北京理工大學(xué)2025年徐特立班兵器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)試題及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述槍械內(nèi)能轉(zhuǎn)換過程中，彈頭在槍膛內(nèi)主要受哪些力作用？并說明這些力如何影響彈頭的運(yùn)動(dòng)和形狀。二、在彈藥爆炸動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常用速度測量法（如激光測速）來確定爆炸產(chǎn)物或彈丸的速度。請(qǐng)簡述激光測速的基本原理。并列舉影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素。三、簡述進(jìn)行材料拉伸實(shí)驗(yàn)以測定材料彈性模量、屈服強(qiáng)度和延伸率的基本原理。在實(shí)驗(yàn)過程中，為何需要控制加載速率？四、簡述雷達(dá)探測目標(biāo)的基本原理。假設(shè)一雷達(dá)系統(tǒng)的工作頻率為f，發(fā)射信號(hào)的波長為λ，目標(biāo)距離為R，收到的回波信號(hào)在時(shí)間上延遲了τ。請(qǐng)列出計(jì)算目標(biāo)距離R的表達(dá)式，并說明其中各符號(hào)的含義。五、在兵器控制系統(tǒng)中，反饋控制是常用的一種控制方式。請(qǐng)簡述反饋控制的基本原理。并說明在火炮隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，采用反饋控制可以解決哪些主要問題？六、假設(shè)一個(gè)簡單的爆炸沖擊波實(shí)驗(yàn)裝置，通過測量不同距離處壓力傳感器的響應(yīng)信號(hào)來研究沖擊波的傳播特性。請(qǐng)簡述分析沖擊波波速和峰值壓力的基本方法。并指出該實(shí)驗(yàn)方法可能存在的主要局限性。七、兵器材料的力學(xué)性能對(duì)其使用性能和壽命至關(guān)重要。請(qǐng)列舉三種典型的兵器用材料（如金屬、高分子、陶瓷等），并分別簡述其主要的力學(xué)性能指標(biāo)及其在兵器中的應(yīng)用考量。八、簡述進(jìn)行彈藥環(huán)境適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)（如高低溫、濕熱實(shí)驗(yàn)）的目的。這些實(shí)驗(yàn)對(duì)評(píng)估彈藥在不同環(huán)境條件下的可靠性有何意義？九、結(jié)合你所學(xué)的兵器科學(xué)技術(shù)知識(shí)，簡述一項(xiàng)你認(rèn)為重要的兵器實(shí)驗(yàn)技術(shù)（如某種實(shí)驗(yàn)方法、某種測試技術(shù)），說明其基本原理、主要應(yīng)用以及發(fā)展前景。試卷答案一、答：彈頭在槍膛內(nèi)主要受以下力作用：1.推力（火藥氣體壓力）：發(fā)射藥燃燒產(chǎn)生的高壓氣體作用在彈頭底部，是推動(dòng)彈頭運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿Α?.阻力（空氣阻力/膛壁摩擦力）：空氣阻力隨速度增加而增大，膛壁摩擦力則對(duì)彈頭旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)都有阻礙作用。3.離心力：對(duì)于旋轉(zhuǎn)彈頭，高速旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生離心力，使其趨于擴(kuò)展變形。4.哥氏力：彈頭在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（隨槍管一起旋轉(zhuǎn)）中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的附加力，影響彈頭的飛行穩(wěn)定性。這些力共同作用，決定了彈頭的加速過程、最終速度、飛行穩(wěn)定性以及可能出現(xiàn)的變形。二、答：激光測速的基本原理是利用激光的多普勒效應(yīng)（DopplerEffect）。當(dāng)激光束照射到運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)上時(shí)，反射回來的激光頻率會(huì)相對(duì)于發(fā)射激光頻率發(fā)生偏移。這個(gè)頻率偏移量（多普勒頻移）與目標(biāo)相對(duì)于激光束的速度成正比。通過精確測量這個(gè)頻移量，即可計(jì)算出目標(biāo)的速度。影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素包括：1.