摘要
該文結(jié)合彈射試驗(yàn)系統(tǒng),利用測(cè)試系統(tǒng)隨同座持彈射出去的存儲(chǔ)測(cè)試方法,設(shè)計(jì)了對(duì)彈射筒的主要驗(yàn)收指標(biāo)－－－加速度峰值、離軌速度等進(jìn)行檢驗(yàn)的瀏試系統(tǒng)彈射試驗(yàn)證實(shí)該系統(tǒng)工作可靠,在完成既定功能的前提下比原系統(tǒng)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作等優(yōu)點(diǎn),該測(cè)試系統(tǒng)的研制對(duì)于飛機(jī)座持彈射筒的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與質(zhì)量檢驗(yàn)均具有指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,并在實(shí)踐中得到了應(yīng)用.
關(guān)鍵詞
座椅彈射筒,存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng),飛機(jī)，加速度傳感器應(yīng)用，Model4630傳感器應(yīng)用，606M1座椅加速度傳感器，座椅假人安全帶位移傳感器應(yīng)用，假人安帶拉力傳感器應(yīng)用
在飛機(jī)特別是戰(zhàn)斗機(jī)中,機(jī)組人員的生命至關(guān)重要 遇到危險(xiǎn)時(shí) ,在緊急情況下利用座椅彈射裝置將人員與座椅一起彈射出機(jī)艙 可實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)情況下迅速脫離飛機(jī)保障生命安全 座椅彈射裝置中彈射筒的工作參數(shù)很重要 彈射筒利用炸藥將彈射筒的機(jī)械鎖炸開 ,在火藥爆炸氣體的推力下將座椅連同乘員沿導(dǎo)軌推出,在座椅被推出的過程中主要有兩方面要求 過載要小 ,否則乘員無法承受速度要快 ,否則會(huì)危及生命 在座椅彈射裝置安裝前,要對(duì)座椅彈射筒進(jìn)行 的彈射試驗(yàn) ,保障彈射筒達(dá)到指標(biāo)要求 對(duì)彈射筒的檢驗(yàn)在模擬飛機(jī)座椅的試驗(yàn)架上進(jìn)行 ,主要測(cè)試指標(biāo)包括最大過載值及峰值時(shí)間和座椅彈射時(shí)脫離軌道的離軌速度(應(yīng)用4630-050-060加速度傳感器),座椅上人員的振動(dòng)沖擊測(cè)試(Model 606M1三軸座椅加速度傳感器)、人員在座椅上的受力情況(EL20-S458安全帶拉力傳感器)以及安全帶對(duì)人員的收緊程度(MS58安全帶拉出量傳感器)及其它等等。
為完成對(duì)彈射筒的檢驗(yàn) 采用模擬彈射的方法 模擬彈射試驗(yàn)架主要包括導(dǎo)軌模擬座椅及配重、擊發(fā)發(fā)火機(jī)構(gòu)、回收系統(tǒng)等使用的測(cè)試系統(tǒng)采用硬線測(cè)試技術(shù) ,傳感器為波紋管傳感器 ,離軌信號(hào)采用導(dǎo)軌上的機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān) ,離軌速度通過標(biāo)高塔和照像槍測(cè)試經(jīng)換算得到數(shù)據(jù)記錄采用光敏記錄示波器與紙帶記錄該系統(tǒng)主要不足每次測(cè)試前需對(duì)傳感器靜態(tài)標(biāo)定次試驗(yàn) 間要重新連接拉斷的信號(hào)線 試驗(yàn)后處理要手工測(cè)量記錄曲線整個(gè)試驗(yàn)過程較復(fù)雜,費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
