CN103868803B - 用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器，提出的用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器包括有驱动管（4）、适配器（5）、缓冲复进机（1）、滚轮支座（3）和缓冲复进机支架（2）；驱动管（4）为前端开口、后端封闭的空腔结构；驱动管（4）的后部支撑在滚轮支座（3）上；适配器（5）套置在驱动管（4）的前部；缓冲复进机（1）固定在缓冲复进机支架（2）上；缓冲复进机支架（2）与滚轮支座（3）固定在钢筋混凝土基座上。本发明具有爆炸当量大、缓冲能力强、复位精度高、密封减震效果好、可重复使用等特点，对爆炸冲击波特性、工程结构和武器装备抗爆性能等研究具有及其重要的意义。

Description

用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器

技术领域

本发明涉及一种用于产生爆炸冲击波的驱动器，尤其是涉及一种用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器。

背景技术

随着大威力常规武器弹药的迅猛发展和核武器小型化及使用门槛的降低，防护工程面临前所未有的现实威胁，一系列关键技术问题亟待解决。大型爆炸波模拟装置的研发对提升防护工程和武器装备抗爆炸毁伤能力有着极为重要的意义。爆炸驱动器作为产生爆炸波的设备是爆炸波模拟装置的关键部件，因此爆炸驱动器的设计和研究也是整个大型爆炸波模拟装置研发过程中的重中之重。

上世纪90年代前后相继兴建的大型爆炸波模拟器，几乎无一例外的都是利用膜片将高压段与低压段分隔，当膜片破裂或破碎时，高压气体的膨胀就产生了气体的不定常运动。膜片式激波管驱动能源主要有压缩气体和火药两种，其优点是技术成熟，可控性强。但因为冲击波作用时间偏长，故不能很好地模拟常规武器爆炸波环境，而爆炸驱动器能很好的满足这一领域研究的需求。

发明内容：

本发明的目的是一种用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器，是一种可直接承受炸药非耦合爆炸的驱动器，具有在驱动管内使用高爆炸药和燃料空气炸药作为驱动能源的优势，以及爆炸当量大、缓冲能力强、复位精度高、密封减震效果好、可重复使用的特点，对爆炸冲击波特性、工程结构和武器装备抗爆性能等研究具有非常重要的意义。

为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器，所述的爆炸驱动器包括有驱动管、适配器、缓冲复进机、滚轮支座和缓冲复进机支架；所述的驱动管为前端开口、后端封闭的空腔结构；所述驱动管的空腔内放置柱状炸药；所述驱动管的后部位于滚轮支座上，并能够在滚轮支座上运动；所述的适配器套置在驱动管的前部，且所述适配器的轴线与驱动管的轴线重合；所述的驱动管为能够在滚轮支座的配合下、在适配器内沿轴线方向自由滑动且径向被限位的结构；所述的适配器固定在钢板钢筋混凝土复合结构中；所述的缓冲复进机通过前压盖和后压盖固定在缓冲复进机支架上，且所述缓冲复进机的轴线与所述适配器的轴线、驱动管的轴线重合；所述缓冲复进机的活塞杆通过缓冲垫与驱动管封闭端接触；所述的缓冲复进机支架与滚轮支座通过底座钢板固定于钢筋混凝土基座上。

所述驱动管的材质为PCrNi3MoV，比例极限大于等于1100MPa，驱动管的开口端位于大型爆炸波模拟装置的高压段内，封闭端与缓冲复进机的活塞杆接触；所述的驱动管外径680mm，内径340mm，全长2490mm；运行时将柱状炸药居中置放于驱动管内，由非电起爆系统引爆，产生的爆炸冲击波经大型爆炸波模拟装置的高压段下行，在大型爆炸波模拟装置的实验段完成对靶标的加载，当环境条件完全恢复时，实验结束，爆炸产生的后坐力通过缓冲复进机消除。

