CN104181159B - 一种网格式爆轰波形扫描测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网格式爆轰波形扫描测试方法，解决了现有技术方法不能定量评价偏心起爆下炸药的爆轰波传播速度及方向、波形的变化规律的问题。本发明方法采用两台转镜式高速相机同时在两个相互垂直方向上对所要研究装药的截面进行多狭缝扫描，从而记录其在偏心起爆方式下的爆轰过程，通过对扫描底片的判读及数据处理，可以得到两个垂直方向上爆轰波的传播特性及波形变化规律，从而能定量评价偏心起爆下炸药的爆轰波传播速度及方向、波形的变化规律。本发明方法主要应用在偏心起爆战斗部装药优化设计及毁伤能力预估领域。

Description

一种网格式爆轰波形扫描测试方法

技术领域

本发明涉及一种爆轰波形扫描测试方法，该方法主要应用在偏心起爆战斗部装药优化设计及毁伤能力预估领域。

背景技术

偏心起爆战斗部作为一种新型高效毁伤战斗部技术，具有能量利用率高、毁伤威力大、易于工程化等特点，其主要是通过改变起爆点位置和控制爆轰波波形来提高目标方向上的破片密度及破片速度。定量评价爆轰波的传播速度及方向、波形的变化规律，是提高目标方向上的破片密度及速度的关键，也是提高战斗部毁伤能力的重要途径。

在偏心起爆战斗部中，对于判断爆轰波的传播速度及方向，国内还没有统一的评价方法和标准，《复合装药偏心起爆的爆轰波特性》(丁刚等，《火炸药学报》，2009年32卷第2期，p79-82),采用平行三狭缝扫描测试方法对爆轰波阵面波形进行了观测，获得该方向上的相位移，虽然可以判断爆轰波在该方向上波形的一些变化趋势，但无法获得爆轰波的真实传播速度及方向。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供一种网格式爆轰波形扫描测试方法，采用两台高速扫描相机在相互垂直的方向上同时进行多狭缝扫描，这样可以形成一个观测网，且能够分析出狭缝交点处的爆轰波传播速度及方向，从而可以全面地了解爆轰波的传播特性及波形变化规律。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术方案予以实现：

一种网格式爆轰波形扫描测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，根据研究药柱的截面尺寸，使得相邻狭缝在截面上的观测位置距离不超过20mm，选取适合的狭缝条数n1、n2，并在高速扫描相机上安装相应的狭缝板；

步骤二，将所研究药柱布置在试验场地，并使高速扫描相机1对准所需要的扫描的狭缝(3)的位置，使高速扫描相机2对准所需要的扫描的狭缝(4)的位置；

步骤三，同步启动两台高速扫描相机，设置相机最高转速，待其转速达到设定转速时，系统自动输出一个起爆信号起爆待研究装药，从而相机在底片上记录下炸药截面处爆轰波扫描轨迹。

对底片进行数字化判读后，记录爆轰波轨迹的点为(t_i,x_i),i＝1…n，结合该点附近的信息并采用公式(I)求出对应点处的斜率，即相速度v_i：

$v_i=\frac{{\mathrm{dx}}_i}{dt}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{x_2-x_1}{t_2-t_1},& i=1;\\ \frac{x_{i+1}-x_{i-1}}{t_{i+1}-t_{i-1}},& i=\mathrm{2...}n-1\\ \frac{x_n-x_{n-1}}{t_n-t_{n-1}},& i=n\end{array}\right.---\left(I\right)$

对于各个交点处爆轰波的传播速度及方向的确定，可以根据两台相机的扫描结果并结合图3中所示的几何关系进行分析，可知

$\{\begin{array}{c}{v}_s=v_x\sin \mathrm{\θ}\\ v_s=v_y\cos \mathrm{\θ}\end{array}---\left(II\right)$

由公式(II)可得：

θ＝arctan(v_y/v_x)(III)

$v_s=\frac{v_x\·v_y}{\sqrt{{v_x}^2+{v_y}^2}}---\left(IV\right)$

式中：

v_x——沿着x轴方向(即水平狭缝)观察的相速度；

v_y——沿着y轴方向(即竖直狭缝)观察的相速度；

v_s——爆轰波阵面的法向速度；

θ—法向速度与y轴的夹角。

计算出爆轰波阵面的法向速度及传播方向，从而可以定量确定爆轰波形的传播参数。

本发明的优点：本发明以高速扫描相机为试验载体，不仅可以对爆轰波阵面波形进行观测，获得该方向上的相位移及爆轰波的在不同方向上波形的变化，而且能够定量评价爆轰波的传播速度及方向、波形的变化规律，为提高目标方向上的破片密度及破片速度提供技术支持。

