CN102192690B - 一种气体炮过载试验检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹药过载检测装置，具体为一种气体炮过载试验检测装置。解决现有空气炮侵彻试验装置存在的操作使用不便等技术问题。一种气体炮过载试验检测装置，包括架体，在架体上安装有过载试验空气炮发射装置、装药过载试验弹、过载试验防护箱、过载试验靶板置换装置。综合来说，与现有技术相比本发明技术方案中所包括的过载试验用靶板置换装置、过载试验防护箱、小尺寸装药侵彻试验弹等装置是专为小尺寸装药和火工品空气炮过载性能测试而设计的，运用到机械设计相关原理及方法，设计方案具有严谨、可行，方便等特点，具有良好的实用价值和可靠的操作性，及准确的实验结果。

Description

一种气体炮过载试验检测装置

技术领域

本发明涉及一种弹药过载检测装置，具体为一种气体炮过载试验检测装置。

背景技术

近二三十年来，随着远程精确打击、制导与反制导技术的发展，出现了各种高强度、不同形式的综合防护及关键性目标，如桥梁、机场跑道、机库、装甲车辆、航母和隐藏在地下的大规模杀伤武器、远程导弹、现代防空、控制、通讯和高级指挥系统等硬目标体系。这些目标促使了一些智能型侵彻弹药的诞生。武器在侵彻毁伤这些地下埋藏、硬目标时，必然要遭受高速加载、硬目标侵彻过程中的猛烈撞击和冲击力等高过载恶劣环境，武器系统要在此环境下生存并达到对目标的致命性毁伤，便提出了对武器各部件的安全与性能的要求，即地下埋藏、硬目标侵彻用武器系统中的弹体和含能材料必须耐高过载，由此提出耐高过载弹药这一概念，并成为各国弹药发展的重点和方向。

耐高过载弹药的迅速发展，带动多种战斗部起爆、传爆方式和新型爆炸装药也不断研发。然而，目前我国检测技术相应比较落后，火工技术科研、生产产品检测多数仍沿用老技术。有些仪器、设备、设施不全或不完全配套。而对于针对高耐热性、 耐高过载能力、高安全性、高机械强度等火工药剂所需的检测试验方法和评价指标体系还处于空白，致使有些项目未能进行，严重影响了武器技术前进的步伐。所以，必需加快发展武器系统爆炸部件的耐高过载性能检测新技术，建立相应的试验装置才能满足现代高技术武器系统发展的需要。

目前用来研究弹药在高过载条件下的动态力学特性最普遍方法是Hopkinson压杆、落锤或飞板撞击等方法。这些方法对动态力学特性的研究具有一定的局限性。尤其不能真实模拟炸药在侵彻过程中的低幅值、长历时的动态载荷环境。

另一种技术就是采用空气炮作为弹药的加载装置。法国University of Padova, D. Pavarin等人为保持弹底压力的近似恒定，对二级轻气炮的泵管与炮管间能量匹配关系的研究，实现了对气体炮的优化设计。德国Ernst-Mach-Institut的Frank K. Schafer分析球形弹丸高速撞击簿型靶标并建立了冲击破碎模型。挪威Børvik等人采用直径20mm，长98mm的锥形钢制弹体对厚度分别为15、20、25、30mm贯穿AA5083-H116靶板进行了侵贯试验。测量了所有试验的初始速度和剩余速度。还采用三种不同形状的弹丸（钝，半球形和锥形）进行了气体炮实验，穿透12毫米厚的Weldox 460E钢板。根据实验结果，构建并比较了剩余速度曲线。结果表明，弹头形状大大影响着穿透过程中能量吸收机制和目标的失败模式。此外，剩余速度曲线受到了弹头形状的影响。日本广岛大学的Yoshinori Isomoto Oka使用一级气炮和二级轻气炮使弹丸以不同的速度撞击铝、低碳钢、钛质靶板，对试验结果进行了分析，阐述了靶板毁伤程度大小的原因。