所述的适配器包括有作为适配器主体的密封体；所述的密封体为套筒式结构；所述的密封体套置在驱动管上，并固定在扶壁式反力墙中，构成所述的驱动管在密封体内轴向运动而径向被限位的结构；所述密封体的内壁面上具有凹槽；在密封体内壁面所述凹槽与驱动管之间设置有定位套；所述的定位套为环形结构，用于对驱动管进行轴向支撑、定位与减震；所述密封体的两端分别固定有前端盖、后端盖；所述的后端盖包括有后端盖法兰和用以在驱动管复位时进行定位的定位机构；所述的定位机构为安装在后端盖法兰内的多组，每组所述的定位机构包括有顶丝和万向珠；所述的万向珠用以在驱动管复位时的进行定位，所述的顶丝为用以固定万向珠；所述的前端盖、密封体、驱动管以及后端盖之间通过密封垫、减震垫形成对驱动管的隔震、减震、密封。

所述的滚轮支座主要由多对内装轴承的滚轮和滚轮支架组成，若干个滚轮两两相对、成“V”字型对称排列，滚轮法线与铅垂线呈35°角；相邻两个滚轮之间距离为85mm，滚轮支架连接于底座钢板上，底座钢板通过地脚螺栓固定于钢筋混凝土基座上；所述滚轮支座支撑驱动管，并保障其高精度、低摩擦轴向运动。

所述的缓冲复进机包括有外筒、油缸、油腔活塞、气腔活塞、活塞杆、气缸和中心杆；所述的外筒套置在油缸的外部，且所述的外筒与油缸之间具有间隙；所述的油缸安装在驱动管的正后方，并与所述的驱动管同轴设置；所述的气缸位于所述的活塞杆内，并与油缸同轴设置；所述的油缸为油气混合缸，缸内充满油气混合体；所述的油缸缸体上具有用以使缸体内的油气混合物高速喷出的限流缝和用以使液体回流至缸体内的溢流孔；所述的限流缝与溢流孔均与外筒相连通；所述的活塞杆为空心管状结构，并作为气缸的缸体；活塞杆的一端与所述的油腔活塞固联，活塞杆的另一端伸出油缸缸体并通过缓冲垫与驱动管的封闭端接触；所述的中心杆为空心管状结构，中心杆的一端与气腔活塞连接，另一端固定在后盖上，并通过设置在后盖外的充气接头和截止阀预先向气缸内充入压缩空气；当缓冲复进机受到来自驱动管的后座冲击时，所述的油腔活塞随活塞杆在充满油气混合物的油缸内相对中心杆轴向移动，挤压油气混合物从油缸缸体上的限流缝中高速喷出，将驱动管的后座动能转化为油气动能和热能，进入外筒的液体再从溢流孔中回流至缸体内；与此同时，气腔活塞在气缸腔内相对活塞杆轴向移动并压缩气缸内的高压气体，当驱动管停止后座时，活塞杆在气缸中高压气体的作用下推动驱动管复位；所述的缓冲复进机后座与复进时间为600ms，油压峰值为2.0Mpa，气缸常压为3.0Mpa，后座行程为500mm。

所述的缓冲复进机支架为固定、支撑缓冲复进机的结构，所述的缓冲复进机支架由缓冲复进机支架体、前压盖和后压盖组成，通过前压盖和后压盖将缓冲复进机固定。

本发明提出的一种用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器，是一种可直接承受炸药非耦合爆炸的驱动器，能够比较真实地模拟大当量常规武器爆炸冲击波环境，与传统的激波管相比，具有在驱动管内使用高爆炸药和燃料空气炸药作为驱动能源的优势，以及爆炸当量大、缓冲能力强、复位精度高、密封减震效果好、可重复使用等特点，对爆炸冲击波特性、工程结构和武器装备抗爆性能等研究具有非常重要的意义。

