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1、实验弹道学复习资料第一章第一章 概论概论1.1 什么是实验弹道学，其研究对象、任务和内容是什么？答：实验弹道学是研究弹箭发射过程、空中运动过程的实验与测试手段和与此相关的弹道实验与分析技术的一门科学。其任务是根据兵器科研、生产和使用需要实验目的，研究、设计和实施各种弹箭的弹道实验，进行有关的实验分析，研究弹箭发射过程和飞行运动规律以及各种影响因素，为火炮、弹箭设计诊断和弹道分析计算提供实验依据。内容：实验基础理论：弹道理论、实验设计与测试理论、信号分析理论、误差理论、实验相似理论等。弹道试验与测试技术：弹道实验原理和方法，弹道参数的测试原理和测试方法，测试系统构成等。数据处理：换算与弹箭发射与
2、飞行相关的弹道特征参量；实验分析：寻求被试弹箭的发射与飞行规律，为武器系统设计和诊断提供数据。1.2 构成实验弹道学的基本测试内容和辅助测试内容有哪些？答：基本测试内容：膛压测试，速度测试，飞行姿态测试，弹着点坐标测试，飞行轨迹测试，发射与飞行过程物理现象观测，膛壁温度测试。辅助测试内容：弹箭静态物理量测试，弹箭动平衡测试，弹载飞行控制部件工作性能检测，弹载部件抗高冲击过载性能测试，设计条件测试，气象条件测试，实验场地测试，装药量测试，药温测试，药室容积测试。1.3 试述测试系统数字化处理过程，画出流程框图。答：信号预处理、模/数转换、信号分析处理、结果显示等。1.4 什么是虚拟仪器？为什么说
3、测试系统的发展趋势是大量采用虚拟仪器技术？答：虚拟仪器就是采用计算机开放体系结构取代传统的专用硬件测量仪器，对各种各样的数据进行计算机处理、显示和储存。1.5 了解 A/D 转换中的名词术语：采样、混叠、采样定理、量化、量化误差的含义。答：采样：把单位时间信号离散化的过程。混叠：如果采样间隔 Ts太大，即采样频率 fs太低，平移距离 fs过小，那么移至各采样脉冲所在的频谱X(f)就会有一部分相互交叠，新合成的 x(f)*G(f)图像与原 X(f)不一致，这种现象称为混叠。采样定理：为避免信号失真和频谱混叠，在模拟信号最高频率分量的周期内应至少采样两次。量化：A/D 转换器的位数是一定的，只能表
4、达相应的量化电平。模拟信号采样点的电平在两个相邻量化电平之间，就要舍入到相近的一个量化电平上。量化误差：舍两相邻量化电平之间的级差为 X，则量化误差的最大值为X/2。1.6 了解试验计划、试验大纲、实验报告的编写内容及作用。数字信号来自前级系统的模拟信号预处理模/数转换器数字信号分析仪或数字计算机数/模转换器模拟信号实验弹道学复习资料答：第二章第二章 膛压测试技术膛压测试技术2.1 试述膛压测量方法的基本特征及分类。答：塑性变形测压法：通过测量塑性材料的变形量即可换算出力和压力的大小。有：铜柱测压法、铜球测压法。弹形变形测压法：通过弹性材料变形量的测量获得膛压值，往往转换为电量或电参量，又称为
5、电测法。有：应变电阻测压法。压电测压法、电容测压法、压阻测压法等。2.2 试述放入式铜柱测压器和旋入式铜柱测压器的基本结构组成，比较其异同。答：放入式：由本体、螺塞、铜套、弹簧、活塞、测压油组成。旋入式：由本体、螺塞（螺杆） 、橡皮圈、锥形铜柱、活塞、弹簧、测压油组成。差异：旋入式具有螺塞和螺杆式两种，体积较小。放入式使用方便，有铜套包裹。相同：都是利用铜柱的塑性变形来测量膛内最大压力的大小。2.3 观察铜柱测压器的基本结构，根据其测压原理内弹道知识说明为什么必须根据火炮药室 容积大小、膛压范围选择合适规格的测压铜柱和与之相匹配的测压器。答：由于各种规格测压器和测压铜柱均存在系统测试误差，不同
