火炮俯仰半径测量方法与流程

本发明属于测量技术领域。

背景技术：
火炮俯仰半径指炮口端面到炮耳轴中心距离，是炮膛轴线偏离射面的偏离角（以下简称偏离角）测量及火炮尺寸诸元测量项目的主要内容之一。在靶场火炮鉴定、设计定型试验时，俯仰半径测量和火炮偏离角测量均属于重要的考核项目。在标准号为2977A-2006的国家军用标准中，其中的“7.16炮膛轴线偏离射面的偏离角测量”，7.16.6.1.4偏离角计算公式（25）中，需要测量L5——炮口端面到炮耳轴中心的距离，即火炮俯仰半径。一方面，该标准中未提供一种准确的俯仰半径测量方法；另一方面，在测量火炮俯仰半径时，火炮耳轴必须外露，才能使用卷尺进行直接测量，而大部分种类火炮耳轴通常密封不外露，直接测量难以实施。

技术实现要素：
本发明的目的是采用一种间接测量方法，涉及火炮尺寸诸元的测量及参与炮膛轴线偏离射面的偏离角计算所需参数的火炮俯仰半径测量方法。本发明的具体操作步骤是：（1）被试火炮驶入指定检测区域，利用千斤顶将火炮纵、横向调整水平，并使火炮身管处于水平位置；（2）在炮口端面准确粘贴十字线，使十字线中心表示炮口中心，炮尾拆下击针露出击针孔；（3）火炮正前方架设经纬仪，转动火炮方向机、高低机，使经纬仪光轴与炮口十字中心、击针孔中心重合；（4）转火炮方向机，直到在经纬仪里能观测到身管一侧面为止，在身管侧面母线上粘贴两十字标记，并利用经纬仪光轴调整两标记高低位置，目的是使两点连线与经纬仪光轴重合；（5）在身管有标记的一侧架设全站仪，分别瞄准E、D两点，测量其坐标；（6）身管起高角15°～20°，使其处于AC位置，全站仪再次测取A、C两点坐标；（7）根据测量结果计算获得俯仰半径。本发明的俯仰半径的计算方法是：a、以全站仪中心为原点0，全站仪水平角为零的方向为x轴，铅锤方向为z轴，根据右手法则确定y轴，建立空间三维坐标系；b、根据全站仪测得的水平角α、天顶角β和斜距D，便可以计算得到空间任意点M的三维坐标值为：（1）c、AD表示火炮身管，AC为身管绕耳轴中心A点打高仰角的位置，E为身管外表面一目标点，D为炮口端面截面外侧另一目标点，身管处于AD位置时，全站仪瞄准D、E，分别测得D、E的空间坐标值，，B、C两点坐标分别为，，B、C、D、E四点的三维坐标可以通过公式（1）解算出，则：（2）由于△ABE与△ACD均为等腰三角形且相似，根据相似比则有：而，所以俯仰半径为：（3）。本发明为火炮尺寸诸元和偏离角计算提供参数。测量精度满足使用要求，操作方便。本发明具有以下有益效果：1、本发明解决了耳轴不外露火炮俯仰半径测量问题。2、本发明利用电子经纬仪“穿线”法，确保身管侧面两目标点连线与炮膛轴线平行。3、本发明通过测量空间四点的三维坐标，解算两点间的距离，依据三角形相似比原理，测得火炮身管俯仰半径值。4、本发明现场操作简单，由计算机完成数据处理，使用方便，测量精度满足使用要求。附图说明图1是本发明免棱镜全站仪测量中空间坐标系建立示意图；图2是本发明利用免棱镜全站仪测量俯仰半径原理图。具体实施方式本发明具体操作步骤是：（1）被试火炮驶入指定检测区域，利用千斤顶将火炮纵、横向调整水平，并使火炮身管处于水平位置；（2）在炮口端面准确粘贴十字线，使十字线中心表示炮口中心，炮尾拆下击针露出击针孔；（3）火炮正前方架设经纬仪，转动火炮方向机、高低机，使经纬仪光轴与炮口十字中心、击针孔中心重合；（4）转火炮方向机，直到在经纬仪里能观测到身管一侧面为止，在身管侧面母线上粘贴两十字标记，并利用经纬仪光轴调整两标记高低位置，目的是使两点连线与经纬仪光轴重合；（5）在身管有标记的一侧架设全站仪，分别瞄准E、D两点，测量其坐标；（6）身管起高角15°～20°，使其处于AC位置，全站仪再次测取A、C两点坐标；（7）根据测量结果计算获得俯仰半径。