本文設(shè)計(jì)了一種用于彈射筒試驗(yàn)的存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)在保障測(cè)試功能前提下,簡(jiǎn)化了試驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理過程 ,提高了測(cè)試精度 ,達(dá)到了較理想的效果.并且推薦了相關(guān)傳感器在此測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用；主要推薦如下應(yīng)用（1）在最大過載值及峰值時(shí)間和座椅彈射時(shí)脫離軌道的離軌速度(應(yīng)用4630-050-060加速度傳感器)；（2）座椅上人員的振動(dòng)沖擊測(cè)試(Model 606M1三軸座椅加速度傳感器)；（3）人員在座椅上的受力情況(EL20-S458安全帶拉力傳感器)；（4）以及安全帶對(duì)人員的收緊程度(MS58安全帶拉出量傳感器)。
一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例如下：
1、系統(tǒng)測(cè)試原理
根據(jù)對(duì)彈射筒的測(cè)試要求 ,利用加速度傳感器記錄整個(gè)彈射過程的加速度信號(hào) ,經(jīng)過處理即可達(dá)到測(cè)試檢驗(yàn)的要求
（1）最大過載值A(chǔ)max的檢測(cè) 最大過載值A(chǔ)max是通過記錄座椅整個(gè)彈射過程中的加速度曲線 ,求取最大值獲得離軌速度A(t)的檢測(cè)
（2）離軌速度V0可通過對(duì)測(cè)試得到的加速度曲線A(t)進(jìn)行處理得到 對(duì)加速度一次積分得到速度一時(shí)間曲線二次積分得到行程一時(shí)間曲線 座椅在軌道上的行程L是已知的,則可得到對(duì)應(yīng)行程L的速度,即座椅飛出時(shí)的離軌速度 V0。
2、測(cè)試系統(tǒng)組成
試驗(yàn) 中由于記錄信號(hào)部分要隨座椅被彈射出去 ,因此設(shè)計(jì) 了與模擬發(fā)射架相分離的存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng) 測(cè)試系統(tǒng)包括 部分 存儲(chǔ)測(cè)試模塊和數(shù)據(jù)處理模塊存儲(chǔ)測(cè)試模塊 由傳感器 、信號(hào)調(diào)理 、存儲(chǔ)器 、電源等組成 ,用于彈射中記錄彈射全過程的加速度信號(hào) 該模塊以 處理芯片為核心控制器 ,完成對(duì)傳感器信號(hào)的采集 、信號(hào)放大與濾波 消除座椅與軌道摩擦產(chǎn)生的機(jī)械噪聲 處理 ,并經(jīng) 位 轉(zhuǎn)換后寫人存儲(chǔ)器該部分通過集成與封裝 ,測(cè)試時(shí)作為整體與被彈射的座椅固連 ,而與彈射架及地面系統(tǒng)無任何物理連接數(shù)據(jù)處理模塊 由筆記本 、通訊及處理軟件組成 ,用于完成對(duì)存儲(chǔ)測(cè)試模塊的工作參數(shù)設(shè)置 、數(shù)據(jù)回讀通訊以及檢驗(yàn)結(jié)果后處理 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖 所示
存儲(chǔ)測(cè)試方法的采用 ,提供了更完善的彈射測(cè)試數(shù)據(jù) 采用該測(cè)試系統(tǒng)不僅可測(cè)試軌道上的座椅運(yùn)動(dòng)參數(shù) ,也可測(cè)試得到彈射過程 中座椅被拋出后的過載曲線 ,比原有的硬線測(cè)試系統(tǒng)擴(kuò)展 了可測(cè)試范圍 ,利于彈射筒的設(shè)計(jì)參考并可提供更完善的檢驗(yàn)結(jié)果。
3、系統(tǒng)關(guān)健技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)
（1）傳感器選擇
傳感器關(guān)系到系統(tǒng)的測(cè)試精度 根據(jù)測(cè)試要求 ,本系統(tǒng)主要測(cè)試彈射筒發(fā)射后座椅在導(dǎo)軌上的加速運(yùn)動(dòng)方程 ,屬于低頻信號(hào) 加速度 曲線類似于火炮發(fā)射時(shí)的膛壓曲線 ,但作用時(shí)間為秒級(jí)為避免機(jī)械振動(dòng) 、電磁干擾的影響 ,傳感器頻帶選擇為0～30HZ。 根據(jù)彈射座椅的加速度峰值 ,加速度傳感器量程選擇為（士10G；士25G；士50G；士100G），（4630-050-060加速度傳感器是專門為此應(yīng)用設(shè)計(jì)的）。