2016开题报告报火炮膛壁温度报警系统 张野

长春大学电子信息工程学院毕业设计开题报告题 目： 火炮膛壁温度报警系统设计 学 院： 电子信息工程学院 专 业： 通信工程 学生姓名： 张 野 学 号： 020840707 指导教师： 任丽晔 开题时间： 2012年3月15日 本课题研究的意义：（填写课题在理论上和应用上的价值）武器的发射过程是一种极其复杂的物理化学变化过程，就发射的实质内容来看，储存在发射药中的化学能在发射过程中转化为热能并产生大量的气体，随着能量的释放，弹丸在高压燃气的推动下实现武器的弹道性能，这一复杂内弹道循环过程的主要特征是温度高，气体流动速度高，温度变化快，发射过程中，高温燃气在推动弹丸告诉运动的同时，也对与之接触的内膛壁面强制传热，提高身管的表层温度，破坏身管内的热平衡状态，通过伴随热量扩散的热传导过程，形成不定常的温度分布。发射 燃气对膛壁的热作用产生两方面结果：宏观上，膛壁表面接受传入的热量后温度升高，是发射时装填入膛的装药处在受膛壁加热的热环境中，严重时会引起装药中可燃药筒、模块装药或药包装药在一定温度下自燃，甚至在极端条件下会引起弹丸爆炸，危急到发射安全性；微观上，高温高速的火药气体使内膛壁面薄层产生温度急剧变化，与金属材料发生化学反应，使膛壁面材料发生相变、融化，造成身管烧蚀，加上表面机械磨损，改变内膛的发射观景，在炮膛表面温度超过675左右时，烧蚀速度将会稳定地增加；超过980后，烧蚀速度将显著加快。坡膛和膛线起始部分的烧蚀、磨损会使弹丸装填位置提前，药室容积增大，弹丸挤进膛线的条件变坏，从而影响弹丸飞行的稳定性，增大射弹散布。例如初速下降使射程下降，膛压下降，会导致引信不能正常解脱保险，使弹丸失去杀伤效能。导致初速、射程等武器效能的损失与射击精确度下降。发射过程中火药燃气对身管的热作用危及到武器的使用性能与安全性能。基于火炮发射过程中热作用对武器的安全性能的不利影响，本文将从保证发射安全性能出发过程中膛壁温度进行衡量，并设计一个温度报警装置，具有一定的实用性。调研（社会调查）情况：在兵器科学技术的发展中，温度高低影响一些兵器的性能、使用寿命及安全防护要求等，温度测量和温度控制具有极其重要的作用。在温度测量方面，国内外已取得较大的进展，利用膛内的流动作为研究边界层传热的基础，好多学者已经有所研究，Rudi Heiser和Jamas A Achmitt研究了考虑不考虑散热的经典内弹道模型计算；陶其恒和高付申利用均相流为计算的基础，边界层研究方面，解析解的应用在许多学者的论文中都有所描述，如Anderdon同样对边界层进行简化，得到了不可压缩边界层解析式。沈俊以核心流的经典内弹道解析解为基础，对无源相湍流边界层方程做了代换转化，进行了膛壁温度的预测计算拟采用研究方法：（具体写本课题的研究方法和实施方案）为了准确的确定内壁温度特征，需要研究身管内部的温度，为报警温度的确定提供良好的理论基础。主要有以下几个方面因素，一是射速，连续发射过程中的内壁温度取决于内壁接受燃气热量与向身管散热的综合作用结果。射击速度过程中的内壁的热状态影响主要在于通过两次射击之间的间隔时间改变影响内壁向身管内部传热时间的长短，随着射击频率的提高，外壁的报警温度降低，内外壁之间的温差增大；射速的提高使达到内壁报警的时间缩短。二是环境温度，它改变了火炮热分析中的初始身管内的温度分布，并影响了外壁面于环境之间的热散失强度；环境温度升高影响到装药温度的上升，使得膛压增大，射速变大，内膛气流与膛壁之间强制换热增强，报警温度达到时间缩短，环境温度不变，装药温度上升时，达到报警温度的时间快，内外温差较大；装药温度不变，环境温度高时向外散热较小，达到报警温度时间较快。三是装药量，减少装药射击时，内壁达到报警温度时间较慢，由于射击时间也较长，内部能量向外传递，内外温差较小，报警温度上升。四是初始温度，初始温度较高时，射击达到报警温度射击的发数较少。五是身管壁厚，身管壁厚增大，达到报警温度历时延长，内外壁温差增大，报警温度降低。六是护膛剂，护膛剂的存在，降低内膛换热系数，是达到报警温度历时延长，内外壁温差降低，报警温度升高。分析了不同条件下影响因素，为实现装药安全的内膛壁温度报警提供了理论依据。根据报警系统的设计原则，首先系统的硬件框图如下图，然后对各个模块进行电路射击，接下来进行硬件合成。即将各单元电路按照硬件框图进行组合，构成一个完整的硬件电路图。 单片机为系统的核心部分，被选中的热电偶传感器信号由信号调理电路进行调理后送入A/D转换器，再由单片机处理来自A/D转换器的数据。电源采用专用稳压电源，给整个电路提供12V和15V的电压。看门狗采用硬件看门狗，防止程序跑飞。按键通过数字输入通道与单片机相连。研究计划：（填写课题的研究内容和时间节点）（阶段时间表：2012年3月15日 毕业设计开题，学生交毕业设计开题报告，答辩2012年3月15日2012年4月15日 写出设计总体方案，及撰写论文。2012年5月9日；学院进行毕业设计中期检查，交译文2012年5月9日2012年5月30日 画设计电路图，及撰写论文。