摘要
该文结合弹射试验系统,利用测试系统随同座持弹射出去的存储测试方法,设计了对弹射筒的主要验收指标－－－加速度峰值、离轨速度等进行检验的浏试系统弹射试验证实该系统工作可靠,在完成既定功能的前提下比原系统具有体积小、结构简单、易于操作等优点,该测试系统的研制对于飞机座持弹射筒的产品设计与质量检验均具有指导意义和实际应用价值,并在实践中得到了应用.
在飞机特别是战斗机中,机组人员的生命至关重要 遇到危险时 ,在紧急情况下利用座椅弹射装置将人员与座椅一起弹射出机舱 可实现危险情况下迅速脱离飞机保障生命安全 座椅弹射装置中弹射筒的工作参数很重要 弹射筒利用炸药将弹射筒的机械锁炸开 ,在火药爆炸气体的推力下将座椅连同乘员沿导轨推出,在座椅被推出的过程中主要有两方面要求 过载要小 ,否则乘员无法承受速度要快 ,否则会危及生命 在座椅弹射装置安装前,要对座椅弹射筒进行 的弹射试验 ,保障弹射筒达到指标要求 对弹射筒的检验在模拟飞机座椅的试验架上进行 ,主要测试指标包括最大过载值及峰值时间和座椅弹射时脱离轨道的离轨速度(应用4630-050-060加速度传感器),座椅上人员的振动冲击测试(Model 606M1三轴座椅加速度传感器)、人员在座椅上的受力情况(EL20-S458安全带拉力传感器)以及安全带对人员的收紧程度(MS58安全带拉出量传感器)及其它等等。
为完成对弹射筒的检验 采用模拟弹射的方法 模拟弹射试验架主要包括导轨模拟座椅及配重、击发发火机构、回收系统等使用的测试系统采用硬线测试技术 ,传感器为波纹管传感器 ,离轨信号采用导轨上的机械触点开关 ,离轨速度通过标高塔和照像枪测试经换算得到数据记录采用光敏记录示波器与纸带记录该系统主要不足每次测试前需对传感器静态标定次试验 间要重新连接拉断的信号线 试验后处理要手工测量记录曲线整个试验过程较复杂,费时费力。
本文设计了一种用于弹射筒试验的存储测试系统在保障测试功能前提下,简化了试验与数据处理过程 ,提高了测试精度 ,达到了较理想的效果.并且推荐了相关传感器在此测试系统中的应用；主要推荐如下应用（1）在最大过载值及峰值时间和座椅弹射时脱离轨道的离轨速度(应用4630-050-060加速度传感器)；（2）座椅上人员的振动冲击测试(Model 606M1三轴座椅加速度传感器)；（3）人员在座椅上的受力情况(EL20-S458安全带拉力传感器)；（4）以及安全带对人员的收紧程度(MS58安全带拉出量传感器)。
一、系统设计举例如下：
1、系统测试原理
根据对弹射筒的测试要求 ,利用加速度传感器记录整个弹射过程的加速度信号 ,经过处理即可达到测试检验的要求
（1）最大过载值Amax的检测 最大过载值Amax是通过记录座椅整个弹射过程中的加速度曲线 ,求取最大值获得离轨速度A(t)的检测
（2）离轨速度V0可通过对测试得到的加速度曲线A(t)进行处理得到 对加速度一次积分得到速度一时间曲线二次积分得到行程一时间曲线 座椅在轨道上的行程L是已知的,则可得到对应行程L的速度,即座椅飞出时的离轨速度 V0。
2、测试系统组成
试验 中由于记录信号部分要随座椅被弹射出去 ,因此设计 了与模拟发射架相分离的存储测试系统 测试系统包括 部分 存储测试模块和数据处理模块存储测试模块 由传感器 、信号调理 、存储器 、电源等组成 ,用于弹射中记录弹射全过程的加速度信号 该模块以 处理芯片为核心控制器 ,完成对传感器信号的采集 、信号放大与滤波 消除座椅与轨道摩擦产生的机械噪声 处理 ,并经 位 转换后写人存储器该部分通过集成与封装 ,测试时作为整体与被弹射的座椅固连 ,而与弹射架及地面系统无任何物理连接数据处理模块 由笔记本 、通讯及处理软件组成 ,用于完成对存储测试模块的工作参数设置 、数据回读通讯以及检验结果后处理 系统结构原理
存储测试方法的采用 ,提供了更完善的弹射测试数据 采用该测试系统不仅可测试轨道上的座椅运动参数 ,也可测试得到弹射过程 中座椅被抛出后的过载曲线 ,比原有的硬线测试系统扩展 了可测试范围 ,利于弹射筒的设计参考并可提供更完善的检验结果。
3、系统关健技术及其实现
（1）传感器选择
