CN102221306A - 一种平面金属飞片超高速加载系统 - Google Patents

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文尚刚
孙承纬
赵锋
曾代朋
王建
王翔
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Abstract

本发明公开了一种平面金属飞片超高速加载系统，所述加载系统包括弹丸加载装置和驱动装置两部分。所述弹丸加载装置中弹托的前端与一级飞片固定连接；所述炸药驱动装置中，固定支架的中心通孔中依次固定设置有圆片状的高能炸药、二级飞片和加速腔；高能炸药通过垫片固定设置在固定支架的中心通孔中，在高能炸药与二级飞片之间还固定设置有缓冲片。本发明的平面金属飞片超高速加载系统能够实现克级宏观金属飞片的超高速发射，最高速度可以超过8km/s，且在一定的加速距离内飞片具有较好的平面性。

Description

一种平面金属飞片超高速加载系统
技术领域
本发明属于超高速加载装置技术领域，具体涉及一种平面金属飞片超高速加载系统，尤其适用于加载质量在克级、速度超过8 km/s的宏观金属飞片。
背景技术
为了研究压力在几百万大气压的超高压加载下材料动态力学性质和碰撞速度大于8 km/s的超高速碰撞等问题，人们发展了多种高动压加载技术，通过各种加速装置获得超高速的飞片或弹丸，由它们与靶目标材料的碰撞实现超高压的条件和超高速碰撞的过程。其中多级炸药爆轰驱动技术、与二级轻气炮结合的梯度飞片技术、激光驱动的宏观飞片技术及脉冲功率装置短路的强冲击电流产生磁压驱动宏观飞片技术，都可以将亚克级飞片加速到超过10 km/s的速度。但以炸药化爆形式提供能量的多级炸药爆轰驱动技术由于使用炸药量太大对试验防护及测试影响较大，其它装置加速的飞片或弹丸质量一般很小，而且实验加载装置造价昂贵，体积庞大，运行费用高，在使用上也存在诸多限制。
发明内容
为了克服现有技术中多级炸药强爆轰驱动技术使用炸药量太大带来测试及防护问题以及使用气体炮发射飞片或弹丸速度难以提高的不足，本发明提供一种平面金属飞片超高速加载系统。本发明的平面金属飞片超高速加载系统可以实现克级宏观平面金属飞片的超高速发射，最高速度可以超过8 km/s，且在一定的加速距离内飞片具有较好的平面性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种平面金属飞片超高速加载系统，其特点是，所述的加载系统含有弹丸加载装置和炸药驱动装置，其中，弹丸加载装置包括弹托和一级飞片，炸药驱动装置包括高能炸药、缓冲片、二级飞片、垫片、固定支架和加速腔；固定支架中设置有中心通孔，在中心通孔中依次固定设置有圆片状的高能炸药、二级飞片和加速腔；所述的弹托的尾部为一个锥形裙体，弹托的前端与一级飞片固定连接；在所述固定支架的中心通孔前端设置有与固定支架固定连接的环状的垫片，高能炸药通过垫片固定设置在固定支架的中心通孔中，在高能炸药与二级飞片之间还固定设置有缓冲片。所述的一级飞片、高能炸药、缓冲片、二级飞片相互平行设置，平行度小于0.02 mm。所述的高能炸药的厚度为3 mm～5 mm。所述的缓冲片的厚度小于0.5 mm。所述的加速腔的内径与二级飞片的外径相匹配。所述的弹托尾部锥形裙体边缘外径与二级轻气炮的发射管内径相匹配。弹丸加载装置由弹托和一级飞片组成，它是由二级轻气炮直接发射，以获得一定速度的一级飞片。炸药驱动装置用来加速二级飞片。当二级轻气炮发射速度为6 km/s～7 km/s的一级飞片高速撞击几毫米厚的高能炸药时，会在高能炸药中发生强爆轰，在一级飞片及炸药强爆轰产物的共同作用下，重量为克级的二级飞片将被加速到速度超过8 km/s的超高速。
本发明的平面金属飞片超高速加载系统可以实现克级宏观金属飞片的超高速发射，最高速度可以超过8 km/s，且在一定的加速距离内飞片具有较好的平面性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的曲线效果图。
图3是本发明的速度曲线效果图。
图中，1.弹托    2.一级飞片     3.高能炸药     4.缓冲片     5.二级飞片     6.垫片     7.固定支架     8. 加速腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图，图1中，本发明的一种平面金属飞片超高速加载系统，其特点是，所述的加载系统含有弹丸加载装置和炸药驱动装置，其中，弹丸加载装置包括弹托1和一级飞片2，炸药驱动装置包括高能炸药3、缓冲片4、二级飞片5、垫片6、固定支架7和加速腔8；固定支架7中设置有中心通孔，在中心通孔中依次固定设置有圆片状的高能炸药3、二级飞片5和加速腔8；所述的弹托1的尾部为一个锥形裙体，弹托1的前端与一级飞片2固定连接；在所述固定支架7的中心通孔前端设置有与固定支架7固定连接的环状的垫片6，高能炸药3通过垫片6固定设置在固定支架7的中心通孔中，在高能炸药3与二级飞片5之间还固定设置有缓冲片4。所述的一级飞片2、高能炸药3、缓冲片4、二级飞片5相互平行设置，平行度小于0.02 mm。所述的加速腔8的内径与二级飞片5的外径相匹配。所述的弹托1尾部锥形裙体边缘外径与二级轻气炮的发射管内径相匹配。
本发明中，弹托1和一级飞片2组成的弹丸直接由二级轻气炮发射至6 km/s～7 km/s，在一级飞片2的高速撞击作用下，高能炸药3发生强爆轰，在炸药强爆轰产物及一级飞片2的活塞作用下，在炸药内形成了一个远高于高能炸药3的爆轰压力的压力平台，在这种压力平台的作用下，二级飞片5在加速腔8内被逐步加速至超高速度。
本发明的平面金属飞片超高速加载系统中，弹托1由耐高温的聚碳酸酯或高压聚乙烯材料加工而成，用来密封弹托后端的高压驱动气体及固定一级飞片2，其尾部是一个锥形裙体，裙体边缘外径要略大于发射管的内径；一级飞片2由重金属材料钨加工而成，是高能炸药3形成强爆轰的撞击体及压缩爆轰产物的活塞体，厚度为2.5 mm，其被加载的最终速度一定要大于高能炸药3的粒子速度才能在炸药中形成强爆轰；高能炸药3是进一步驱动二级飞片5的能源提供者，高能炸药3采用奥克托金为基的高能炸药，其最佳厚度由一级飞片2的材料、厚度及高能炸药3的材料、二级飞片5的材料与厚度决定，本实施例中，高能炸药3的厚度为3 mm，过厚则有可能使炸药中形成的强爆轰衰减至正常爆轰，反而降低了高能炸药驱动装置的能量利用率，使二级飞片5的速度难以提高；缓冲片4的作用是将入射到二级飞片的压力峰值适当降低，防止过高的冲击波压力使二级飞片5受到破坏，其材料采用有机玻璃，厚度为0.3 mm；二级飞片5的材料根据实验要求选用，为了达到高速度的目的，采用声阻抗较小的铝材料，并且厚度应尽可能的小。垫片6主要是起固定高能炸药3及增强约束作用，可以防止爆轰产物的飞散，提高能量的利用率，其材料采用钢或铜；固定支架7的作用是固定驱动装置，其材料采用铝或钢；加速腔8的作用是限制爆轰产物向外飞散，并为二级飞片5提供加速空间，加速腔8内径与二级飞片的外径相匹配，两者之差小于0.02 mm。为了达到高碰撞压力的目的，二级飞片5可选用声阻抗较大的材料，如钨或钽等。
图2是采用本发明的系统获得的爆轰压力的压力平台曲线效果图。图3是采用本发明的系统及DPS多普勒探针测速获得的二级飞片速度曲线效果图。通过图2和图3中的爆轰压力的压力平台曲线和二级飞片速度曲线表明，本发明的平面金属飞片超高速加载系统可以实现克级宏观金属飞片的超高速发射，最高速度可以超过8 km/s，在一定的加速距离内飞片具有较好的平面性。本发明能够用于研究压力在几百万大气压的超高压加载下材料动态力学性质和碰撞速度大于8 km/s的超高速碰撞问题研究。

