设线缆进行等效测量，但在弹体外表面敷设线缆测量存在以下两种显著缺陷：首先，测量只能表征弹体损伤位置，无法有效表征弹体是否被击穿，其次，弹体外表面敷设线缆不可避免会损害弹体气动外形，若在外表面弹体上预置线缆槽来敷设线缆还会破坏弹体结构完整性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，解决了在弹体外表面敷设线缆无法有效表征弹体是否被击穿且破坏弹体结构完整性的技术问题，本发明实现了跨舱段小型弹体击穿损伤测量。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，包括支撑内胆；

支撑内胆为中空结构，支撑内胆固定于待测量的弹体内部，支撑内胆的外表面刻有线缆槽，损伤信息测量线缆铺设于所述线缆槽中；

支撑内胆外表面形状与弹体内表面形状相同。

进一步的，支撑内胆外表面所刻线缆槽为经纬交错的线缆槽，损伤信息测量线缆铺设于所述线缆槽中，并利用硅橡胶实现损伤信息测量线缆在线缆槽中的固定。

进一步的，支撑内胆采用工程塑料制备。

进一步的，线缆槽宽度为(1.5～2)d0，d0为损伤信息测量线缆的直径；

若采用经线压纬线方式，则经线槽深度为d0+2mm，纬线槽深度为d0+3mm；若采用纬线压经线方式，则经线槽深度为d0+3mm，纬线槽深度为d0+2mm；

线缆槽的数量和间距根据损伤信息测量精度指标确定。

进一步的，弹体包括后弹体和前弹体；

后弹体和前弹体套接前安装定位销，套接到位后利用螺钉进行固定。

进一步的，支撑内胆的外表面设有沿周向的环形凸台，环形凸台的外表面与后弹体或前弹体的内表面配合，并利用螺钉实现环形凸台与后弹体或前弹体的固定连接；

支撑内胆未设环形凸台的部分的外径比环形凸台外径小4～6mm。

进一步的，环形凸台中预埋钢丝螺套，后弹体或前弹体设置螺钉孔，螺钉穿过螺钉孔后与钢丝螺套拧紧，实现环形凸台与后弹体或前弹体的固定连接。

进一步的，支撑内胆的外表面所设环形凸台为3组，3组环形凸台沿轴线分布，依次记为第一环形凸台、第二环形凸台和第三环形凸台；

后弹体或前弹体中，与第一环形凸台和第三环形凸台的钢丝螺套对应的螺钉孔为长轴平行轴向的椭圆孔，与第二环形凸台的钢丝螺套对应的螺钉孔为圆孔。

进一步的，将支撑内胆固定于待测量的弹体内部时，首先将螺钉穿过螺钉孔后到达钢丝螺套内部暂不拧紧，后弹体和前弹体套接到位后，使螺钉与第二环形凸台的钢丝螺套拧紧，再使螺钉与第一环形凸台和第三环形凸台的钢丝螺套拧紧。

进一步的，设与第一环形凸台和第三环形凸台的钢丝螺套对应的螺钉孔分别位于后弹体和前弹体上，第二环形凸台的钢丝螺套对应的螺钉孔即圆孔位于后弹体上；

设后弹体的椭圆孔长度为D+ΔL1，前弹体的椭圆孔长度为D+ΔL2，D为圆孔直径；

ΔL1根据如下公式计算：

ΔL1＝L1×ΔT×(α₀-α₁)