假人座椅上座墊位置本系統(tǒng)推薦使用Model 606M1 三軸座椅加速度傳感器；假人身的加速度傳感器本測(cè)試系統(tǒng)推薦4610-020-060單軸加速度傳感器；假人身上的安全帶拉出量測(cè)試建議使用MS58系列安全帶位移傳感器；安全帶力量測(cè)試推薦使用法國ENTRAN公司EL20-2458系列安全帶拉力傳感器。由于傳感器需與座椅一同彈射出去 ,必須要有一定的抗沖擊能力綜合以上要求，而且要有很高的過載能力,系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用低頻性能較好的、抗過載能極強(qiáng)、能夠測(cè)量高可靠，高精確度的壓阻式傳感器。
（2）控制電路設(shè)計(jì)
控制電路中根據(jù)傳感器的靈敏度和測(cè)試系統(tǒng)的 輸人 電壓范圍進(jìn)行信號(hào)放大電路的放大倍數(shù)設(shè)計(jì) 濾波設(shè)計(jì)根據(jù)測(cè)試信號(hào)要求 為了能夠?qū)Φ皖l信號(hào)反應(yīng) 而對(duì)高頻電磁 機(jī)械振動(dòng)抗干擾 ,在設(shè)計(jì)中采用數(shù)字濾波器 ,將系統(tǒng)的頻帶設(shè)計(jì)為低通濾波 ,上 限截止頻率選為40HZ。
信號(hào)觸發(fā)方式采用 內(nèi)觸發(fā)模式 根據(jù)模擬彈射擊發(fā)時(shí)引起 的振動(dòng)觸發(fā)信號(hào) 保障采集 的正常適時(shí)觸發(fā) 觸發(fā)電平設(shè)計(jì)可根據(jù)測(cè)試范圍在測(cè)試前通過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行通訊設(shè)定。此系統(tǒng)如不想自己開發(fā)測(cè)試，建議使用 COCO8090便攜式在線數(shù)采分析儀。
（3）數(shù)據(jù)處理模塊軟件設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)是以軟件為核心設(shè)計(jì)的 用 高級(jí)語言開發(fā) 了處理軟件 ,通過計(jì)算機(jī) 串口與存儲(chǔ)測(cè)試模塊進(jìn)行通訊 主要功能包括 參數(shù)設(shè)置 、初始化設(shè)置 、回讀控制 、顯示控制 、計(jì)算 、存儲(chǔ)等
（4）電源選擇
存儲(chǔ)測(cè)試模塊 中為3～5V供電 為了使用 中電源獲取與更換都比較方便 ,設(shè)計(jì)中選用 2節(jié)1.5 的5號(hào)電池 ,電路經(jīng) 電源芯片進(jìn)行變壓后為傳感器及測(cè)試系統(tǒng)供電
二、試驗(yàn)測(cè)試
試驗(yàn)前將存儲(chǔ)測(cè)試模塊通過螺釘緊固于被彈射的座椅上 ,盡量靠近座椅重心 通過通訊接口進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和初始化 ,發(fā)射后進(jìn)行測(cè)試與數(shù)據(jù)存儲(chǔ) ,最后通過通訊 口將記錄數(shù)據(jù)傳人計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理 、顯示 和檢驗(yàn)。
在一般戰(zhàn)斗機(jī)中 ,共有2種座椅彈射裝置 ,即上彈和下彈 上彈座椅位于主駕駛位 ,彈射時(shí)沿軌道向上飛離飛機(jī) 下彈座椅位于炮手位 ,彈射時(shí)沿軌道 向下飛離飛機(jī) 研究 中將設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)分別進(jìn)行 了彈射筒的上彈與下彈試驗(yàn) ,存儲(chǔ)系統(tǒng)記錄了座椅連同配重從底火被擊發(fā)開始至飛離軌道的全過程加速度數(shù)據(jù)并可顯示加速度曲線。
圖2為某次上彈試驗(yàn)測(cè)試得到的座椅加速度 曲線 圖3為某次下 彈試驗(yàn)測(cè)試得到的座椅加速度 曲線 根據(jù)記錄的數(shù)據(jù) ,通過數(shù)據(jù)處理模塊 的處理 ,就可分析所測(cè)試 的參數(shù)是否符合座椅彈射筒 的設(shè)計(jì)指標(biāo).