激光束質(zhì)量：束散角大小直接影響測量精度。2.測量距離：距離越遠(yuǎn)，相對(duì)速度引起的頻移越小，分辨率越低。3.目標(biāo)尺寸和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：目標(biāo)尺寸應(yīng)遠(yuǎn)大于激光光斑，且運(yùn)動(dòng)應(yīng)穩(wěn)定。4.接收和信號(hào)處理系統(tǒng)的性能：信號(hào)噪聲、探測器和處理電路的帶寬、穩(wěn)定性等。5.大氣條件：空氣中的氣體、塵埃等會(huì)散射和吸收激光，影響信號(hào)強(qiáng)度和測量精度。三、答：材料拉伸實(shí)驗(yàn)測定彈性模量、屈服強(qiáng)度和延伸率的基本原理是：將標(biāo)準(zhǔn)試樣置于拉伸試驗(yàn)機(jī)上，逐漸施加拉伸載荷，使其產(chǎn)生變形。通過測量試樣的標(biāo)距段的伸長量ΔL和對(duì)應(yīng)的總拉力F，繪制力-伸長量曲線（或應(yīng)力-應(yīng)變曲線）。曲線上的不同特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的力學(xué)性能：1.彈性模量（E）：通常指曲線初始直線段的斜率，表示材料抵抗彈性變形的能力（應(yīng)力/應(yīng)變）。2.屈服強(qiáng)度：指力-伸長量曲線上開始出現(xiàn)塑性變形的點(diǎn)的載荷（屈服載荷），或出現(xiàn)明顯塑性變形（如0.2%殘余應(yīng)變）時(shí)的應(yīng)力。3.延伸率：指試樣在斷裂后標(biāo)距段的永久伸長量與原始標(biāo)距長度的百分比，表示材料的塑性變形能力?？刂萍虞d速率是因?yàn)椴煌虞d速率下，材料的力學(xué)性能可能表現(xiàn)出明顯的速率敏感性。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)通常規(guī)定特定的加載速率，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性和可比性。四、答：計(jì)算目標(biāo)距離R的表達(dá)式為：R=(c*τ)/2其中：*R是目標(biāo)距離。*c是光速（在真空中約為3x10^8m/s，在介質(zhì)中略有減小）。*τ是收到的回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)之間的時(shí)間延遲。該表達(dá)式基于雷達(dá)測距的基本原理：雷達(dá)發(fā)射一束信號(hào)，信號(hào)傳播到目標(biāo)并反射回來，總共走過距離為2R的路程，所需時(shí)間為τ。因此，距離R等于光速c乘以時(shí)間延遲τ再除以2。五、答：反饋控制的基本原理是：將系統(tǒng)的輸出信號(hào)（被控量）通過測量裝置反饋回來，與給定的輸入信號(hào)（參考輸入或設(shè)定值）進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)偏差信號(hào)。該偏差信號(hào)被送入控制器，控制器根據(jù)偏差的大小和方向，輸出控制作用去調(diào)整被控對(duì)象的輸入，以減小偏差，使系統(tǒng)輸出趨向于期望值。在火炮隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，采用反饋控制可以解決以下主要問題：1.減小瞄準(zhǔn)誤差：實(shí)時(shí)檢測火炮實(shí)際指向與目標(biāo)指向（或預(yù)定射擊諸元）的偏差，并驅(qū)動(dòng)火炮進(jìn)行補(bǔ)償轉(zhuǎn)動(dòng)，使火炮指向快速、準(zhǔn)確地跟蹤目標(biāo)或?qū)?zhǔn)目標(biāo)。2.補(bǔ)償系統(tǒng)內(nèi)部干擾：如炮身重量引起的變形、彈道風(fēng)的影響等，通過測量偏差并調(diào)整，可以部分抵消這些干擾對(duì)射擊精度的影響。3.提高響應(yīng)速度和穩(wěn)定性：反饋回路能夠根據(jù)實(shí)際情況快速調(diào)整控制作用，使火炮系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過程中保持穩(wěn)定。六、答：分析沖擊波波速和峰值壓力的基本方法：1.波速測量：通過在已知距離處布設(shè)多個(gè)壓力傳感器，記錄各傳感器接收到?jīng)_擊波前沿（或后沿）的時(shí)間，根據(jù)時(shí)間差和距離差計(jì)算波速?；蛘呤褂眉y影、分幅攝影等光學(xué)方法直接觀測波陣面?zhèn)鞑ァ?.峰值壓力測量：在不同距離處放置壓力傳感器，記錄沖擊波到達(dá)時(shí)壓力信號(hào)的最大值（峰值壓力）。