其中，L1为后弹体椭圆孔距圆孔的距离，α₀为支撑内胆材料线膨胀系数，α₁为后弹体线膨胀系数，ΔT为最高使用温度与最低使用温度之差；

ΔL2根据如下公式计算：

ΔL2＝[L21×(α₀-α₁)+L22×(α₀-α₂)]×ΔT

其中，L21为圆孔距前弹体套接端面距离，L22为前弹体套接端面距前弹体椭圆孔距离，α₂为前弹体材料线膨胀系数。

本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：

(1)本发明实现了跨舱段小型弹体击穿损伤测量，避免了在弹体表面开槽布置测量线缆，能够有效维持弹体气动外形完整性和弹体实际壁厚等特征，且不受弹体内部空间尺寸限制；

(2)本发明损伤测量结构与弹体通过紧固件连接，安装操作便捷，且可重复拆卸使用，提升了产品通用性；

(3)本发明实现了弹体击穿损伤测量信息与弹体结构的独立，使得损伤信息测量系统的自检自测、故障排查与修复，不依赖弹体结构，降低了成本。

附图说明

图1为本发明跨舱段弹体穿透损伤测量结构示意图；

图2为本发明支撑内胆结构图；其中，(a)为整体图，(b)为局部放大图；

图3为本发明支撑内胆与弹体连接结构简图；其中，(a)为整体图，(b)为局部放大图；

图4为本发明弹体上支撑内胆连接处开孔简图；

图中，1-后弹体，2-支撑内胆，3-前弹体，4-第一螺钉，5-定位销，6-钢丝螺套，7-平垫圈，8-弹垫，9-第二螺钉；21-配合台阶21，22-经线槽，23-纬线槽，11-圆孔，12-第一椭圆孔，31-第二椭圆孔。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提出一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，通过设计一种紧贴在弹体内壁的支撑内胆结构，将测量线缆敷设在该支撑内胆结构上，当目标弹体受到炮弹侵袭出现穿透损伤时，支撑内胆对应位置线缆被破坏，来表征弹体对应位置的击穿损伤。该结构无需在弹体表面布置损伤测量线缆，而是将损伤测量线缆敷设在贴近舱体内壁的支撑结构上，避免了在弹体表面开槽破坏结构完整性。另外，支撑结构与弹体内壁通过机械连接，安装及拆卸方便，便于损伤信息的独立测试、维护。本发明适用于炮弹损伤效能测试，尤其是跨舱段目标弹体。

本发根据目标弹体结构，设计一种安装方便，可重复拆装，能够满足跨舱段小型弹体击穿损伤测量的结构。本发明跨舱段弹体击穿损伤信息测量结构主要包括：支撑内胆2，支撑内胆2固定安装于后弹体1和前弹体3组成的弹体内部，在一种具体实施方式中，支撑内胆2利用钢丝螺套6、平垫圈7、弹垫8、第二螺钉9实现与弹体的固定安装。

后弹体1和前弹体3为两段套接舱段，为待测量的目标弹体，通过定位销5环向定位、第一螺钉4连接固定。根据前后两段弹体内型面设计跨后弹体1和前弹体3的支撑内胆2，其结构外形依据弹体1和前弹体3内型面进行等距向内偏移，确保支撑内胆能够贴近弹体内壁，在支撑内胆2沿轴向设计有与后弹体1、前弹体3对应的配合台阶21(环形凸台)，配合台阶外壁与后弹体1、前弹体3内壁贴壁配合，支撑内胆2其余表面均低于配合台阶外表面，保证安装顺畅性，配合台阶处预埋钢丝螺套6，用于支撑内胆2后弹体1、前弹体3的连接安装。支撑内胆2表面刻有经纬交错的线缆槽，用于敷设损伤信息测量线缆，结构材料可选用强度较低的工程塑料等材料，以保证弹体被击穿后同时顺利击穿该支撑内胆上的线缆。

将损伤信息测量线缆事先敷设于支撑内胆2的经线槽和纬线槽中，并在槽口处使用硅橡胶局部涂覆固定线缆。与弹体安装时，将含有损伤测量线缆的支撑内胆2与后弹体1通过2排共8组平垫圈7、弹垫8、第二螺钉9连接；将前弹体3与后弹体1套接，套接时安装定位销5，套接到位后安装第一螺钉4并拧紧；然后再将支撑内胆2与前弹体3通过共4组平垫圈7、弹垫8、第二螺钉9连接。当损伤信息测量设备需要维修、拆卸时，先拆除支撑内胆2与后弹体1、前弹体3之间的第二螺钉9、弹垫8、平垫圈7；再拆除后弹体1、前弹体3的第一螺钉4、定位销5；取出前弹体3，最后再将支撑内胆2从后弹体1取出。

试验中，当炮弹击中目标弹体，若能够击穿弹体，则支撑内胆2上测量电缆被穿透，此时，可通过采集到的信息提取目标弹体损伤的位置和损伤区域大小；若未能够击穿弹体或炮弹未击中目标弹体，则支撑内胆2上测量电缆仍然完整，则弹体无击穿损伤。

实施例：

如图1～4所示，本发明跨舱段弹体损伤信息测量结构主要包括：支撑内胆2，支撑内胆2固定安装于后弹体1和前弹体3组成的弹体内部，支撑内胆2利用钢丝螺套6、平垫圈7、弹垫8、第二螺钉9实现与弹体的固定安装。