附图说明

图1是本发明的系统组成示意图。

图2是本发明中驱动管结构示意图。

图3是本发明中适配器结构示意图。

图4是本发明中缓冲复进机结构示意图。

图4a是图4中A部分的放大图。

图4b是图4中B部分的放大图。

图5是本发明中滚轮支座结构示意图。

图6是本发明中缓冲复进机支架结构示意图。

图7是本发明中底座钢板的结构示意图。

图中：1、缓冲复进机，2、缓冲复进机支架，3、滚轮支座，4、驱动管，5、适配器，10、缓冲垫、11、顶头，12、密封圈，13、气缸，14、活塞杆，15、游标，16、内六角螺栓，17、C形防尘圈，18、导向环，19、前套，20、油封Ⅰ，21、六角头螺栓Ⅰ，22、外筒法兰，23、外筒小法兰，24、O型密封圈Ⅰ，25、油缸，26、油缸导向带，27、活塞环，28、活塞座，29、密封座，30、内六角圆柱螺钉Ⅰ，31、油塞Ⅰ，32、外筒，33、油塞Ⅱ，34、内六角圆柱螺钉Ⅱ，35、油缸小法兰，36、O型密封圈Ⅱ，37、后盖，38、内六角圆柱螺钉Ⅲ，39、小后盖，40、O型密封圈Ⅲ，41、O型密封圈Ⅳ，42、中心杆，43、油封Ⅱ，44、密封座内导向带，45、O形密封圈Ⅴ，46、挡圈，47、气密封U形密封圈，48、四氟缓冲垫，49、导向活塞导向带，50、导向活塞，51、充气接头，52、截止阀，54、溢流孔，60、六角头螺栓Ⅱ，61、前压盖，62、后压盖，63、缓冲复进机支架体，64、底座钢板，65、六角头螺栓Ⅲ，70、轴承，71、斜板，72、六角头螺栓Ⅳ，73、连接螺栓，74、滚轮，75、轮轴，76、长方钢管，77、滚轮支架，78、滚轮架，80、万向珠，81、后端盖法兰，82、后端盖，83、后端盖密封减震垫，84、密封体，85、定位套密封垫，86、弹性垫，87、定位套，88、前端盖密封减震垫，89、前端盖，90、内六角圆柱头螺钉，100、地脚螺栓。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器，所述的爆炸驱动器包括有驱动管4、适配器5、缓冲复进机1、滚轮支座3和缓冲复进机支架2；结合图2，所述的驱动管4为前端开口、后端封闭的空腔结构；所述驱动管4的空腔内放置柱状炸药；所述驱动管4的后部位于滚轮支座3上，并能够在滚轮支座3上运动；所述的适配器5套置在驱动管4的前部，且所述适配器5的轴线与驱动管4的轴线重合；所述的驱动管4为能够在滚轮支座3的配合下、在适配器5内沿轴线方向自由滑动且径向被限位的结构；所述的适配器5固定在钢板钢筋混凝土复合结构中；结合图6，所述的缓冲复进机1通过前压盖61和后压盖62固定在缓冲复进机支架2上，且所述缓冲复进机1的轴线与所述适配器5轴线、驱动管4的轴线重合；缓冲复进机1的活塞杆14通过缓冲垫10与驱动管4封闭端接触；所述的缓冲复进机支架2与滚轮支座3通过底座钢板64固定于钢筋混凝土基座上。

所述驱动管4的材质为PCrNi3MoV，比例极限大于等于1100MPa，驱动管的开口端位于大型爆炸波模拟装置的高压段内，封闭端与缓冲复进机的活塞杆接触；所述的驱动管外径680mm，内径340mm，全长2490mm；运行时将柱状炸药居中置放于驱动管4内，由非电起爆系统引爆，产生的爆炸冲击波经大型爆炸波模拟装置的高压段下行，在大型爆炸波模拟装置的实验段完成对靶标的加载，当环境条件完全恢复时，实验结束，爆炸产生的后坐力通过缓冲复进机消除。