在我国，大型的气炮及炸药爆轰等动高压设备主要建在中国工程物理研究院，其主旨是为武器物理研究服务。如1982年,西北核技术研究所完成了57mm口径的单级压缩气炮研制,最大弹速1400m/s,90年代研制了口径130mm单级压缩气炮和10mm口径的非火药驱动二级气炮最大弹速7000m/s。我国有许多高校如：中国科技大学、哈尔滨工业大学、国防科技大学、北京理工大学、南京理工大学拥有气体炮冲击动力学试验设备。主要是利用气体炮的低成本发射技术，进行物体的冲击试验，研究碰撞机理、碰撞加速度、以及终点弹道的研究，如穿甲实验、空间飞行碰撞、引信碰撞研究等。南京理工大学发展了一种采用57mm口径的模拟炮进行引信和火工品的动态着靶模拟测试技术，弹丸的加载和部件的运动状态通过弹载加速度传感器和位移传感器测定，这种方法比较真实地反映了火工品的状态，着靶冲击过载值约70000G，着靶速度大于300m/s。

总结国内外使用的空气炮侵彻试验装置，我们发现与之配套的装置，例如1、起吊置换装置多为建于室内的电动行车吊装机构，这类装置虽然可以满足基本的使用要求，但是，其支撑部件都是固定部件不能移动，安装拆卸不便。另外，其结构庞大、费用较为昂贵。2、弹丸冲击靶板等部件的防护装置多为圆桶型防护箱，这类装置多是固定于基座，靶板需从箱体前端或后端安装，操作困难、使用不便、用途单一，不利于中、大尺寸靶体的冲击试验。3、与之配套的侵彻弹丸多为实心弹，有些实验弹体只携载装药或加速度传感器，没有考虑同时装载装药和传感器冲击硬目标时一旦装药发生爆炸会对传感器等弹内部件产生的破坏影响。

发明内容

本发明为了解决现有空气炮侵彻试验装置存在的操作使用不便等技术问题而提供了一种气体炮过载试验检测装置。

本发明是由以下技术方案实现的，一种气体炮过载试验检测装置，包括架体，在架体上安装有过载试验空气炮发射装置、装药过载试验弹、过载试验防护箱、过载试验靶板置换装置。

所述的过载试验空气炮发射装置包括气室、炮身，气室的出口连接在炮身侧面，炮身的尾端设有活动后盖。

所述的装药过载试验弹结构包括弹体，弹体内设有包裹炸药的装药组件，在弹体的装药组件部位的壳体上设有泄爆孔、在装药组件后设有隔爆板，隔爆板后设有压紧装置；

上述设计不仅能检测弹体的过载变化历程，还能检测装药在相应过载条件下的力学响应规律，进而对装药在冲击靶板前后的安全性及可靠性进行评估，同时还能保证当装药发生爆炸时弹内各部件不会受到损坏，整套装置操作简便、安全性、可靠性、可重复使用性强。

所述的过载试验防护箱包括底座、上方的箱体，底座上设有导轨；箱体上方为箱体盖板，所述的箱体由前箱体、中箱体、后箱体连接组成，前箱体内依次设有炮口护板、弹托挡板，前箱体一侧还设有测速孔、中箱体内设有安装靶板的插槽，后箱体内设有回收桶；箱体下设有定位卡槽和滚轮，底座的末端设有限制机构，限制机构与后箱体连接。

与现有的某些装置相比，过载试验防护箱装置采用三个轮式防护箱通过螺栓连接而成，可根据不同的距离要求移动定位防护箱体，根据不同的过载环境要求安装不同的金属靶板或混凝土靶板，从而可以对炸药装药在不同侵彻过载条件的力学特性以及炸药的过载安定性、可靠性进行测定，这是其它已有试验装置不能做到的。三个防护箱体的箱盖为上开式可抽出四条销子将箱盖取开，也可只抽出一侧的两条销子绕另一侧锁销打开箱盖以安装靶板、回收桶等部件，关闭后插上销子锁紧。整个装置操作简便，具有很强的安全性、可靠性、多功能性。