6、规格的测压器和测压铜柱测试结果不同；不同规格铜柱随压力线性变形区域不同，为便于测试结果比较分析，所以必须按测压范围确定规格。2.4 根据膛压变化规律分析为什么用铜柱测压时应采用预压法？答：在铜柱测压时，由于铜柱的变形过程对膛压的响应较慢，为了提高测试精度，实际操作一般采用预压测试法测量膛压。2.5 比较一次预压法和二次预压法测膛压的异同。答：一次预压法：测试前将铜柱预压 pi，测出压后高 Hi，查表得出 p表，计算修正量。二次预压法：测压前，将铜柱预压两次（预压差值 20MPa）测出（p1，H1）; （p2，H2）2.6 为什么说采用预压法测膛压能够提高所测量结果的精度？答：铜柱预压后，其机械
7、性能得到了一次普遍调整。一方面，由于铜柱硬度的提高，是铜柱在承受火药气体压力作用时绝对变形量较小，从而有效的解决了铜柱压缩量大与动态压力作用时间段的矛盾，提高了铜柱测压的准确度。另一方面，由于铜柱彼此间软硬机械性能差异减小，将有利于减小测量结果的散布而提高铜柱测压的精密度。2.7 根据铜柱压力机的原理结构，推导预压值、铜柱活塞面积与砝码之间的换算关系。答: 其中：P：预压值，Q：砝码重量，S：铜柱活塞面积 = = = 2.8 比较铜柱压力表与铜柱变形量压力表的实验标定方法和编表方法及应用，分析其优缺点， 进一步说明为什么铜柱变形量压力表应用更广泛。实验弹道学复习资料答：铜柱压力表是将每一个压后
8、高与相应的压力对应起来，编写简单，但是应用过程较为繁杂容易出错。铜柱变形量压力表是使用一次预压法，按 20MPa 递增进行多次预压，并计算出每次预压后的高度差，然后通过线性差值编出压力表。使用起来更简单准确，但是编表过程复杂。2.9 不考虑测试误差，分析说明预压法应用铜柱压力表与铜柱变形量压力表换算结果是一致 的。答：在测试的过程中不考虑非线性误差时，铜柱的变形量与所受压力值是呈线性变化关系的，所以在铜柱变形量压力表的编写过程中使用线性插值法得到不同变化量所对应的压力值与铜柱压力表中是相同的。2.10 根据例题 2 所述的二次预压法的铜柱变形量压力表编表过程，写出一次预压法的制表步 骤及编表计
9、算公式。答：a.把每组铜柱以压力 p1进行第一次预压，测量铜柱的平均压后高 H1；b.将每组铜柱对应压力增加20MPa 作为第二次预压，测出平均压后高 H2；c.计算平均变形量 12=H1- H2；d.按 20MPa 递增重复上面步骤；e.检查 ij的偏差合格后进入下一步，否则补作相应数据；f.用线性内插法编出一次预压铜柱压力表。2.11 试述弹形变形测压法的主要特征，这类方法所采用的传感器有哪些？答：弹形变形测压法：通过弹性材料变形量的测量获得膛压值，往往转换为电量或电参量变化量，采用电测技术获取，所以常称为电测法。通常使用：电阻测压传感器、压电测压传感器、电容测压传感器、压阻测压传感器。2
10、.12 数字化膛压测试系统主要由哪些功能组件构成，各功能组件的主要工作任务是什么？答：测压传感器：用来把压力的变化量，通过转换作用而产生某种物理现象的变化，从而得到一种电参量或电量变化的装置。信号放大器：把传感器的微弱信号放大到一个适当的规一化数值。A/D 转换器：把电参量这一模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号。计算机系统：处理数据，生成测试曲线，计算出测量结果。2.13 压力传感器的主要性能指标有哪些？其基本含义是什么？答：测量范围：传感器在允许误差限内被测值的范围。过载能力：传感器在不致造成所规定性能指标永久性改变的条件下使用时，允许超过测量范围的能力。分辨力：传感器在规定的测量范围内
11、，可能检测出的被测量的最小变化量。灵敏度：传感器在稳态输下输出量的增量与相应的输入量的增量之比。误差：静态误差，通常用非线性无误差、滞后性误差和重复性误差三项指标来表示。动态性能：传感器对于时间变化的输入量的响应能力，通常用频率响应特性或阶跃响应特性来表示。2.14 传感器的选用原则有哪些？根据一般测试要求，你认为应重点把握哪些性能指标？答：灵敏度：在量程范围满足要求的条件下，传感器灵敏度越高越好。响应特性：传感器的响应特性必须满足在所测频率范围内努力保持不失真测量条件。实验弹道学复习资料线性范围（量程范围）：在线性范围内，输出与输入成比例关系。稳定性：影响传感器稳定性的因素是时间与环境，为保
