轻武器典型杀伤效应测试与分析研究

摘要

近年来，轻武器终点效应的研究成为各国国防工作者关注的热点，展开相关领域的技术研究具有重要的轻武器军事意义。论文正是针对轻武器典型杀伤效应特性进行了相关研究，从实验材料的选取、测试系统的搭建、空腔图像的处理方法等多个方面进行了详细设计、计算和分析，实验研究了典型杀伤元冲击、侵彻有/无防护条件下明胶靶标时压力波的发展规律、典型杀伤元侵彻明胶靶标时瞬时空腔的演化规律和手枪弹冲击防护条件下生物靶标时压力和加速度的变化规律，为轻武器杀伤机理的研究奠定了一定的技术基础。本文的主要工作和研究成果如下: 根据典型杀伤效应物理参量:靶前、靶后速度，明胶内压力和瞬时空腔体积搭建了综合测试系统，详细介绍了系统的组成和各设备技术指标;针对明胶内压力波的测试方法进行了研究，对传感器的埋设和处理方法进行了对比分析;针对杀伤效应特征量拍摄测量方法进行了研究，对数字高速摄影和脉冲X光机的布置方法，以及脉冲X光机正交拍摄方法进行了研究;针对压力波幅值和传播速度的测量进行了不确定度评定。 在详细分析高速摄影拍摄的杀伤元侵彻明胶靶标图像特征的基础上，对空腔图像的处理方法进行了研究。对比分析灰度线性变换、分段线性灰度变换、灰度非线性变换和基于指数的非线性分段灰度变换几种典型灰度变换算法，确定具有最佳增强效果的变换算法;对比分析常用滤波算法、空域和时域滤波算法，选择能够保护图像轮廓线细节的方法;对比分析基本全局灰度阈值分割、直方图阈值的双峰法、最大熵阈值分割法和Otsu阈值分割法，得出能够获取清晰、连续的空腔轮廓线的方法;对比分析常用边缘检测算法和基于简化M-S模型的水平集边缘检测算法，得出能够准确提取空腔轮廓线的算法;基于以上最佳图像处理方法处理后的图像，对明胶靶标的毁伤参数:杀伤元侵彻速度、翻转角度和空腔体积进行了求解。 对三种典型杀伤元(ψ)4.8mm钢球、9mm手枪弹和5.56mm步枪弹侵彻明胶靶标时压力波的特性进行了实验研究，分析了压力波峰值的形成原因和压力波的传播速度，通过对比分析多种杀伤元侵彻明胶靶标时压力波的特性，找出了压力波差异的原因;对5.56mm和7.62mm步枪弹冲击防护条件下明胶靶标时压力波的特性进行了实验研究;在对试验数据进行处理和分析的基础上得出了有/无防护条件下明胶内压力波传播的经验模型。 对三种典型杀伤元(ψ)4.8mm钢球、9mm手枪弹和5.56mm步枪弹侵彻明胶靶标时瞬时空腔的变化规律进行了实验研究，分析了瞬时空腔的基本特性和形成原因;找出了不同杀伤元所形成瞬时空腔差异的原因;在对试验数据进行处理和分析的基础上得出了具有普适性的瞬时空腔直径变化的经验模型。 通过在生物靶标体内布置压力和加速度传感器建立了防护条件下生物靶标多物理量测量系统，分别对有防护生物靶标的头部和胸部易损部位进行了手枪弹射击试验，测量生物靶标中的压力和加速度，力求揭示压力和加速度的特征及变化规律。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1选题的背景与意义