本发明的俯仰半径的计算方法是：a、以全站仪中心为原点0，全站仪水平角为零的方向为x轴，铅锤方向为z轴，根据右手法则确定y轴，建立空间三维坐标系；b、根据全站仪测得的水平角α、天顶角β和斜距D，便可以计算得到空间任意点M的三维坐标值为：（1）c、AD表示火炮身管，AC为身管绕耳轴中心A点打高仰角的位置，E为身管外表面一目标点，D为炮口端面截面外侧另一目标点，身管处于AD位置时，全站仪瞄准D、E，分别测得D、E的空间坐标值，，B、C两点坐标分别为，，B、C、D、E四点的三维坐标可以通过公式（1）解算出，则：（2）由于△ABE与△ACD均为等腰三角形且相似，根据相似比则有：而，所以俯仰半径为：（3）。以下结合附图对本发明做进一步详细的描述：1.测量设备组成测量设备由一台高精度免棱镜全站仪、一台笔记本电脑组成。由于测量过程中，火炮身管需从水平状态起一定的仰角，棱镜在身管上固定困难，所以本方法采用免棱镜全站仪。免棱镜全站仪是集电子经纬仪、光电测距仪和微电脑处理器于一体的测绘设备，不需要在目标点安放棱镜便可以测量空间点的水平角、天顶角和斜距，并进行数据传输，由计算机完成数据处理。2.免棱镜全站仪测量空间点三维坐标原理如图1，以全站仪中心为原点0，全站仪水平角为零的方向为x轴，铅锤方向为z轴，根据右手法则确定y轴，建立空间三维坐标系。当全站仪瞄准空间某点M时，可以测量得到该点的空间坐标值。3.空间坐标点的解算如图1，M′是M在水平面xoy投影，根据全站仪测得的水平角α、天顶角β和斜距D，便可以计算得到空间任意点M的三维坐标值为：（1）4免棱镜全站仪测量火炮俯仰半径原理如图2所示，AD表示火炮身管，此时处于大致水平位置，AC为身管绕耳轴中心A点打高一定仰角的位置。E为身管外表面一目标点，D为炮口端面截面外侧另一目标点，虚线表示炮膛轴线，利用经纬仪“穿线”法使ED连线与炮膛轴线平行。AD或AC长即为俯仰半径。身管处于AD位置时，全站仪瞄准D、E，可分别测得D、E的空间坐标值，。身管打高一定仰角，全站仪瞄准B、C时，测得B、C两点坐标分别为，。B、C、D、E四点的三维坐标可以通过公式（1）解算出，则：（2）由于△ABE与△ACD均为等腰三角形且相似，根据相似比则有：而，所以俯仰半径为：（3）操作步骤本发明的火炮俯仰半径测量方法由下列步骤完成：（1）被试火炮驶入指定检测区域，利用千斤顶将火炮纵、横向调整水平，并使火炮身管处于大致水平位置；（2）在炮口端面准确粘贴十字线，使十字线中心表示炮口中心，炮尾拆下击针露出击针孔；（3）火炮正前方架设经纬仪，转动火炮方向机、高低机，使经纬仪光轴与炮口十字中心、击针孔中心重合（即“穿线”）；（4）转火炮方向机，直到在经纬仪里能观测到身管一侧面为止，在身管侧面母线上（图2中的E、D）粘贴两十字标记，并利用经纬仪光轴调整两标记高低位置，目的是使两点连线与经纬仪光轴重合；（5）在身管有标记的一侧架设全站仪，分别瞄准E、D两点，测量其坐标；（6）身管起高角15°～20°，使其处于AC位置，全站仪再次测取A、C两点坐标；（7）测量结果传送计算机，根据四点坐标值，计算机计算俯仰半径值。实践例：以某型榴弹炮为本发明实施例，该火炮耳轴中心外露，测量俯仰半径时，可以利用卷尺直接测量，也可以利用免棱镜全站仪进行间接测量，利用卷尺测量俯仰半径R1=4647mm，利用免棱镜全站仪测量俯仰半径R2=4645.5mm，二者相差1.5mm，满足偏离角计算要求。