發布日期：2022-10-09 點擊率：81
摘要
該文結合彈射試驗系統,利用測試系統隨同座持彈射出去的存儲測試方法,設計了對彈射筒的主要驗收指標－－－加速度峰值、離軌速度等進行檢驗的瀏試系統彈射試驗證實該系統工作可靠,在完成既定功能的前提下比原系統具有體積小、結構簡單、易于操作等優點,該測試系統的研制對于飛機座持彈射筒的產品設計與質量檢驗均具有指導意義和實際應用價值,并在實踐中得到了應用.
關鍵詞
座椅彈射筒,存儲測試系統,飛機，加速度傳感器應用，Model4630傳感器應用，606M1座椅加速度傳感器，座椅假人安全帶位移傳感器應用，假人安帶拉力傳感器應用
在飛機特別是戰斗機中,機組人員的生命至關重要 遇到危險時 ,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艙 可實現危險情況下迅速脫離飛機保障生命安全 座椅彈射裝置中彈射筒的工作參數很重要 彈射筒利用炸藥將彈射筒的機械鎖炸開 ,在火藥爆炸氣體的推力下將座椅連同乘員沿導軌推出,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 ,否則會危及生命 在座椅彈射裝置安裝前,要對座椅彈射筒進行 的彈射試驗 ,保障彈射筒達到指標要求 對彈射筒的檢驗在模擬飛機座椅的試驗架上進行 ,主要測試指標包括最大過載值及峰值時間和座椅彈射時脫離軌道的離軌速度(應用4630-050-060加速度傳感器),座椅上人員的振動沖擊測試(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。
為完成對彈射筒的檢驗 采用模擬彈射的方法 模擬彈射試驗架主要包括導軌模擬座椅及配重、擊發發火機構、回收系統等使用的測試系統采用硬線測試技術 ,傳感器為波紋管傳感器 ,離軌信號采用導軌上的機械觸點開關 ,離軌速度通過標高塔和照像槍測試經換算得到數據記錄采用光敏記錄示波器與紙帶記錄該系統主要不足每次測試前需對傳感器靜態標定次試驗 間要重新連接拉斷的信號線 試驗后處理要手工測量記錄曲線整個試驗過程較復雜,費時費力。
本文設計了一種用于彈射筒試驗的存儲測試系統在保障測試功能前提下,簡化了試驗與數據處理過程 ,提高了測試精度 ,達到了較理想的效果.并且推薦了相關傳感器在此測試系統中的應用；主要推薦如下應用（1）在最大過載值及峰值時間和座椅彈射時脫離軌道的離軌速度(應用4630-050-060加速度傳感器)；（2）座椅上人員的振動沖擊測試(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）以及安全帶對人員的收緊程度(MS58安全帶拉出量傳感器)。
一、系統設計舉例如下：
1、系統測試原理
根據對彈射筒的測試要求 ,利用加速度傳感器記錄整個彈射過程的加速度信號 ,經過處理即可達到測試檢驗的要求
?。?）最大過載值Amax的檢測 最大過載值Amax是通過記錄座椅整個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
?。?）離軌速度V0可通過對測試得到的加速度曲線A(t)進行處理得到 對加速度一次積分得到速度一時間曲線二次積分得到行程一時間曲線 座椅在軌道上的行程L是已知的,則可得到對應行程L的速度,即座椅飛出時的離軌速度 V0。
2、測試系統組成
試驗 中由于記錄信號部分要隨座椅被彈射出去 ,因此設計 了與模擬發射架相分離的存儲測試系統 測試系統包括 部分 存儲測試模塊和數據處理模塊存儲測試模塊 由傳感器 、信號調理 、存儲器 、電源等組成 ,用于彈射中記錄彈射全過程的加速度信號 該模塊以 處理芯片為核心控制器 ,完成對傳感器信號的采集 、信號放大與濾波 消除座椅與軌道摩擦產生的機械噪聲 處理 ,并經 位 轉換后寫人存儲器該部分通過集成與封裝 ,測試時作為整體與被彈射的座椅固連 ,而與彈射架及地面系統無任何物理連接數據處理模塊 由筆記本 、通訊及處理軟件組成 ,用于完成對存儲測試模塊的工作參數設置 、數據回讀通訊以及檢驗結果后處理 系統結構原理如圖 所示
存儲測試方法的采用 ,提供了更完善的彈射測試數據 采用該測試系統不僅可測試軌道上的座椅運動參數 ,也可測試得到彈射過程 中座椅被拋出后的過載曲線 ,比原有的硬線測試系統擴展 了可測試范圍 ,利于彈射筒的設計參考并可提供更完善的檢驗結果。
3、系統關健技術及其實現
（1）傳感器選擇
