火炮膛内火药燃气温度测试技术研究

摘要

火炮膛内火药燃气温度是火炮内弹道的一个重要参数，它直接影响着兵器的性能和使用寿命，其测试结果对完善弹道理论、火药性能研究及火炮系统改进都具有重要作用。膛内火药燃烧具有膛压高、温度高、速度高以及时间短的特点，并且膛内温度是一个在不同时期不断变化且变化迅速的物理量，这些剧烈的现象使得观察变化状态和获取数据都有许多不便之处。 针对测试过程中三高一低的恶劣环境特点以及中小口径火炮火药燃气温度测试的适用性要求，本文提出了基于高频响应热电偶的火炮膛内火药燃气温度测试系统总体方案，确定了系统功能和技术指标，采用新概念动态测试理论设计了该系统。该系统由瞬间温度测试仪、读数接口及上位机软件组成，使用时将测试仪放入火炮膛内，测试仪自动采集并存储火炮发射时火药燃气温度信号，试验后回收温度测试仪并通过读数接口将测试数据上传至上位机，再进行数据分析与处理。文中详细介绍了系统硬件和软件的设计过程。 最后对热电偶进行了静态标定和动态响应特性测定试验，采用一种新型的高温火焰法准确测得了热电偶的时间常数，最后对系统进行调试试验并对系统不确定度进行了评估。结果表明系统试验测量值接近真实温度值，并且热电偶动态重复性较好，试验结果可靠。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 瞬间温度测试技术国内外现状

1.2.2 热电偶动态特性国内外现状

1.3 本课题完成的工作及研究内容

2 测试环境分析及系统总体设计

2.1 火药燃气温度测试特点

2.2 测试环境分析

2.2.1 温度环境分析

2.2.2 电磁干扰环境分析

2.2.3 压力环境分析

2.3 系统总体设计

2.3.1 系统技术及性能要求

2.3.2 系统设计原则

2.3.3 测试系统方案设计

2.4 本章小结

3 测试系统硬件与软件设计

3.1 硬件总体结构设计

3.2 信号采集与调理电路

3.2.1 热电偶测温原理

3.2.2 热电偶选择

3.2.3 信号调理模块

3.3 主控电路设计

3.3.1 主控芯片设计

3.3.2 晶振电路设计

3.4 冷端补偿

3.5 电源电路设计

3.5.1 电源选择

3.5.2 电源管理设计

3.6 壳体结构设计

3.7 软件设计

3.7.1 单片机软件设计

3.7.2 上位机软件设计

3.8 本章小结

4 测试系统标定及试验

4.1 系统标定必要性

4.2 静态标定

4.3.1 时间常数

4.3.2 动态特性测量方法

4.3.3 热电偶时间常数获取试验

4.4 系统调试试验

4.5 不确定度分析

4.5.1 不确定度定义

4.5.2 测量不确定度评定方法

4.5.3 系统的静态不确定度评定

4.6 本章小结

5总结与展望

5.1 全文总结

5.2 创新点和不足

5.2.1 创新点

5.2.2 不足

5.3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及所取得的研究成果

致谢