如图2和图3，后弹体1和前弹体3为两段套接舱段，为待测量的目标弹体；首先根据两段弹体的实际长度分别确定弹体与支撑内胆2的配合台阶21(环形凸台)数量及位置，对于本例中后弹体1有两组配合台阶、前弹体3一组配合台阶进行说明。需要说明的是，如图4，弹体在中间配合台阶处的开孔为圆孔11，两侧配合台阶处的开孔应为椭圆长条孔，其中后弹体所设椭圆孔记为第一椭圆孔12，前弹体所设椭圆孔记为第二椭圆孔31以便释放支撑内胆2的安装和使用过程中的结构应力。

支撑内胆2结构材料可选用强度较低工程塑料等材料，以保证弹体被击穿后可顺利击穿该支撑内胆2上敷设的线缆，结构外形依据后弹体1和前弹体3内型面确定，并根据弹体需要测量区域确定结构长度，同时需要考虑避让弹体内部安装设备。支撑内胆2沿轴向分布有三组环形凸台(与后弹体1和前弹体3对应)，凸台外壁与后弹体1、前弹体3内壁贴合，支撑内胆2其余表面直径需要小于凸台直径4mm～6mm，保证安装顺畅性。

与支撑内胆2配合的后弹体1、前弹体3椭圆长条孔尺寸按照如下原则确定：

(1)计算使用过程中最严酷的使用环境温差ΔT：

ΔT＝T_h-T_c

上式中T_h为最高使用温度，T_c为最低使用温度。

(2)由于第一椭圆孔12与圆孔11均位于后弹体，此时后弹体1椭圆孔长度D+ΔL1，其中ΔL1按照下式计算：

ΔL1＝L1×ΔT×(α₀-α₁)

上式中L1为后弹体1椭圆孔距中心圆孔的距离，α₀为支撑内胆2材料线膨胀系数，α₁为后弹体1线膨胀系数。

(3)由于第二椭圆孔31与圆孔11分别位于前弹体和后弹体，此时前弹体3椭圆孔长度D+ΔL2，其中ΔL2按照下式计算：

ΔL2＝[L21×(α₀-α₁)+L22×(α₀-α₂)]×ΔT

上式中L21为中心圆孔距套接端面距离，L22为套接端面距前弹体3椭圆孔距离，α₀为支撑内胆2材料线膨胀系数，α₁为后弹体1材料线膨胀系数，α₂为前弹体2材料线膨胀系数。

支撑内胆2壁厚设计时需要考虑结构整体刚度满足使用要求。表面刻经纬交错的线缆槽，用于敷设损伤信息测量线缆，经线槽22、纬线槽23的宽度为(1.5～2)d0，d0为线缆直径大小。若采用经线压纬线方式，则经线槽22深度为d0+2mm，纬线槽23深度为d0+3mm；若采用纬线压经线方式，则经线槽22深度为d0+3mm，纬线槽23深度为d0+2mm。经线槽和纬线槽的数量、间距根据损伤测量精度指标确定。由于采用工程塑料等低强度材料，支撑内胆2的环形凸台处需要预埋钢丝螺套6，以便于和后弹体1、前弹体3通过螺钉安装，以及满足重复拆装的使用要求。支撑内胆2结构特征复杂时，成型方法可采用3D打印。

将损伤信息测量线缆事先敷设于支撑内胆2的经线槽和纬线槽中，并在槽口处使用硅橡胶局部涂覆；与弹体安装时，将含有损伤测量线缆的支撑内胆2与后弹体1通过2排共8组平垫圈7、弹垫8、第二螺钉9连接，螺钉暂不拧紧；将前弹体3与后弹体1套接，套接前安装定位销5，套接到位后安装第一螺钉4并拧紧；将支撑内胆2与前弹体3通过共4组平垫圈7、弹垫8、第二螺钉9连接；确认各接口到位后，按照先中间后两侧的顺序，拧紧支撑内胆中部第二螺钉9、支撑内胆2两侧第二螺钉9，螺钉按要求施加指定力矩。

当损伤信息测量设备需要维修、拆卸时，先拆除支撑内胆2与后弹体1、前弹体3之间的第二螺钉9、弹垫8、平垫圈7；再拆除后弹体1、前弹体3之间的第一螺钉4、定位销5；将前弹体3与后弹体1分开后，最后再将支撑内胆2从后弹体1取出。