附图说明

图1是试验样品布局示意图；

图2是试验场地布置示意图；

图3是单个狭缝交点位置爆轰波传播示意图；

图4是实施例试验样品布局示意图；

图5(a)是相机1的狭缝扫描底片图；

图5(b)是相机2的狭缝扫描底片图；

图6(a)相机1是扫描测试结果；

图6(b)相机2是扫描测试结果；

图7(a)相机1是沿水平方向观测的相速度变化曲线；

图7(b)相机2是沿竖直方向观测的相速度变化曲线；

图8是狭缝交点位置示意图。

1、起爆位置，2、炸药药柱，3、相机1的狭缝，4、相机2的狭缝，m、起爆点数，n1、相机1狭缝条数，n2、相机2狭缝条数，2-1、待研究药柱，5、防护墙壁，6、相机1，7、防护窗口，8、相机2。

具体实施方式

参见图1，将炸药药柱2放置在试验场地，并留有试验设置好的起爆位置1，用两台高速扫描相机对准炸药的截面的所需要研究的波形，调节两台相机的狭缝，使狭缝相互垂直，对炸药的爆轰波形进行观察。

具体试验时，按下列步骤进行操作：

将试验炸药样品制成需要规格的圆柱体状的药柱2，炸药药柱2上留有安装起爆位置1的位置，将制成的炸药药柱2存放于炸药暂存区；

对雷管进行电阻测量，测量好的雷管放在雷管暂存区，暂存期间雷管的引线保持短路状态；

布置好试验场地，同时检查和调试高速扫描相机，确定试验所需要使用的狭缝条数n1以及n2，并在高速扫描相机上安装相应的狭缝板，使相机达到正常工作状态；

从炸药暂存区取出炸药药柱2，把炸药药柱2放在试验场地，调节好相机狭缝对准炸药截面扫描的位置，并将炸药药柱固定好；

从雷管暂存区取出雷管，将其插入炸药药柱起爆位置1并固定，再将引线与起爆器连接，设置相机最高转速并同步启动两台相机，在相机转速达到要求时给出起爆信号，起爆装药，并记录下炸药截面处爆轰波扫描轨迹；

根据扫描轨迹的长度及试验精度的要求，判读扫描底片上的点及对数据进行处理。

以下是发明人给出的具体实施例。

本实施例是以HMX为主要成分的压装药柱，密度为1.81g/cm³，药柱尺寸为Φ100×20mm，中心位置具有Φ20mm的通孔，采用偏心两点(m取2)夹角为60度。通过两台高速扫描相机，对炸药药柱端面进行研究，其试验方法包括以下步骤：

1)将试验炸药样品制成Φ100×20mm，中心位置具有Φ20mm通孔的圆柱体状的炸药药柱2，并将炸药药柱2用Φ100×5mm有机玻璃环(有机玻璃环上两点夹角为60度的地方留有安装起爆点的预制孔)固定(如图4)，将制成的炸药药柱2存放于炸药暂存区；

2)起爆位置1的起爆过程，采用一进二出的导爆索连接雷管，并对其进行电阻测量，测量好的起爆雷管及导爆索放在雷管暂存区(不得与炸药放在同一位置)，暂存期间雷管的引线保持短路状态；

3)布置好试验场地，在相机内安装具有3(n1＝n2＝3)条狭缝的狭缝板，同时检查和调试高速扫描相机，使之达到正常工作状态；

4)从炸药暂存区取出炸药药柱2(带有机玻璃环)，将其固定在试验场地，调节好相机狭缝对准炸药药柱端面中心位置；

5)从雷管暂存区取出雷管及导爆索，将其插入炸药药柱起爆位置1并固定，再将引线与起爆器连接；

6)两台相机的最高转速均设置为6万转/分，待转速达到设定转速时，系统自动输出起爆信号起爆待测装药，从而相机在底片上记录下炸药端面处爆轰波扫描轨迹(时间-位置，图5所示)；

7)根据底片上扫描轨迹的长度及试验精度的要求，对底片进行数字化判读，获得实验爆轰波轨迹数据点，读入试验曲线上的各个点(时间-位置，图6所示)；

对底片进行数字化判读后，得出记录爆轰波轨迹的点为(t_i,x_i),i＝1…n，结合该点附近的信息并采用公式(I)求出对应点处的斜率，即相速度v_i(如图7所示)：