传感器关系到系统的测试精度 根据测试要求 ,本系统主要测试弹射筒发射后座椅在导轨上的加速运动方程 ,属于低频信号 加速度 曲线类似于火炮发射时的膛压曲线 ,但作用时间为秒级为避免机械振动 、电磁干扰的影响 ,传感器频带选择为0～30HZ。 根据弹射座椅的加速度峰值 ,加速度传感器量程选择为（士10G；士25G；士50G；士100G），（4630-050-060加速度传感器是专门为此应用设计的）。假人座椅上座垫位置本系统推荐使用Model 606M1 三轴座椅加速度传感器；假人身的加速度传感器本测试系统推荐4610-020-060单轴加速度传感器；假人身上的安全带拉出量测试建议使用MS58系列安全带位移传感器；安全带力量测试推荐使用法国ENTRAN公司EL20-2458系列安全带拉力传感器。由于传感器需与座椅一同弹射出去 ,必须要有一定的抗冲击能力综合以上要求，而且要有很高的过载能力,系统设计中选用低频性能较好的、抗过载能极强、能够测量高可靠，高精确度的压阻式传感器。
（2）控制电路设计
控制电路中根据传感器的灵敏度和测试系统的 输人 电压范围进行信号放大电路的放大倍数设计 滤波设计根据测试信号要求 为了能够对低频信号反应 而对高频电磁 机械振动抗干扰 ,在设计中采用数字滤波器 ,将系统的频带设计为低通滤波 ,上 限截止频率选为40HZ。
信号触发方式采用 内触发模式 根据模拟弹射击发时引起 的振动触发信号 保障采集 的正常适时触发 触发电平设计可根据测试范围在测试前通过数据处理模块进行通讯设定。此系统如不想自己开发测试，建议使用 COCO8090便携式在线数采分析仪。
（3）数据处理模块软件设计
数据处理模块设计是以软件为核心设计的 用 高级语言开发 了处理软件 ,通过计算机 串口与存储测试模块进行通讯 主要功能包括 参数设置 、初始化设置 、回读控制 、显示控制 、计算 、存储等
（4）电源选择
存储测试模块 中为3～5V供电 为了使用 中电源获取与更换都比较方便 ,设计中选用 2节1.5 的5号电池 ,电路经 电源芯片进行变压后为传感器及测试系统供电
二、试验测试
试验前将存储测试模块通过螺钉紧固于被弹射的座椅上 ,尽量靠近座椅重心 通过通讯接口进行参数设置和初始化 ,发射后进行测试与数据存储 ,最后通过通讯 口将记录数据传人计算机 数据处理模块进行处理 、显示 和检验。
在一般战斗机中 ,共有2种座椅弹射装置 ,即上弹和下弹 上弹座椅位于主驾驶位 ,弹射时沿轨道向上飞离飞机 下弹座椅位于炮手位 ,弹射时沿轨道 向下飞离飞机 研究 中将设计的测试系统分别进行 了弹射筒的上弹与下弹试验 ,存储系统记录了座椅连同配重从底火被击发开始至飞离轨道的全过程加速度数据并可显示加速度曲线。
某次上弹试验测试得到的座椅加速度 曲线 图3为某次下 弹试验测试得到的座椅加速度 曲线 根据记录的数据 ,通过数据处理模块 的处理 ,就可分析所测试 的参数是否符合座椅弹射筒 的设计指标.
三、测试精度分析
影响该系统测试精度的主要 因素有 座椅三轴加速度传感器、安全带拉力传感器、安全带位移传感器 的精度 采集系统 的采样频率 离轨速度测试中的计算误差本系统采用压阻式高精度传感器 ,经过静 、动态标定可满足测试精度要求 测试 系统采样频率为 ,所测加速过程引起的误差可忽略不计,对于离轨速度的测试 ,由于采用理论计算的方法 ,经过加速度积分计算得到的离轨速度存在误差 ,特别是加速度信号经过低通滤波处理后 ,计算得到的离轨速度 比实际值偏低 因此会导致产品检验中将不合格产品误检为合格 经过实测离轨速度得到偏差值 ,通过数据处理模块的软件修正 ,该问题得到了妥善解决。另外 ,本测试系统传感器与信号处理电路及数据存储器高度集成 ,提高了系统的稳定性和抗干扰能力 经过与原测试系统的比较 ,本系统 的测试功能完全可 以满足检验要求 ,测试精度更高，测试结果也将更加准确。
四、结论
经过试验测试 ,设计的系统完全可以满足座椅弹射筒的试验测试要求 ,可以记录整个弹射过程的加速度信号 ,记录的加速度采用12位AD转换 ,精度较高 ,进行回读处理后可方便计算和显示所需测试指标 目前该系统己应用于某型飞机的座椅弹射试验中 ,得到了较好的试验效果 ,提高了试验效率。在此特别推荐如下在本系统中应用的各个型号传感器及详细说明：
Model 4630 特殊设计于座椅导轨高精度三轴加速度传感器(主要应用型号：4630-050-060；4630-020-060；4630-050-059)
Model 4610 特殊设计假人身上各个位移置高精度单轴加速度传感器(主要应用型号：4610-050-060；4610-020-060；4630-020-059)
Model 1230 特殊设计假人身上各个位移置高精度单轴加速度传感器
Model Ms58 特殊设计假人安全带拉出量位移传感器
Model 606M1 座椅三轴加速速度传感器
Model EL20-S458 座椅安全带拉力传感器
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