Claims (6)

1.一种平面金属飞片超高速加载系统，其特征在于：所述的加载系统含有弹丸加载装置和炸药驱动装置，其中，弹丸加载装置包括弹托（1）和一级飞片（2），炸药驱动装置包括高能炸药（3）、缓冲片（4）、二级飞片（5）、垫片（6）、固定支架（7）和加速腔（8）；固定支架（7）中设置有中心通孔，在中心通孔中依次固定设置有圆片状的高能炸药（3）、二级飞片（5）和加速腔（8）；所述的弹托（1）的尾部为一个锥形裙体，弹托（1）的前端与一级飞片（2）固定连接；在所述固定支架（7）的中心通孔前端设置有与固定支架（7）固定连接的环状的垫片（6），高能炸药（3）通过垫片（6）固定设置在固定支架（7）的中心通孔中，在高能炸药（3）与二级飞片（5）之间还固定设置有缓冲片（4）。
2.根据权利要求1所述的平面金属飞片超高速加载系统，其特征在于：所述的一级飞片（2）、高能炸药（3）、缓冲片（4）、二级飞片（5）相互平行设置，平行度小于0.02 mm。
3.根据权利要求1所述的平面金属飞片超高速加载系统，其特征在于：所述的高能炸药（3）的厚度为3 mm～5 mm。
4.根据权利要求1所述的平面金属飞片超高速加载系统，其特征在于：所述的缓冲片（4）的厚度小于0.5 mm。
5.根据权利要求1所述的平面金属飞片超高速加载系统，其特征在于：所述的加速腔（8）的内径与二级飞片（5）的外径相匹配。
6.根据权利要求1所述的平面金属飞片超高速加载系统，其特征在于：所述的弹托（1）尾部锥形裙体边缘外径与二级轻气炮的发射管内径相匹配。
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