CN102435112B - 水下连续脉冲冲击波发生器 - Google Patents

Abstract

本发明属于爆炸应用技术领域，也涉及水下爆炸技术。所述水下连续脉冲冲击波发生器包括一个长金属体，在该长金属体表面上缠绕有螺旋线形的导爆索，或在长金属体的表面上先设有螺旋线形凹槽或凸起结构，再将导爆索沿凹槽或凸起的侧壁缠绕在长金属体的表面上；长金属体是实心件或空心管件；导爆索是内腔装有炸药的金属管，其装药线密度为1g/m~200g/m。本发明实现了在水下爆炸产生周期性冲击波。导爆索内的炸药具有较高的输出功率，所产生的连续脉冲冲击波可以达到较高的发射功率；本发明能够通过改变长金属体的外径和导爆索缠绕在长金属体上的螺距来得到不同频率的冲击波，使得所述连续脉冲冲击波发生器所含声波的频率十分丰富，并能够根据需要作不同设置。

Description

水下连续脉冲冲击波发生器

技术领域：

本发明属于爆炸应用技术领域，也涉及水下爆炸技术。

背景技术：

炸药在水下爆炸时会产生压力很高的冲击波，冲击波在水中的运动速度是当地声速与水介质速度之和。对于沿冲击波运动方向无分速度的水介质而言，冲击波在水中运动速度与当地声速相同(258C水中声速是1500m/s)。虽然冲击波在水中以当地声速运动，但爆炸产生的冲击波具有很高的压力，水作为不可压缩介质，冲击波在水中衰减很慢。因此，水中传播的冲击波具有压力高、衰减慢、以声速传播的特点。由于爆炸过程短暂，一般水下爆炸产生的冲击波不具有周期性特点。现有技术中，尚未发现有能够在水下产生周期性冲击波的爆炸装置。

发明内容：

本发明目的在于，提供一种能够实现在水下爆炸并产生连续脉冲冲击波的发生器。

本发明的技术方案如下：

本发明的水下连续脉冲冲击波发生器，其特征在于，它包括一个长金属体，在该长金属体表面上缠绕有螺旋线形的导爆索；所述长金属体是实心件或空心管件；所述导爆索是内腔装有炸药的金属管，其装药线密度为1g/m～200g/m。

在实际制造过程中，为安装方便，可以在长金属体的表面上先设有螺旋线形凹槽或凸起结构，再将导爆索沿凹槽或凸起的侧壁缠绕在长金属体的表面上。所述长金属体是圆柱形或圆台形，表面比较光滑，有利于保护导爆索缠绕时不被损坏。如果是棱柱形，例如四棱柱或五棱柱等，需在棱处加工圆弧，以免划伤导爆索。

当所述长金属体为圆柱形，所述螺旋线形是等距离的螺旋线，其所产生的脉冲冲击波时间步长T由以下关系式确定：

$T=\sqrt{{(\mathrm{\π}\·d)}^2+s^2}/D$

其中，d是所用长金属体的外径；s是导爆索缠绕的螺距；D是导爆索爆速，由导爆索装药种类和装药量决定，通常认为近似等于导爆索内所使用炸药的爆速，可在相关手册上查到，也可采用“探针法”对所用导爆索进行测量得到。

在实际制造过程中，为满足不同应用者的需要，例如，需要得到渐增或渐减的脉冲冲击波时间步长T，可以通过改变长金属体的外径或改变导爆索缠绕的螺距s来实现。

当所述长金属体为外径变化的圆台形，其所产生的脉冲冲击波时间步长T由以下关系式确定：

$T_n=\sqrt{{(\mathrm{\π}\·d_n)}^2+s^2}/D$

其中，T_n是第n圈导爆索时的时间步长，d_n是第n圈处长金属体的直径，s是导爆索缠绕的螺距，D是导爆索爆速。

当所述导爆索所缠绕的螺距s变化时，其所产生的脉冲冲击波时间步长T由以下关系式确定：

$T_n=\sqrt{{(\mathrm{\π}\·d)}^2+s_n^2}/D$

其中，T_n是第n圈导爆索时的时间步长，s_n是第n圈导爆索和第n-1圈导爆索的螺距(n≥1，s₀＝0)。

在所述的水下连续脉冲冲击波发生器中，所用导爆索的金属管材料是柔性性能较好的常用金属，如铝、铅、铜、锡、软钢等金属或低碳钢或不锈钢等合金；所装炸药为常用炸药，如黑索今(RDX)、泰安(PETN)、奥克托金(HMX)或梯恩梯(TNT)等炸药，或上述炸药中相容性较好的混合炸药，如梯黑炸药(50％TNT/50％RDX)等。

