Page 49 - 《应用声学》2019年第6期

第 38 卷 第 6 期 王龙等： 基于大能量火花放电的枪声模拟系统设计 951

置 (1.5 mm, 2.6 mm, 10 mm) 为例，以 0.1 ms 为步 为确保安全，声音测试和采集设备架设在与射击方
长做出其场强随时间的变化曲线图 4(b) 和场强的 向成 90 、距离枪口 5 m 的位置，且声音测试和采集
◦
时域展宽曲线图 4(c)。 设备与枪口处于同一高度。
由于空气间隙 1 和空气间隙 2 关于点火电极的
2.2.1 模拟枪声的声级分析
空气间隙成轴对称分布，空气间隙 1 和空气间隙 2
某型枪械单发射击 10 次，用 GM1353 型声级
上x 坐标相同的两点电场强度相同。图4(a) 曲线表
计测试枪声声级并计算平均值 E 记为该类枪声的
明，点火电容放电10 ms时，高能电极空气间隙上各
声级真值。将枪械替换为枪声模拟系统，控制模
点的电场强度关于中心对称，在空气间隙中心处取
拟系统鸣枪 30 次测试其声级值，记为样本数据
极大值，电场强度随各点偏离中心距离的增加而逐
[x 1 , · · · , x n ]，其中n = 30。
渐减小。
模拟枪声的声级误差为
储能电容组放电回路的通断状态取决于高能
电极空气间隙 1 和空气间隙 2 上各点是否被点火电 ε = [x 1 − E, x 2 − E, · · · , x n − E]. (7)
容放电辐射的强电场击穿，当空气间隙上任意点的 模拟枪声的声级标准差为
电场强度均大于 30 kV/cm 时，储能电容组放电回 √
2
2
s = [(¯x − x 1 ) + · · · + (¯x − x n ) ]/(n − 1). (8)
路导通；当空气间隙上各点的电场强度逐渐小于空
气击穿电压时，储能电容组放电回路转换为开路状 根据式 (7) 做出枪声模拟系统的声级误差曲线
态。从图 4(b) 可以看出，点火电容放电回路导通的 如图 6 所示，可以看出系统所模拟枪声与真实射
瞬间辐射出强电场，随着放电时间的增加，高能电 击枪声的声级误差约为 −2.1 ∼ 5.8 dB(A)，将样
极空气间隙上的电场强度迅速减小，在 20 ms 时间 本数据代入式 (8) 求得模拟枪声的声级标准差为
内由约为 10 kV/cm 急剧减小为 0.1 kV/cm 以下。 1.974 dB(A)，系统所模拟枪声的声级稳定且与真实
6
为进一步分析高能电极间空气间隙的击穿特性，对 射击枪声声级吻合。
图 4(b) 中的场强变化曲线在 10 ms∼12 ms 范围内
6
进行局部展宽，如图 4(c) 所示。从图 4(c) 可以看出，
对于空气间隙 1 上场强最小的点 (1.5 mm, 2.6 mm, 4
10 mm)，在点火电容放电 11.6 ms 时其电场强度由 2
11.5 ms 时的 33.1 kV/cm 减小为 29.9 kV/cm，高能 ܦጟឨࣀ/dB(A)
电极间的空气间隙由导通状态转换为开路状态。 0

-2
2.2 枪声模拟系统性能的试验测试
-4
在空旷场地上，天气晴朗且无风的条件下对枪 0 5 10 15 20 25 30
ऀՂ
声模拟系统的性能进行测试，试验装置如图 5 所示。
图 6 模拟枪声的声级误差曲线
Fig. 6 Deviation curve of sound level for simu-
G
lated shot
S
2.2.2 模拟枪声的波形分析
D
枪械真实射击和模拟系统发出的枪声经适当
0°
衰减后使用录音笔采集枪声信号，并任取一组录
5 m
音从时域和频域将模拟与真实枪声对照分析，如
90°
图 7∼8所示。
S. ॠ฾ត౯೚ੋവલጇፒ G ౯᭬
D ܦጟ฾តੋηՂ᧔ᬷ᝺ܬ 声音信号的采样频率记为 f s (Hz)，以时间间隔
图 5 枪声模拟系统性能测试装置示意图 ∆t(s) (∆t = 1/f s ) 为步长做出模拟与真实枪声的
Fig. 5 Experimental setup used to ability test of 时域波形和相关运算曲线如图 7(a) 和图 7(b) 所示。
this simulated shot sound system 图7(a) 表明，模拟与真实枪声的时域变化规律一致，