如图3所示，所述的适配器包括有作为适配器主体的密封体84；所述的密封体84为套筒式结构；所述的密封体84套置在驱动管4上，并固定在扶壁式反力墙中，构成所述的驱动管4在密封体内轴向运动而径向被限位的结构；所述的密封体84由铸钢件精密加工而成，所述密封体84的内壁面上具有凹槽；所述密封体外壁面的中部具有用以与扶壁式反力墙连接的凹槽；在密封体内壁面所述凹槽与驱动管4之间设置有定位套87；所述的定位套87为由三段拼装而成环形结构，每段为中心角为120°的圆弧，其中1段为紫铜件定位套，2段为钢件定位套，安装在密封体的凹槽内；所述的紫铜件定位套位于下方，与驱动管紧密接触，以保障驱动管在重力作用下不易磨损；所述的定位套87内壁面上有4圈凹槽，用于对驱动管进行轴向支撑、定位与减震；所述密封体84的两端分别固定有前端盖89、后端盖82；所述的前端盖89为固定密封体和定位套的刚性法兰结构。所述的后端盖89由后端盖法兰81和用以在驱动管复位时进行定位的定位机构组成；所述的定位机构为安装在后端盖法兰内的多组顶丝和万向珠；所述的万向珠80用以在驱动管复位时进行定位，所述的顶丝用以固定万向珠80；所述的前端盖89与密封体84之间设置有前端盖密封减震垫88；所述的前端盖89与驱动管4之间设置有前端盖密封垫；所述的后端盖82与密封体84之间设置有后端盖密封减震垫83；所述定位套87与密封体84之间设置有定位套密封垫85与弹性垫86；所述的定位套87、前端盖密封减震垫88、前端盖密封垫、后端盖密封减震垫83、定位套密封垫85与弹性垫86共同形成对驱动管的隔震、减震、密封。

如图4、图4a、图4b所示，所述的缓冲复进机包括有外筒32、油缸25、油腔活塞、气腔活塞、活塞杆14、气缸13和中心杆42；所述的外筒32套置在油缸25的外部，且所述的外筒31与油缸25之间具有间隙；所述的油缸25安装在驱动管的正后方，并与所述的驱动管同轴设置；所述的气缸13位于所述的活塞杆内，并与油缸25同轴设置；所述的油缸25为油气混合缸，缸内充满油气混合体；所述的油缸缸体上具有用以使缸体内的油气混合物高速喷出的限流缝和用以使液体回流至缸体内的溢流孔；所述的限流缝与溢流孔均与外筒1相连通；所述的限流缝共有8段，油缸2两侧各4段；所述油缸的前端由油封Ⅰ20、前套19、导向环18和C形防尘圈17密封；导向环18通过内六角螺栓16固定在前套19上；所述油缸的后端由后盖37、小后盖39、油缸小法兰35、O型密封圈Ⅱ36，O型密封圈Ⅲ40和O型密封圈Ⅳ41密封，小后盖39和油缸小法兰35分别通过内六角圆柱螺钉Ⅲ38和内六角圆柱螺钉Ⅲ34固定在后盖37上；所述的油缸25上装有油塞Ⅱ33；所述的活塞杆14为采用厚壁无缝钢管制作的空心管状结构，兼做气缸13的缸体，并通过中心杆42向内充添压缩空气；活塞杆14的一端与所述的油腔活塞固联，活塞杆3的另一端伸出油缸缸体并在活塞杆14的端头固定连接顶头11，顶头11的外侧为缓冲垫10，活塞杆14可以通过缓冲垫10与驱动管封闭端接触，顶头11的内侧与活塞杆14之间嵌入密封圈12；所述的活塞杆14上装有游标15，可以测量活塞杆14在运行过程中的位移；所述的油腔活塞由油缸导向带26、活塞环27、活塞座28、密封座29、油封Ⅱ43、密封座内导向带44、O形密封圈Ⅴ45、挡圈46和气密封U形密封圈47组成，可随活塞杆14在油缸25腔内运动，密封座29通过内六角圆柱螺钉Ⅰ30固定在活塞杆14的一端；所述的气腔活塞由四氟缓冲垫48、导向活塞导向带49、导向活塞50组成，可在气缸13腔内相对活塞杆14轴向移动；所述的中心杆42为空心管状结构，中心杆42的一端与气腔活塞连接，另一端固定在后盖37上，并与通过设置在后盖外的充气接头51和截止阀预52先向气缸内充入压缩空气；当缓冲复进机受到来自驱动管的后座冲击时，所述的油腔活塞随活塞杆在充满油气混合物的油缸内相对中心杆轴向移动，挤压油气混合物从油缸缸体上的限流缝中高速喷出，将驱动管的后座动能转化为油气动能和热能，进入外筒的液体再从溢流孔中回流至缸体内；与此同时，气腔活塞在气缸腔内相对活塞杆轴向移动并压缩气缸内的高压气体，当驱动管停止后座时，活塞杆在气缸中高压气体的作用下推动驱动管复位。