所述的过载试验靶板置换装置，包括两侧的支架，支架上方设有导轨组件，导轨组件上设有滚轮组件，支架下连接垫板，垫板两端通过调整螺栓安装有万向轮。

与现有的大型的吊装装置相比较，过载试验用靶板置换装置采用两个竖支架与导轨横梁连接而成，安装、拆卸、运输方便、使用灵活。使用前旋转四个支撑螺杆使方向轮将整个装置顶起，推动装置跨与过载防护箱之上，然后反向旋转支撑螺杆提起边刹轮使支架落地，之后进行靶板的吊装工作。该装置成本低、适用范围广、支撑强度高，能够满足多种使用要求、使用方便灵活、安全性强。

综合来说，与现有技术相比本发明技术方案中所包括的过载试验用靶板置换装置、过载试验防护箱、小尺寸装药侵彻试验弹等装置是专为小尺寸装药和火工品空气炮过载性能测试而设计的，运用到机械设计相关原理及方法，设计方案具有严谨、可行，方便等特点，具有良好的实用价值和可靠的操作性，及准确的实验结果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明的俯视图

图3为炮身的结构示意图

图4为固定架结构示意图

图5为图4的侧视图

图6为过载试验弹结构示意图

图7为防护箱结构示意图

图8为底座结构示意图

图9为靶板支架的结构图

图10为验靶板置换装置结构示意图

图11为导轨组合结构图

图12为图10的侧视图

图13为图10的俯视图

图14为滚轮组件结构示意图

图中：1-过载试验防护箱、2-过载试验靶板置换装置、3-过载试验空气炮发射装置、4-架体、5-装药过载试验弹、6-炮身、7-活动后盖、8-气室、9-固定架、10-半圆形固定套、11-螺栓、12-密封圈、13-夹紧套、14-传感器、15-隔爆板、16-装药组件、17-弹体、18-泄爆孔、19-后箱体、20-回收桶、21-中箱体、22-插槽、23-前箱体、24-测速孔、25-弹托挡板、26，27-炮口护板、28-导轨、29-底座、30-靶板支架、31-定位卡槽、32-滚轮、33-限制机构、35-滚轮组件、36-导轨组件、38-支架、39-垫板、40-万向轮、41-调整螺栓、42-角钢、43-钢管、44-支撑框架、45-通孔、46-平衡锤、47-轮轴、48-双轮、49-导轨。

具体实施方式

如图1、2所示意，一种气体炮过载试验检测装置，包括架体4，在架体4上安装有过载试验空气炮发射装置3、装药过载试验弹5、过载试验空气炮发射装置3前端连接过载试验防护箱1、及过载试验靶板置换装置2。

以下为各个组成部分分解图说明：

一、如图3所示意，所述的过载试验空气炮发射装置包括气室8、炮身6，气室8的出口连接在炮身6侧面，炮身6的尾端设有活动后盖7，并通过固定架9固定在架体上。

如图4、5所示意，固定架9为工字钢梁，上端设有两个半圆形固定套10，固定套两边通过螺栓连接，固定架下端通过螺栓与支架连接。

二、如图6所示意，所述的装药过载试验弹结构包括弹体17，弹体17内设有包裹炸药的装药组件16，在弹体17的装药组件16部位的壳体上设有泄爆孔18、在装药组件16后设有隔爆板15，隔爆板15后设有传感器14，传感器14后为压紧装置；用于装载炸药装药及加速度传感器侵彻硬目标靶板测试装药在不同过载条件下的性能响应特性，其主要结构及特点包括：