试验中，当炮弹击中目标弹体，若能够击穿弹体，则支撑内胆2上测量电缆被穿透，此时，可通过采集到的信息提取表征目标弹体损伤的位置和损伤区域大小；若未能够击穿弹体或炮弹未击中目标弹体，则支撑内胆2上测量电缆仍然完整，则弹体无击穿损伤。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，其特征在于，包括支撑内胆(2)；

支撑内胆(2)为中空结构，支撑内胆(2)固定于待测量的弹体内部，支撑内胆(2)的外表面刻有线缆槽，损伤信息测量线缆铺设于所述线缆槽中；

支撑内胆(2)外表面形状与弹体内表面形状相同。

2.根据权利要求1所述的一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，其特征在于，支撑内胆(2)外表面所刻线缆槽为经纬交错的线缆槽，损伤信息测量线缆铺设于所述线缆槽中，并利用硅橡胶实现损伤信息测量线缆在线缆槽中的固定。

3.根据权利要求1所述的一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，其特征在于，支撑内胆(2)采用工程塑料制备。

4.根据权利要求2所述的一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，其特征在于，线缆槽宽度为(1.5～2)d0，d0为损伤信息测量线缆的直径；

若采用经线压纬线方式，则经线槽深度为d0+2mm，纬线槽深度为d0+3mm；若采用纬线压经线方式，则经线槽深度为d0+3mm，纬线槽深度为d0+2mm；

线缆槽的数量和间距根据损伤信息测量精度指标确定。

5.根据权利要求1所述的一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，其特征在于，弹体包括后弹体(1)和前弹体(3)；

后弹体(1)和前弹体(3)套接前安装定位销，套接到位后利用螺钉进行固定。

6.根据权利要求1所述的一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，其特征在于，支撑内胆(2)的外表面设有沿周向的环形凸台，环形凸台的外表面与后弹体(1)或前弹体(3)的内表面配合，并利用螺钉实现环形凸台与后弹体(1)或前弹体(3)的固定连接；

支撑内胆(2)未设环形凸台的部分的外径比环形凸台外径小4～6mm。

7.根据权利要求6所述的一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，其特征在于，环形凸台中预埋钢丝螺套(6)，后弹体(1)或前弹体(3)设置螺钉孔，螺钉穿过螺钉孔后与钢丝螺套(6)拧紧，实现环形凸台与后弹体(1)或前弹体(3)的固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，其特征在于，支撑内胆(2)的外表面所设环形凸台为3组，3组环形凸台沿轴线分布，依次记为第一环形凸台、第二环形凸台和第三环形凸台；

后弹体(1)或前弹体(3)中，与第一环形凸台和第三环形凸台的钢丝螺套(6)对应的螺钉孔为长轴平行轴向的椭圆孔，与第二环形凸台的钢丝螺套(6)对应的螺钉孔为圆孔。

9.根据权利要求8所述的一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，其特征在于，将支撑内胆(2)固定于待测量的弹体内部时，首先将螺钉穿过螺钉孔后到达钢丝螺套(6)内部暂不拧紧，后弹体(1)和前弹体(3)套接到位后，使螺钉与第二环形凸台的钢丝螺套(6)拧紧，再使螺钉与第一环形凸台和第三环形凸台的钢丝螺套(6)拧紧。

10.根据权利要求8所述的一种用于跨舱段小型弹体击穿损伤信息测量的结构，其特征在于，设与第一环形凸台和第三环形凸台的钢丝螺套(6)对应的螺钉孔分别位于后弹体(1)和前弹体(3)上，第二环形凸台的钢丝螺套(6)对应的螺钉孔即圆孔位于后弹体(1)上；

设后弹体(1)的椭圆孔长度为D+ΔL1，前弹体(3)的椭圆孔长度为D+ΔL2，D为圆孔直径；

ΔL1根据如下公式计算：

ΔL1＝L1×ΔT×(α₀-α₁)

其中，L1为后弹体(1)椭圆孔距圆孔的距离，α₀为支撑内胆(2)材料线膨胀系数，α₁为后弹体(1)线膨胀系数，ΔT为最高使用温度与最低使用温度之差；

ΔL2根据如下公式计算：

ΔL2＝[L21×(α₀-α₁)+L22×(α₀-α₂)]×ΔT

其中，L21为圆孔距前弹体(3)套接端面距离，L22为前弹体(3)套接端面距前弹体(3)椭圆孔距离，α₂为前弹体(3)材料线膨胀系数。