所述的外筒顶部和底部分别安装有一个油塞Ⅰ31，用于向油缸内注液和放液。

所述的后座与复进时间为600ms，油压峰值为2.0Mpa，气缸常压为3.0Mpa，后座行程为500mm。

所述的滚轮支座3如图5所示，主要由15对滚轮74和2组滚轮支架77组成，30个滚轮74两两相对、成“V”字型对称排列。所述的滚轮74通过轮轴75固定在滚轮架78上，滚轮74内装有轴承70，相邻滚轮74之间距离为85mm，滚轮74法线与铅垂线呈35°角；所述的滚轮架78通过六角头螺栓72固定在滚轮支架77上的斜板71上；所述的2组滚轮支架77之间通过5根长方钢管76连接加固；所述的长方钢管76通过连接螺栓73固定连接在滚轮支架77上；所述的滚轮支架77连接于底座钢板64上，底座钢板64通过地脚螺栓100固定于钢筋混凝土基座上。滚轮支座3支撑驱动管4，并保障其高精度、低摩擦轴向运动。

所述的缓冲复进机支架2如图6所示，由缓冲复进机支架体63、前压盖61和后压盖62组成，所述的缓冲复进机支架体63通过六角头螺栓65固定在底座钢板64上，底座钢板64通过地脚螺栓100固定于钢筋混凝土基座上；所述的前压盖61和后压盖62在同一水平轴线上，前压盖61和后压盖62的上下两块盖板均通过六角头螺栓60固定。

如图7所示，所述的底座钢板64通过地脚螺栓100固定于钢筋混凝土基座上。

Claims (6)

1.一种用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器，其特征在于：所述的爆炸驱动器包括有驱动管（4）、适配器（5）、缓冲复进机（1）、滚轮支座（3）和缓冲复进机支架（2）；所述的驱动管（4）为前端开口、后端封闭的空腔结构；所述驱动管（4）的空腔内放置柱状炸药；所述驱动管（4）的后部位于滚轮支座（3）上，并能够在滚轮支座（3）上运动；所述的适配器（5）套置在驱动管（4）的前部，且所述适配器（5）的轴线与驱动管（4）的轴线重合；所述的驱动管（4）为能够在滚轮支座（3）的配合下、在适配器（5）内沿轴线方向自由滑动且径向被限位的结构；所述的适配器（5）固定在钢板钢筋混凝土复合结构中；所述的缓冲复进机（1）通过前压盖（61）和后压盖（62）固定在缓冲复进机支架（2）上，且所述缓冲复进机（1）的轴线与所述适配器（5）的轴线、驱动管（4）的轴线重合；所述缓冲复进机（1）的活塞杆（14）通过缓冲垫（10）与驱动管（4）的封闭端接触；所述的缓冲复进机支架（2）与滚轮支座（3）通过底座钢板（64）固定于钢筋混凝土基座上。

2.如权利要求1所述的用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器，其特征在于：所述驱动管（4）的材质为PCrNi3MoV，比例极限大于等于1100MPa，管体开口端位于大型爆炸波模拟装置的高压段内，封闭端与缓冲复进机的活塞杆接触；所述的驱动管外径680mm，内径340mm，全长2490mm；运行时将柱状炸药居中置放于驱动管内，由非电起爆系统引爆，产生的爆炸冲击波经大型爆炸波模拟装置的高压段下行，在大型爆炸波模拟装置的实验段完成对靶标的加载，当环境条件完全恢复时，实验结束，爆炸产生的后坐力通过缓冲复进机消除。