弹体17采用高强度合金钢加工而成，根据模拟不同的过载环境的需要弹头可做成卵形、锥形和平头等形状，在弹体内部开有圆柱形空腔便于安装装药和传感器等装置。在装药安装位置加工了四个均布的通孔作为泄爆孔18，以便在装药发生爆炸时将爆炸冲击压力快速卸掉，保证内部各部件的完好。

装药组件16由定位套、左右盖板以及柱状装药组成，定位套和盖板用45号钢加工而成，与装药各接触面需经精磨加工使各面与装药保持光滑接触并精确定位。隔爆板15采用40Cr调质后经车、磨加工成圆柱状，保证与弹体内壁及传感器底部稳定接触，能有效阻隔炸药装药爆炸时所产生的冲击波对传感器的影响。传感器14用于测定弹丸侵彻硬目标靶板时产生的加速度等力学数据。压紧装置包括夹紧套13、密封圈12以及固定在弹体后部的螺栓11，夹紧套采用铝合金加工成筒状，用于夹紧定位传感器等部件。

三、如图7、8所示意，所述的过载试验防护箱包括底座29、上方的箱体，底座29上设有导轨28；箱体上方为箱体盖板，所述的箱体由前箱体23、中箱体21、后箱体19连接组成，前箱体23内依次设有炮口护板26、27、弹托挡板25，前箱体一侧还设有测速孔24、中箱体21内设有安装靶板的插槽22和放置水泥靶的靶板支架30，后箱体19内设有回收桶20；箱体下设有定位卡槽31和滚轮32，底座29的末端设有限制机构33，限制机构33与后箱体19连接。是用于进行弹载装药过载性能测试实验的安全保护装置，其主要结构及特点包括：

底座29为长桌形结构采用槽钢作为支撑焊接骨架，上面用20mm厚钢板与骨架焊接。导轨28截面为工字型结构，焊接于底座上表面的纵向对称线上，对防护箱体起导向和横向定位作用。限制机构33通过螺栓固定于基座左侧对称线上，用于对防护箱进行纵向定位并承受侵彻带来的压力。整个支撑座通过地脚螺钉固定于地基上，结构安装牢固、抗震性好。

后箱体19用来安装回收桶20，回收桶20为砂桶用来接收穿靶后的弹丸。定位卡槽31和导轨契合对箱体进行运动导向、定位和固定夹紧作用。滚轮32可使箱体实现纵向移动。厚箱体与限制机构通过螺栓加调整垫圈连接，采用刚性垫片实现硬连接；用柔性垫片实现软连接，对弹丸的冲击进行二次缓冲。

中箱体21主要用于安装靶板，插槽22用来安装金属靶板。安装圆柱形混凝土靶板时，需要将两个靶板支架30间隔平放于中箱体底部，再将混凝土靶板从箱体上方平放在靶板支架弧形凹槽（见图9）上进行定位，可保证对靶板的准确定位。

前箱体23主要用来实现弹丸与弹托分离，保证弹丸飞行轨迹与速度不变。采用双通道激光测速仪发射的两束平行光对弹丸的发型速度进行测试。

四、如图10、12、13所示意，所述的过载试验靶板置换装置，包括两侧的支架38，支架38上方设有导轨组件36，导轨组件36上设有滚轮组件35，支架38下连接垫板39，垫板39两端通过调整螺栓41安装有万向轮40。用于起吊装卸过载试验靶板，其主要结构及特点包括：

支架38在左右各有一个，整个架体由槽钢焊接而成，底部焊有垫板39，支架下部两侧焊有支撑块用于安装支撑螺杆41，支架顶部的钢板表面平整，其上加工了螺栓过孔用于与导轨连接。结构牢固、承载能力强。共有四个支撑螺杆41安装于支架上并与万向轮40连接用来支撑空载的靶板置换装置，其支撑力强，使用方便。四个万向轮是用来移动整个靶板置换装置到预定位置，万向滚轮移动灵活、操作方便。

