CN102865991B - 电爆炸加载驱动装置 - Google Patents
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Abstract
一种电爆炸加载驱动装置，包括炮筒(7)、紧贴于炮筒(7)底部的绝缘薄片(5)、紧贴于绝缘薄片(5)下表面的金属桥箔(4)，金属桥箔(4)两端接有电传输线(3)，其特征在于：在炮筒(7)中装有高密度弹体(6)，且高密度弹体(6)粘接在绝缘薄片(5)上表面。本发明保留了电爆炸加载操作简单、时间漂移小等特性，还具备了加载高密度弹体结构完整、飞行姿态平稳不旋转、中低速范围内速度稳定可控等优点，适用于时间同步要求较高、速度要求不高的小型撞击试验。
Description
技术领域
本发明属于动态加载技术领域，具体涉及一种金属桥箔电爆炸驱动弹体的电爆炸加载驱动装置。
背景技术
20世纪60年代发明的飞片电爆炸加载技术(电炮)，在各种冲击波物理与爆轰物理试验中得到了广泛的应用。飞片电爆炸加载装置，由能源系统和桥箔-飞片组件两部分组成。能源系统包括储能电容、充电回路和主放电回路及其控制系统，其主要作用是向金属桥箔提供其电爆炸所需的能量。桥箔-飞片组合件包括金属桥箔、塑料薄片和有机玻璃炮筒，其主要作用是电爆炸产生高温高压金属气体，推动由炮筒切割绝缘塑料薄片形成的飞片，通过炮筒导引加速，最终实现较高速度的加载。飞片电爆炸加载技术操作简单，时间同步性好，对飞片的加载速度最高可达几十千米每秒。该技术的局限性在于，加载的飞片较薄，加载的最低速度也只能到千米每秒的水平，无法满足某些中低速小型撞击试验的要求。为降低电爆炸加载的速度，必须提高加载对象的质量。但是，若依靠增加塑料薄片的厚度的方式，会存在有机玻璃炮筒切割飞片困难的问题；若将塑料薄片直接更换为密度更高的金属弹体，又会存在高压放电造成金属弹体局部烧蚀的问题。
发明内容
本发明的目的是，为了将现有的电爆炸加载速度拓展到中低速加载范围，本发明提出了一种高密度弹体电爆炸加载技术，该技术可在小于10μs时间漂移下，实现100～1000m/s速度范围内高密度弹体的加载，从而设计了一种新型的电爆炸加载驱动装置。
本发明解决加载问题的基本思路是：组建储能达几十千焦的能源系统，设计尺寸匹配的金属桥箔元件和高密度弹体，加工用于高密度弹体加速导引的炮筒，在金属桥箔与高密度弹体间粘接绝缘薄片，完成加载各组件的紧密装配，利用金属电爆炸在较短时间内形成的高压气体，通过炮筒切割塑料薄片，形成高密度弹体的绝缘保护层和闭气垫片(等同于飞片)，实现高密度弹体100～1000m/s的中低速加载。
本发明解决加载问题的具体技术方案是：一种电爆炸加载驱动装置，包括炮筒、紧贴于炮筒底部的绝缘薄片、紧贴于绝缘薄片下表面的金属桥箔，金属桥箔两端接有电传输线，其特征在于：在炮筒中装有高密度弹体，且高密度弹体粘接在绝缘薄片上表面。
本发明中，炮筒常为有机玻璃炮筒，绝缘薄片常为电绝缘塑料薄片，高密度弹体常为金属弹体。
本发明的有益效果是，设计合理的金属桥箔、高密度弹体和绝缘薄片，利用电爆炸快速释放的能量，实现对高密度弹体中低速范围的加载，克服了绝缘薄片增厚造成的飞片切割困难和高压放电造成的弹体局部烧蚀等问题。本发明保留了电爆炸加载操作简单、时间漂移小等特性，还具备了加载高密度弹体结构完整、飞行姿态平稳不旋转、中低速范围内速度稳定可控等优点，适用于时间同步要求较高、速度要求不高的小型撞击试验。
附图说明
图1是本发明的能源系统示意图。
图2是本发明的加载装置示意图。
图3是本发明的加载金属弹体实验测得的时间速度信号关系图。
图中：1.储能器(电容器)，2.高压开关，3.电传输线，4.金属桥箔，5.绝缘薄片，6.高密度弹体，7.炮筒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1和图2，一种电爆炸加载驱动装置，包括炮筒7、紧贴于炮筒7底部的绝缘薄片5、紧贴于绝缘薄片5下表面的金属桥箔4，金属桥箔4两端接有电传输线3，其特征在于：在炮筒7中装有高密度弹体6，且高密度弹体6粘接在绝缘薄片5上表面。其中：
图1是本发明的系统布局图，本发明利用电容器1储存的能量，一般为几十千焦，经串联回路放电，通过金属桥箔4电爆炸驱动金属弹体6，将电容器1的电能转化为金属弹体6的动能。该系统的时间同步性好，一般小于10μs。图1中，储能的电容器1、高压开关2、电传输线3和金属桥箔4依次串接，金属桥箔4中颈缩方形桥区为工作区，方形桥区的宽度一般在10～20mm之间，厚度一般为50μm，非颈缩的桥墩两端与电传输线3可靠电接触，金属桥箔4附着在一块绝缘基板上，其中储能电容器1先充电到预定电压，电压一般为10kV，高压开关2闭合后储能电容器1快速放电使金属桥箔4电爆炸。
在图2中，金属桥箔4上电绝缘粘接塑料薄片5，电绝缘塑料薄片5上粘接金属弹体6并与有机玻璃炮筒7配合，金属弹体6的质量一般为1g左右，金属弹体6的外径略小于有机玻璃炮筒7内径，确保粘接牢固，其中金属桥箔4电爆炸产生的高压金属气体，通过有机玻璃炮筒7切割塑料薄片5，形成金属弹体6的绝缘保护层和闭气垫片(等同于飞片)，金属弹体6和切割后的塑料薄片5，经过有机玻璃炮筒7的导引，完成一定速度的加载。
图3给出了激光干涉速度仪测量得到的加载速度随时间变化的曲线，加载整个过程时间一般不超过10μs，保证了撞击试验中对加载时间同步性的控制。具体的金属弹体6的加载过程为：在高压开关2闭合下电容器1开始放电，约2μs后金属桥箔4发生电爆炸，电爆炸前金属弹体速度为零；电爆炸后，金属桥箔4转变为高压的等离子体推动等同于飞片的金属弹体6，金属弹体6经过4μs快速加载后，速度趋于平稳，一般的峰值速度约为300m/s。
Claims (1)
1.一种电爆炸加载驱动装置，包括炮筒(7)、紧贴于炮筒(7)底部的绝缘薄片(5)、紧贴于绝缘薄片(5)下表面的金属桥箔(4)，金属桥箔(4)两端接有电传输线(3)，其特征在于：在炮筒(7)中装有金属弹体(6)，且金属弹体(6)粘接在绝缘薄片(5)上表面。
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