通過繪制峰值壓力隨距離變化的曲線（P-R曲線），可以分析沖擊波的衰減規(guī)律。該實(shí)驗(yàn)方法的主要局限性包括：1.測量窗口窄：沖擊波持續(xù)時(shí)間短，要求傳感器響應(yīng)速度快，測量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍大。2.傳感器影響：傳感器本身可能無法完全適應(yīng)極端條件（高溫、高壓、高速），其安裝可能干擾流場。3.場地安全：實(shí)驗(yàn)通常在專用場地進(jìn)行，安全性要求高。4.二維/三維效應(yīng)：實(shí)驗(yàn)裝置和測量點(diǎn)可能難以完全避免二維或三維效應(yīng)對(duì)結(jié)果的影響。七、答：列舉三種典型的兵器用材料及其主要力學(xué)性能指標(biāo)和應(yīng)用考量：1.高強(qiáng)度鋼：主要力學(xué)性能指標(biāo)包括高強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度）、足夠的韌性和耐磨性。應(yīng)用考量：廣泛用于槍械機(jī)匣、炮身、裝甲板等，需平衡強(qiáng)度、重量、成本和加工性能。2.鈦合金：主要力學(xué)性能指標(biāo)包括高強(qiáng)度、低密度（比強(qiáng)度高）、良好的耐腐蝕性和一定的高溫性能。應(yīng)用考量：用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件、導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)件、高性能槍械零件等，特別適用于要求輕量化和耐腐蝕的場合，但成本較高。3.復(fù)合材料（如碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料）：主要力學(xué)性能指標(biāo)包括高比強(qiáng)度、高比模量、良好的抗疲勞性和特定方向的優(yōu)異性能。應(yīng)用考量：用于導(dǎo)彈/飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、防彈裝甲、輕量化高性能槍械部件等，旨在大幅減輕重量、提高機(jī)動(dòng)性或防護(hù)能力，但通?？箾_擊性、耐高溫性或修復(fù)性不如金屬材料。八、答：進(jìn)行彈藥環(huán)境適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)的目的主要是：1.評(píng)估性能穩(wěn)定性：測試彈藥在極端溫度（高溫、低溫）、高濕、鹽霧等環(huán)境條件下，其基本性能（如初速、射程、精度、引信性能）是否仍能滿足設(shè)計(jì)要求。2.檢驗(yàn)可靠性：評(píng)估彈藥在惡劣環(huán)境因素作用下，儲(chǔ)存、搬運(yùn)和使用過程中的可靠性，是否存在失效風(fēng)險(xiǎn)。3.確定儲(chǔ)存和使用條件：通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為彈藥制定合理的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用的環(huán)境限制條件。這些實(shí)驗(yàn)對(duì)評(píng)估彈藥可靠性具有重要意義，因?yàn)閺椝幫枰诟鞣N復(fù)雜甚至嚴(yán)酷的環(huán)境條件下使用。通過實(shí)驗(yàn)暴露潛在問題，可以改進(jìn)設(shè)計(jì)、選用更耐用的材料、優(yōu)化包裝和儲(chǔ)存方式，確保彈藥在實(shí)戰(zhàn)或非戰(zhàn)狀態(tài)下能夠正常工作，保障作戰(zhàn)效能和人員安全。九、答：選擇實(shí)驗(yàn)技術(shù)：激光干涉測速技術(shù)?；驹恚豪眉す飧缮鏈y量物體運(yùn)動(dòng)引起的光程差變化。當(dāng)用頻率為f的激光照射移動(dòng)的反射鏡（或被測物體）時(shí)，反射光的頻率會(huì)因多普勒效應(yīng)產(chǎn)生頻移f_d。如果將兩束來自同一激光源的光（一束直接射向參考鏡，一束射向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)再反射回來）匯合，形成的干涉條紋會(huì)隨著目標(biāo)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生移動(dòng)。通過精確測量單位時(shí)間內(nèi)干涉條紋移動(dòng)的數(shù)目，并結(jié)合激光頻率，即可計(jì)算出目標(biāo)的速度。該技術(shù)具有非接觸、測量精度高、響