2012年5月30日；交毕业设计论文，学院集中审阅2012年6月11-15学生毕业答辩)文献综述（不少于1000字正文+15篇参考文献，其中应包含英文参考文献）DS18B20的测温原理：低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，故可用于产生固定频率的脉冲信号给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化，其振荡频率会有明显改变，其所产生的信号可作为减法计数器2的脉冲输人。隐含着的计数门可在打开时，使DS18B20对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器决定，每次测量前，首先将-55所对应的基数分别置人减法计数器1和温度寄存器中，以使测量时减法计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。减法计数器l可对低温度系数晶振所产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器l的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，此后减法计数器l的预置将重新被装人，此后减法计数器卫重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，系统将停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门未关闭，系统就会重复上述过程，直到温度寄存器达到被测温度值。另外，由于DSI8B20的单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此，其读写时序很重要。对DS18B20的各种操作都必须按协议进行。操作协议为:初始化DSI8B20(发复位脉冲)发ROM功能命令发存储器操作命令斗处理数据DS18B20的各种操作的时序I到均与DS1820相同。采用液晶显示器件，液晶显示平稳、省电、美观，更容易实现题目要求，对后续的功能兼容性高，只需将软件作修改即可，可操作性强，也易于读数，采用RT1602 两行十六个字符的显示，能同时显示日期、时间、星期、温度。在实际电路中，P2与RT1602的D0-D7相接，R/W与单片机的WR相连接，RS与单片机的RD相接，E与单片机的T1相接，控制RT1602的显示。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式，DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：（1）RES复位；（2）I/O数据线；（3）SCLK串行时钟。时钟RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。本系统中用到八个按键，用P1的8个I/O口接8个独立式按键即可满足需要，软件消抖处理，准确判断去执行相应的程序。参考文献：1 李杰.余永刚.周彦煌 枪(炮)膛内壁温度间接测量方法研究 期刊论文 -弹道学报2005(3)2 金志明 枪炮内弹道学 20043 王正和 身管武器温度测试技术综述 1984(03) 4 周克栋.陆家鹏 速射武器身管一维径向传热的数值分析 1993(01)5 Chandra S.fisher E B Simulation of Barrel Heat Transfer.U.S.Army Ballistic Reach Laboratory 1989 6 Ching Jen Chen.Darrel Mahomet On transient cylindrical surface Heat flux predicted From Interior Temperature Responses 1975(13)7 陶其恒 涉及身管传热的准一维两相流动及其计算 1997(04)8 陶其恒 涉及身管传热的膛内流动及其计算 期刊论文 -南京理工大学学报1997(1)9 高付申.王浩.徐德胜 膛内边界层数值模拟研究 期刊论文 -弹道学报2000(2) 10 黄风良 爆发器内壁温度的测试 2003(04)11 Herise R.Seiler F Computational Methods and Measurement of Heat Transfer to Gun Barrels with and without Coatings 1993 12 李杰.余永刚.周彦煌.黄凤良 机枪内膛壁面瞬态温度的测试 期刊论文 -测试技术学报2005(4) 13 李杰 炮膛内壁瞬态温度测试技术研究 学位论文 硕士200414 郑国良 浅谈薄膜温度传感器 1998(02) 15Hackemann P A Method for Measuring Rapid changing Surface Temperature and Its Application to Gun Barrels Theoretical Research Translation 1984指导教师评语：指导教师： 2012年 月 日审查意见： 系主任（组长）： 2012年 月 日