傳感器關系到系統的測試精度 根據測試要求 ,本系統主要測試彈射筒發射后座椅在導軌上的加速運動方程 ,屬于低頻信號 加速度 曲線類似于火炮發射時的膛壓曲線 ,但作用時間為秒級為避免機械振動 、電磁干擾的影響 ,傳感器頻帶選擇為0～30HZ。 根據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用設計的）。假人座椅上座墊位置本系統推薦使用Model 606M1 三軸座椅加速度傳感器；假人身的加速度傳感器本測試系統推薦4610-020-060單軸加速度傳感器；假人身上的安全帶拉出量測試建議使用MS58系列安全帶位移傳感器；安全帶力量測試推薦使用法國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,系統設計中選用低頻性能較好的、抗過載能極強、能夠測量高可靠，高精確度的壓阻式傳感器。
（2）控制電路設計
控制電路中根據傳感器的靈敏度和測試系統的 輸人 電壓范圍進行信號放大電路的放大倍數設計 濾波設計根據測試信號要求 為了能夠對低頻信號反應 而對高頻電磁 機械振動抗干擾 ,在設計中采用數字濾波器 ,將系統的頻帶設計為低通濾波 ,上 限截止頻率選為40HZ。
信號觸發方式采用 內觸發模式 根據模擬彈射擊發時引起 的振動觸發信號 保障采集 的正常適時觸發 觸發電平設計可根據測試范圍在測試前通過數據處理模塊進行通訊設定。此系統如不想自己開發測試，建議使用 COCO8090便攜式在線數采分析儀。
（3）數據處理模塊軟件設計
數據處理模塊設計是以軟件為核心設計的 用 高級語言開發 了處理軟件 ,通過計算機 串口與存儲測試模塊進行通訊 主要功能包括 參數設置 、初始化設置 、回讀控制 、顯示控制 、計算 、存儲等
（4）電源選擇
存儲測試模塊 中為3～5V供電 為了使用 中電源獲取與更換都比較方便 ,設計中選用 2節1.5 的5號電池 ,電路經 電源芯片進行變壓后為傳感器及測試系統供電
二、試驗測試
試驗前將存儲測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 通過通訊接口進行參數設置和初始化 ,發射后進行測試與數據存儲 ,最后通過通訊 口將記錄數據傳人計算機 數據處理模塊進行處理 、顯示 和檢驗。
在一般戰斗機中 ,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 ,彈射時沿軌道向上飛離飛機 下彈座椅位于炮手位 ,彈射時沿軌道 向下飛離飛機 研究 中將設計的測試系統分別進行 了彈射筒的上彈與下彈試驗 ,存儲系統記錄了座椅連同配重從底火被擊發開始至飛離軌道的全過程加速度數據并可顯示加速度曲線。
圖2為某次上彈試驗測試得到的座椅加速度 曲線 圖3為某次下 彈試驗測試得到的座椅加速度 曲線 根據記錄的數據 ,通過數據處理模塊 的處理 ,就可分析所測試 的參數是否符合座椅彈射筒 的設計指標.
三、測試精度分析
影響該系統測試精度的主要 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 的采樣頻率 離軌速度測試中的計算誤差本系統采用壓阻式高精度傳感器 ,經過靜 、動態標定可滿足測試精度要求 測試 系統采樣頻率為 ,所測加速過程引起的誤差可忽略不計,對于離軌速度的測試 ,由于采用理論計算的方法 ,經過加速度積分計算得到的離軌速度存在誤差 ,特別是加速度信號經過低通濾波處理后 ,計算得到的離軌速度 比實際值偏低 因此會導致產品檢驗中將不合格產品誤檢為合格 經過實測離軌速度得到偏差值 ,通過數據處理模塊的軟件修正 ,該問題得到了妥善解決。另外 ,本測試系統傳感器與信號處理電路及數據存儲器高度集成 ,提高了系統的穩定性和抗干擾能力 經過與原測試系統的比較 ,本系統 的測試功能完全可 以滿足檢驗要求 ,測試精度更高，測試結果也將更加準確。
四、結論
經過試驗測試 ,設計的系統完全可以滿足座椅彈射筒的試驗測試要求 ,可以記錄整個彈射過程的加速度信號 ,記錄的加速度采用12位AD轉換 ,精度較高 ,進行回讀處理后可方便計算和顯示所需測試指標 目前該系統己應用于某型飛機的座椅彈射試驗中 ,得到了較好的試驗效果 ,提高了試驗效率。在此特別推薦如下在本系統中應用的各個型號傳感器及詳細說明：
Model 4630 特殊設計于座椅導軌高精度三軸加速度傳感器(主要應用型號：4630-050-060；4630-020-060；4630-050-059)
Model 4610 特殊設計假人身上各個位移置高精度單軸加速度傳感器(主要應用型號：4610-050-060；4610-020-060；4630-020-059)
Model 1230 特殊設計假人身上各個位移置高精度單軸加速度傳感器
Model Ms58 特殊設計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
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