如图11所示意，导轨组件36由两长两短四根槽钢焊接成矩形支撑框架44，在条长槽钢U型口部分别焊接一条钢板使成为截面为矩形的钢管43以增强其强度，在支撑框架44上表面焊接两条截面为倒T型的导轨49，导轨49两端安装各一个短角钢37作为滚轮的纵向限位，在支撑框架44底部两头各焊一块钢板上面加工五个通孔用以与支架连接。在支撑框架44外侧钢板上用螺钉延长度方向各安装一条角钢42用来对滚轮组件进行侧向限位。组合起来成为一个双导轨框架式结构，框架中空部分为吊钩运动的空间，其强度高、承载能力强、会使滚轮在其上运动更为平稳。

如图14所示意，滚轮组件与导轨配套，滚轮组件结构为双轮48及中间的轮轴47，轮毂边缘为凹槽形用来与导轨配合，每个滚轮内部装有双列滚动轴承以增加承载能力，轮轴47的中部为扁圆形其中间设有用来安装吊钩的通孔45，两端安装平衡锤46，用于滚轮的侧向限位。整个滚轮组件用于实现吊装靶板的横向运动，其结构紧凑、灵活。

Claims (2)

1.一种气体炮过载试验检测装置，其特征在于：包括架体（4），在架体（4）上安装有过载试验空气炮发射装置（3）、装药过载试验弹（5）、过载试验空气炮发射装置（3）前端连接过载试验防护箱（1）、及过载试验靶板置换装置（2）；所述的过载试验空气炮发射装置包括气室（8）、炮身（6），气室（8）的出口连接在炮身（6）侧面，炮身（6）的尾端设有活动后盖（7）；并通过固定架（9）固定在架体上；固定架（9）为工字钢梁，上端设有两个半圆形固定套（10），固定套两边通过螺栓连接，固定架下端通过螺栓与支架连接；所述的装药过载试验弹结构包括弹体（17），弹体（17）内设有包裹炸药的装药组件（16），在弹体（17）的装药组件（16）部位的壳体上设有泄爆孔（18）、在装药组件（16）后设有隔爆板（15），隔爆板（15）后设有传感器（14），传感器（14）后为压紧装置，压紧装置包括夹紧套（13）、密封圈（12）以及固定在弹体后部的螺栓（11）；所述的过载试验防护箱包括底座（29）、上方的箱体，底座（29）上设有导轨（28）；箱体上方为箱体盖板，所述的箱体由前箱体（23）、中箱体（21）、后箱体（19）连接组成，前箱体（23）内依次设有炮口护板（26、27）、弹托挡板（25），前箱体一侧还设有测速孔（24）、中箱体（21）内设有安装靶板的插槽（22）和放置水泥靶的靶板支架（30），后箱体（19）内设有回收桶（20）；箱体下设有定位卡槽（31）和滚轮（32），底座（29）的末端设有限制机构（33），限制机构（33）与后箱体（19）连接。

2.根据权利要求1所述的气体炮过载试验检测装置，其特征在于：所述的过载试验靶板置换装置，包括两侧的支架（38），支架（38）上方设有导轨组件（36），导轨组件（36）上设有滚轮组件（35），支架（38）下连接垫板（39），垫板（39）两端通过调整螺栓（41）安装有万向轮（40）；导轨组件（36）由两长两短四根槽钢焊接成矩形支撑框架（44），在两条长槽钢U型口部分别焊接一条钢板使成为截面为矩形的钢管（43）以增强其强度，在支撑框架（44）上表面焊接两条截面为倒T型的导轨（49），导轨（49）两端安装各一个短角钢（37）作为滚轮的纵向限位，在支撑框架（44）外侧钢板上各安装一条角钢（42）用来对滚轮组件进行侧向限位；滚轮组件与导轨配套，滚轮组件结构为双轮（48）及中间的轮轴（47），轮毂边缘为凹槽形用来与导轨配合，轮轴（47）的中部为扁圆形其中间设有用来安装吊钩的通孔（45），两端安装平衡锤（46）。

Images