1．2弹道模拟靶标国内外研究现状

1．3轻武器杀伤效应的国内外研究现状

1．3．1典型杀伤元侵彻明胶力学模型

1．3．2瞬时空腔效应

1．3．3压力波致伤效应

1．3．4钝击伤效应

1．4轻武器杀伤效应测试技术国内外研究现状

1．5论文的主要研究内容

2轻武器典型杀伤效应试验系统

2．1测量方案

2．1．1系统组成

2．1．2试验材料

2．2明胶内压力波测量方法研究

2．2．1明胶内压力波的特点

2．2．2压力测量系统设计

2．2．3压力传感器的布置方法

2．2．4压力传感器的安装方法

2．3典型杀伤效应特征量拍摄测量系统

2．3．1数字高速摄影测量系统

2．3．2脉冲X光机拍摄测量系统

2．4压力波幅值和传播速度测量不确定度分析

2．4．1压力波幅值测量不确定度分析

2．4．2压力波传播速度测量不确定度分析

2．5本章小结

3基于图像的典型杀伤效应特征量提取方法研究

3．1瞬时空腔图像特征的分析

3．2空腔图像灰度变换方法研究

3．2．1灰度线性变换

3．2．2分段线性灰度变换

3．2．3灰度非线性变换

3．2．4基于指数的非线性分段灰度变换

3．2．5实验结果

3．3空腔图像降噪方法研究

3．3．1常用滤波方法

3．3．2空域低通滤波

3．3．3频域低通滤波

3．3．4基于小波变换的空腔图像降噪

3．3．5图像质量评价方法

3．3．6实验结果

3．4空腔图像阈值分割方法研究

3．4．1空腔图像灰度特性分析

3．4．2基本阈值分割方法

3．4．3 Otsu阈值分割法

3．5空腔图像边缘检测方法研究

3．5．1常用边缘检测算子

3．5．2基于简化M-S模型的水平集边缘检测

3．5．3实验结果

3．6典型杀伤效应特征量的计算求解

3．6．1图像参数比例变换方法

3．6．2空腔体积计算求解

3．6．3窄伤道长度计算求解

3．6．4杀伤元侵彻速度计算求解

3．6．5弹丸翻转角度计算求解

3．7本章小结

4无防护条件下明胶靶标内压力波的测量与分析

4．1 4．8mm钢球侵彻明胶时压力波传播规律的实验研究

4．1．1试验过程

4．1．2 4．8mm钢球侵彻明胶时压力波传播速度

4．1．3 4．8mm钢球侵彻明胶时压力波传播规律建模

4．1．4同生物肌肉中压力波传播速度和幅值衰减对比分析

4．2 SS109步枪弹侵彻明胶时压力波特性的实验研究

4．2．1试验过程

4．2．2压力波传播速度

4．2．3 SS109步枪弹侵彻明胶时压力波传播规律建模

4．2．4压力波峰值形成原因分析

4．2．5典型杀伤元侵彻明胶形成压力波特性对比分析

4．3本章小结

5防护条件下明胶靶标内压力波的测量与分析

5．1试验材料和试验过程

5．2．1压力波特性和传播速度

5．2．2压力波衰减规律经验模型

5．3 7．62×39mm步枪弹撞击靶标时压力波特性的实验研究

5．3．1压力波特性和传播速度

5．3．2压力波衰减规律经验模型

5．4本章小结

6明胶靶标内空腔演化规律的实验与经验模型研究

6．1 4．8mm钢球侵彻明胶和生物肌肉时空腔变化规律的实验研究

6．1．1 4．8mm钢球在明胶内部速度衰减规律

6．1．2 4．8mm钢球侵彻明胶时空腔变化规律

6．1．3与侵彻生物肌肉时形成空腔对比分析

6．2 92A手枪弹侵彻明胶时空腔演化规律的实验研究

6．2．1空腔的基本形成过程

6．2．2侵彻速度随时间变化规律经验模型

6．2．3侵彻过程中空腔直径变化规律经验模型

6．3 SS109步枪弹侵彻明胶时空腔演化规律的实验研究

6．3．1空腔基本形成过程

6．3．2侵彻速度随时间变化规律经验模型

6．3．3空腔直径随侵彻时间的变化规律

6．3．4与7．62×39mm步枪弹形成空腔对比分析

6．4空腔形状和经验运动模型分析

6．4．1典型杀伤元空腔形状分析

6．4．2典型杀伤元空腔运动方程经验模型分析

6．5本章小结

7防护条件下生物靶标多物理参量特性的实验研究

7．1防护条件下生物靶标多物理参量测量方法

7．1．1钝性损伤的关键物理参量

7．1．2实验材料和要求

7．2传感器的安装方法

7．2．1压力传感器的选型和安装方法

7．2．2加速度传感器的选型和安装方法

7．3实验数据分析

7．3．1生物靶标头部试验结果

7．3．2生物靶标胸部试验结果

7．4本章小结

8全文工作总结与展望

8．1研究工作总结

8．2论文主要创新点

8．3研究工作展望

致谢

参考文献

附录