12、证稳定性，选择前应对环境进行全面考虑。精确度：传感器精确度必须满足试验和测试系统的精度要求，但需要在成本和精确度之间综合考虑。其它：还应尽可能兼顾结构简单、体积小、质量轻、价格便宜、易于维修、宜于更换等条件。2.15 根据膨胀式和压缩式应变电阻式压力传感器的基本结构，分别叙述其工作原理。答：膨胀式：传感器内部的压力油在外部压力的作用下产生形变，带动其本体的弹性管产生形变，使得电阻应变片受力产生同步应变而使电阻阻值发生变化。压缩式：通过刚性活塞在外部压力作用下产生位移，带动应变片产生形变，进而使得电阻值发生变化。2.16 试述电阻应变片的工作原理，为什么说金属箔式应变片较电阻丝应变片更优越？答：
13、工作原理：金属电阻丝的电阻变化率与沿它的轴线方向的应变成正比例。输入量为 dl/l，输出电阻值的相对变化量为 dR/R。优越性：散热性能好，比金属丝式允许电流大，线路可以简化2.17 半导体应变片的工作原理是什么？答：工作原理：。其中. = = / = 2.18 比较金属箔式应变片与半导体应变片的优缺点，结合应变电阻式压力传感器的原理结构， 分析它们对测试结果的影响。答：金属箔式优点：a.电阻值离散小，能制成任意形状以适应不同的量要求；b.散热性能好，比金属丝式允许电流大，线路可以简化；c.横向效应小，蠕变小，测量精度高；d.疲劳寿命长；e.柔性好，可贴在形状复杂的零件上；f 制造工艺性好，可
14、大量生产、价格便宜。半导体优点：灵敏系数大，体积小。缺点：存在较大的非线性影响，Ks不是常数，且受温度影响较大。2.19 采用应变电阻式压力传感器构成的测试系统有哪些基本功能模块，画出其构成框图，叙 述图中各功能模块的工作任务。答：应变电阻式式测压传感器：基于压电效应设计的压力传感器， 应变放大器：把压电类型传感器的高输出阻抗转变为低输出阻抗；把输入电荷量转变为输出电压量； 把传感器的微弱信号放大到一个适当的规一化数值。 瞬态记录仪：把模拟量转换为某一时刻间隔的数字量，并把这些数字量储存起来以供取用。 计算机及其处理软件：处理数据，生成测试曲线，计算出测量结果。2.20 根据压电式传感器的原理
15、结构，叙述其基本工作原理。答：压电传感器是基于压电效应设计的压力传感器，其工作原理是压电效应。被测压力作用在活塞端面，经活塞杆传递到压电晶体上，压电晶体受到压力产生变形导致内部发生极化而在其表面产生电荷，进应变电阻式测压传感器应变放大器瞬态记录仪计算机及其处理软件实验弹道学复习资料而被捕捉测量到变化的电信号，进而求得所受压力的大小。2.21 根据活塞式压电测压传感器的原理结构，证明活塞面积与压电晶体工作面积比值越大， 其灵敏度越高，量程越小。答：2.22 画出应变仪的原理框图，试述其工作原理，并写出原理框图中各个功能模块的工作任务。答：电桥：将应变计的电阻变化转换成电压或电流信号，以便放大器放
16、大。 放大器：对电桥输出的微弱信号进行不失真的放大，并以足够的功率去推动指示器和记录器。 相敏检波器：将放大后的调幅波还原为被检测应变信号波形，同时反映被测应变信号的方向。 滤波器：滤除相敏建波器输出信号中的高次谐波分量，以获得理想的输出波形。 振荡器：产生一个稳定的正弦振荡电压，作为电桥供电电压和相敏检波器的参考电压。2.23 画出电荷放大器原理框图，试述其工作原理，并写出原理框图中各个功能模块的工作任 务。答：原理框图见课件。2.24 画出瞬态记录仪原理框图，试述其工作原理，并写出原理框图中各个功能模块的工作任 务。答：原理框图见课件。耦合方式选择开关：用来匹配合适的信号输入方式，此开关分为“AC” ， “DC”和“GND”三档。衰减器：将输入信号进行适当的衰减，通过衰减后使输出信号幅度的峰峰值保持在一定的范围之内。输入放大及极性变换器：将衰减器送来的信号进行某一固定倍数的放大，使信号幅值满足 A/D 转换器规定的幅度范围。采样保