本发明使用导爆索缠绕在圆柱形或圆台形的长金属体上，实现了在水下爆炸产生周期性冲击波。实验证明：由于导爆索内的炸药具有较高的输出功率，因此所产生的连续脉冲冲击波可以达到较高的发射功率；同时，本发明还能够通过改变长金属体的外径和导爆索缠绕在长金属体上的螺距来得到不同频率的冲击波，使得所述连续脉冲冲击波发生器所含声波的频率十分丰富，并能够根据需要作不同设置。在实际应用中，水下连续脉冲冲击波在某些特殊领域能够替代声纳起到定位作用，也可用于结构探测、强度探测等领域。如对水下未知物体进行形状和物质组成的探测，在较高干扰环境中进行物体定位，对特定对象进行声波干扰等，因此，本发明的水下连续脉冲冲击波发生器将会有十分广阔的应用前景。

本发明的水下连续脉冲冲击波发生器，结构简单，制造方便，制造成本也比较低。

下面通过附图并结合实施例做进一步说明。

附图说明：

图1是使用表面有等距螺纹凸起的金属圆柱体缠绕导爆索制作的脉冲冲击波发生器的实施例图。

图2是使用图1实施例在水下进行爆炸过程中产生连续脉冲冲击波的波形示意图。

图3是使用表面有不等距螺纹凹槽的金属圆柱体上缠绕导爆索制作的脉冲冲击波发生器的实施例图。

图4是使用圆台形长金属体和导爆索制作的脉冲冲击波发生器的实施例图。

具体实施方式：

实施例1使用表面有等距螺纹凸起的长圆柱金属体和导爆索制作脉冲冲击波发生器

参见图1，所使用的长金属体1为实心圆柱体钢柱，外径d₁＝55mm，表面有凸起的螺旋状螺纹，螺距s＝16mm，螺纹高度3mm，螺纹凸起的宽度2mm，钢柱长度1m，螺纹共50圈。所使用的导爆索2的外径为2mm，内装炸药为RDX，装药线密度为2.7g/m，使用“探针法”测量其爆速D＝8100m/s。

将以上导爆索2沿长金属体1的螺纹凸起缠绕，缠绕时紧靠螺纹凸起一侧，与钢柱表面紧贴，共缠绕44圈，即得到脉冲冲击波发生器产品。

根据公式

计算得到该发生器所产生的脉冲冲击波时间步长T_c＝21.4μs(在计算中忽略不计测点到发生器距离对时间步长的影响)。

对上述的脉冲冲击波发生器进行实际水下爆炸试验：

将制作好的脉冲冲击波发生器竖直(即脉冲冲击波发生器的轴线垂直)放入水下爆炸容器中。该水下爆炸容器直径5米、高5米，内充满水。放置压力传感器的检测点与导爆索的起爆端位于同一水平面内。检测点与脉冲冲击波发生器轴线的距离为0.9m。起爆后压力传感器记录到的脉冲冲击波波形见图2。该图中的纵坐标表示产生的冲击波压力，横坐标表示时间。根据对图2波形图分析可知：实际过程中共产生44个脉冲冲击波。由此可知，实验得到的脉冲冲击波波峰数量与导爆索缠绕圈数相同。实验记录得到的脉冲冲击波波峰发生时刻和时间步长处理见表1.。从表1可以看出，实验记录得到的脉冲冲击波时间步长与用公式的计算结果基本吻合，第6-23个脉冲冲击波时间步长与计算结果基本一致，误差在1us范围内。随着发生时刻的推移，脉冲冲击波时间步长逐渐增大，参见表1中第24-43组数据。如果对43组相邻脉冲冲击波波峰时间间隔取平均值，可得到：T_e＝22.8μs，这与用公式的计算结果也吻合。