$v_i=\frac{{\mathrm{dx}}_i}{dt}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{x_2-x_1}{t_2-t_1},& i=1;\\ \frac{x_{i+1}-x_{i-1}}{t_{i+1}-t_{i-1}},& i=\mathrm{2...}n-1\\ \frac{x_n-x_{n-1}}{t_n-t_{n-1}},& i=n\end{array}\right.---\left(I\right)$

对于各个交点处爆轰波的传播速度及方向的确定，可以根据两台相机的扫描结果并结合图3中所示的几何关系进行分析，可知

$\{\begin{array}{c}{v}_s=v_x\sin \mathrm{\θ}\\ v_s=v_y\cos \mathrm{\θ}\end{array}---\left(II\right)$

由公式II可得：

θ＝arctan(v_y/v_x)(III)

$v_s=\frac{v_x\·v_y}{\sqrt{{v_x}^2+{v_y}^2}}---\left(IV\right)$

式中：

v_x——沿着x轴方向(即水平狭缝)观察的相速度；

v_y——沿着y轴方向(即竖直狭缝)观察的相速度；

v_s——爆轰波阵面的法向速度；

θ—法向速度与y轴的夹角。

水平和竖直狭缝在炸药端面能够形成了若干个交点，且由于同一方向的狭缝之间是等间距的，则在炸药端面形成一个规则的“网”，若能够通过实验扫描结果计算出各个交点处爆轰波的传播速度及方向，则可以全面、准确地了解爆轰波的传播过程。本实施例采用三狭缝，狭缝在炸药的测试端面共形成了9个交点(如图8所示)，其中一个交点位于中心孔位置，所以只能获得8个交点的有效信息。同时，根据底片的放大比可计算出两张底片中狭缝的间距，狭缝n1-1、n1-2、n1-3的间距为17.2mm，狭缝n2-1、n2-2、n2-3的间距为16.7mm，从而能够确定出图中各个交点的坐标。

表1狭缝交点处的爆轰参数

试验结果表明，采用网格式多狭缝扫描测试方法对两点偏心起爆条件下爆轰波的传播过程进行了观测，同时获得了两个垂直方向的多个爆轰波扫描迹线，获得了8个狭缝交点处爆轰波的速度及方向，表明该测试方法对于偏性起爆波形的分析具有较好的效果。

Claims (1)

1.一种网格式爆轰波形扫描测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，根据研究炸药柱的截面尺寸，使得相邻狭缝在截面上的观测位置距离不超过20mm，选取适合的狭缝条数n1、n2，并在高速扫描相机上安装相应的狭缝板；

步骤二，将所研究炸药柱布置在试验场地，并使高速扫描相机1对准所需要的扫描的狭缝(3)的位置，使高速扫描相机2对准所需要的扫描的狭缝(4)的位置；

步骤三，同步启动两台高速扫描相机，设置相机最高转速，待其转速达到设定转速时，系统自动输出一个起爆信号起爆所研究炸药柱，从而在相机底片上记录下炸药柱截面处爆轰波扫描轨迹；

对相机底片进行数字化判读后，记录爆轰波轨迹的点为(t_i,x_i),i＝1…n，结合该点附近的信息并采用公式(I)求出对应点处的斜率，即相速度v_i：

$v_i=\frac{{\mathrm{dx}}_i}{dt}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{x_2-x_1}{t_2-t_1},& i=1;\\ \frac{x_{i+1}-x_{i-1}}{t_{i+1}-t_{i-1}},& i=\mathrm{2...}n-1\\ \frac{x_n-x_{n-1}}{t_n-t_{n-1}},& i=n\end{array}\right.---\left(I\right)$

对于各个交点处爆轰波的传播速度及方向的确定，可以根据两台相机的扫描结果并结合几何关系进行分析，可知

$\left\{\begin{array}{c}{v}_s=v_x\sin \mathrm{\θ}\\ v_s=v_y\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right.---\left(II\right)$

由公式(II)可得：

θ＝arctan(v_y/v_x) (III)

$v_s=\frac{v_x\·v_y}{\sqrt{{v_x}^2+{v_y}^2}}---\left(IV\right)$

式中：

v_x——沿着x轴方向(即水平狭缝)观察的相速度；

v_y——沿着y轴方向(即竖直狭缝)观察的相速度；

v_s——爆轰波阵面的法向速度；

θ—法向速度与y轴的夹角。