三、測(cè)試精度分析
影響該系統(tǒng)測(cè)試精度的主要 因素有 座椅三軸加速度傳感器、安全帶拉力傳感器、安全帶位移傳感器 的精度 采集系統(tǒng) 的采樣頻率 離軌速度測(cè)試中的計(jì)算誤差本系統(tǒng)采用壓阻式高精度傳感器 ,經(jīng)過靜 、動(dòng)態(tài)標(biāo)定可滿足測(cè)試精度要求 測(cè)試 系統(tǒng)采樣頻率為 ,所測(cè)加速過程引起的誤差可忽略不計(jì),對(duì)于離軌速度的測(cè)試 ,由于采用理論計(jì)算的方法 ,經(jīng)過加速度積分計(jì)算得到的離軌速度存在誤差 ,特別是加速度信號(hào)經(jīng)過低通濾波處理后 ,計(jì)算得到的離軌速度 比實(shí)際值偏低 因此會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品檢驗(yàn)中將不合格產(chǎn)品誤檢為合格 經(jīng)過實(shí)測(cè)離軌速度得到偏差值 ,通過數(shù)據(jù)處理模塊的軟件修正 ,該問題得到了妥善解決。另外 ,本測(cè)試系統(tǒng)傳感器與信號(hào)處理電路及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高度集成 ,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力 經(jīng)過與原測(cè)試系統(tǒng)的比較 ,本系統(tǒng) 的測(cè)試功能完全可 以滿足檢驗(yàn)要求 ,測(cè)試精度更高，測(cè)試結(jié)果也將更加準(zhǔn)確。
四、結(jié)論
經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試 ,設(shè)計(jì)的系統(tǒng)完全可以滿足座椅彈射筒的試驗(yàn)測(cè)試要求 ,可以記錄整個(gè)彈射過程的加速度信號(hào) ,記錄的加速度采用12位AD轉(zhuǎn)換 ,精度較高 ,進(jìn)行回讀處理后可方便計(jì)算和顯示所需測(cè)試指標(biāo) 目前該系統(tǒng)己應(yīng)用于某型飛機(jī)的座椅彈射試驗(yàn)中 ,得到了較好的試驗(yàn)效果 ,提高了試驗(yàn)效率。在此特別推薦如下在本系統(tǒng)中應(yīng)用的各個(gè)型號(hào)傳感器及詳細(xì)說明：
Model 4630 特殊設(shè)計(jì)于座椅導(dǎo)軌高精度三軸加速度傳感器(主要應(yīng)用型號(hào)：4630-050-060；4630-020-060；4630-050-059)
Model 4610 特殊設(shè)計(jì)假人身上各個(gè)位移置高精度單軸加速度傳感器(主要應(yīng)用型號(hào)：4610-050-060；4610-020-060；4630-020-059)
Model 1230 特殊設(shè)計(jì)假人身上各個(gè)位移置高精度單軸加速度傳感器
Model Ms58 特殊設(shè)計(jì)假人安全帶拉出量位移傳感器
Model 606M1 座椅三軸加速速度傳感器
Model EL20-S458 座椅安全帶拉力傳感器