表1实验记录脉冲冲击波发生时刻和步长处理

实施例2使用表面有不等距螺纹凹槽的长金属体和导爆索制作脉冲冲击波发生器

所使用的长金属体3为空心钢柱，表面有不等距螺旋状螺纹凹槽。钢柱长度1m，外径d₁＝5mm，内孔直径20mm。螺纹凹槽共40圈，螺距

(即第一圈螺距16mm，最后一圈螺距32mm，n指第n圈螺纹)，螺纹槽深度3mm，宽度3mm。所使用的导爆索2内装炸药PETN，线密度为2.3g/m，使用“探针法”测量其爆速D＝8530m/s＝8530×1000/10⁶mm/us。将导爆索2沿长金属体3的螺纹槽缠绕，缠绕时紧靠一侧，与钢柱表面贴紧。共40圈，得到如图3的脉冲冲击波发生器。

该冲击波发生器产生的脉冲时间步长计算公式是：

$T_n={10}^6\×\sqrt{{(\mathrm{\π}\×55)}^2+{(16+(n-1)\×\frac{16}{39})}^2}/(1000\×8530)\left(\mathrm{us}\right)$

其中：n指导爆索缠绕的第n圈螺纹(n＝1-40)。

实施例3使用圆台形长金属体和导爆索制作脉冲冲击波发生器

所使用的长金属体3为圆台，材料是实心钢柱。圆台上底半径r₁＝30mm，下底半径r₂＝100mm，高度h＝1000mm。表面螺旋状螺纹螺距s＝100mm，螺纹共11圈，螺纹高度20mm，宽度15mm。所使用的导爆索2内装炸药HMX，线密度为180g/m，使用“探针法”测量其爆速D＝8900m/s。制作脉冲冲击波发生器时，将导爆索2沿长金属体3的螺纹缠绕，缠绕时紧靠螺纹一侧，与钢柱表面贴紧。共缠绕11圈，见图4。

该冲击波发生器第n圈导爆索的脉冲时间步长计算公式是：

$T_n=\sqrt{{(\mathrm{\π}\·d_n)}^2+s^2}/D$

其中：T_n是第n圈导爆索的时间步长，d_n是第n圈处长金属体的直径，s是导爆索的螺距。

Claims (2)

1.一种水下连续脉冲冲击波发生器，它包括一个长金属体，在该长金属体表面上缠绕有螺旋线形的导爆索；所述长金属体是实心件或空心管件；所述导爆索是内腔装有炸药的金属管，其装药线密度为1g/m～200g/m；其特征在于，当所述长金属体为圆柱形，所述螺旋线形是等距离的螺旋线，其所产生的脉冲冲击波时间步长T由以下关系式确定：

$T=\sqrt{{(\mathrm{\π}\·d)}^2+s^2}/D,$

其中，d是所用长金属体的外径；s是导爆索缠绕的螺距；D是导爆索爆速；当所述长金属体是外径变化的圆台形，其所产生的脉冲冲击波时间步长T由以下关系式确定：

$T_n=\sqrt{{(\mathrm{\π}\·d_n)}^2+s^2}/D,$

其中，T_n是第n圈导爆索的时间步长，d_n是第n圈处长金属体的直径，s是导爆索缠绕的螺距，D是导爆索爆速；当所述导爆索所缠绕的螺距s发生变化时，其所产生的脉冲冲击波时间步长T由以下关系式确定：

$T_n=\sqrt{{(\mathrm{\π}\·d)}^2+s_n^2}/D$

其中，T_n是第n圈导爆索的时间步长，s_n是第n圈导爆索和第n-1圈导爆索的螺距。

2.如权利要求1所述的水下连续脉冲冲击波发生器，其特征在于，所述长金属体的表面上设有螺旋线形凹槽或凸起结构，导爆索沿凹槽或凸起的侧壁缠绕在长金属体的表面上。

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