3.如权利要求1所述的用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器，其特征在于：所述的适配器（5）包括有作为适配器主体的密封体（84）；所述的密封体（84）为套筒式结构；所述的密封体（84）套置在驱动管（4）上，并固定在扶壁式反力墙中，构成所述的驱动管（4）在密封体（84）内轴向运动而径向被限位的结构；所述密封体（84）的内壁面上具有凹槽；在密封体（84）内壁面所述凹槽与驱动管之间设置有定位套（87）；所述的定位套（87）为环形结构，用于对驱动管进行轴向支撑、定位与减震；所述密封体（84）的两端分别固定有前端盖（89）、后端盖（82）；所述的后端盖（82）包括有后端盖法兰（81）和用以在驱动管复位时进行定位的定位机构；所述的定位机构为安装在后端盖法兰内的多组，每组所述的定位机构包括有顶丝和万向珠（80）；所述的万向珠（80）用以在驱动管复位时进行定位，所述的顶丝用以固定万向珠；所述的前端盖（82）、密封体（84）、驱动管（4）以及后端盖（89）之间通过密封垫、减震垫形成对驱动管的隔震、减震、密封。

4.如权利要求1所述的用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器，其特征在于：所述的滚轮支座（3）主要由多对内装轴承的滚轮（74）和滚轮支架（77）组成，若干个滚轮（74）两两相对、成“V”字型对称排列，滚轮（74）法线与铅垂线呈35°角；相邻滚轮（74）之间距离为85mm，滚轮支架（77）连接于底座钢板（64）上，底座钢板（64）通过地脚螺栓（100）固定于钢筋混凝土基座上；滚轮支座（3）支撑驱动管（4），并保障其高精度、低摩擦轴向运动。

5.如权利要求1所述的用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器，其特征在于：所述的缓冲复进机包括有外筒（32）、油缸（25）、油腔活塞、气腔活塞、活塞杆、气缸（13）和中心杆；所述的外筒（32）套置在油缸（25）的外部，且所述的外筒（32）与油缸（25）之间具有间隙；所述的油缸（25）安装在驱动管（4）的正后方，并与所述的驱动管（4）同轴设置；所述的气缸（13）位于所述的活塞杆内，并与油缸同轴设置；所述的油缸（25）为油气混合缸，缸内充满油气混合体；所述的油缸缸体上具有用以使缸体内的油气混合物高速喷出的限流缝和用以使液体回流至缸体内的溢流孔；所述的限流缝与溢流孔均与外筒（32）相连通；所述的活塞杆为空心管状结构，并作为气缸的缸体；活塞杆的一端与所述的油腔活塞固联，活塞杆的另一端伸出油缸缸体并通过缓冲垫与驱动管的封闭端接触；所述的中心杆为空心管状结构，中心杆的一端与气腔活塞连接，另一端固定在后盖上，并通过设置在后盖外的充气接头和截止阀预先向气缸内充入压缩空气；当缓冲复进机受到来自驱动管的后座冲击时，所述的油腔活塞随活塞杆在充满油气混合物的油缸内相对中心杆轴向移动，挤压油气混合物从油缸缸体上的限流缝中高速喷出，将驱动管的后座动能转化为油气动能和热能，进入外筒的液体再从溢流孔中回流至缸体内；与此同时，气腔活塞在气缸腔内相对活塞杆轴向移动并压缩气缸内的高压气体，当驱动管停止后座时，活塞杆在气缸中高压气体的作用下推动驱动管复位；所述的缓冲复进机后座与复进时间为600ms，油压峰值为2.0Mpa，气缸常压为3.0Mpa，后座行程为500mm。

6.如权利要求1所述的用于大型爆炸波模拟装置的爆炸驱动器，其特征在于：所述的缓冲复进机支架（2）为固定、支撑缓冲复进机（1）的结构，所述的缓冲复进机支架（2）由缓冲复进机支架体（63）、前压盖（61）和后压盖（62）组成，通过前压盖（61）和后压盖（62）将缓冲复进机（1）固定。