CN104535439B - 双脉冲载荷加载试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双脉冲载荷加载试验装置，包括弹丸、上击柱、套筒、炸药试件、下击柱、传感器、填充物、盖板、挡板、垫片，套筒为圆筒体，内部依次安装有传感器、下击柱、垫片、炸药试件、垫片和上击柱，传感器、下击柱、垫片、炸药试件和上击柱均为圆柱体且外径与套筒内径相等；上击柱上端放置有挡板，其为带有中心圆形凹槽的圆板，圆形凹槽内径与上击柱外径相等，挡板上端放置有盖板，其为带有轴向中心台阶孔的圆柱体，弹丸为带有中心圆形凹槽的圆柱体，圆形凹槽中装填有填充物。本发明能够更真实的模拟战斗部装药侵彻多层靶时的服役环境，进而科学评价其抗过载安全性。

Description

双脉冲载荷加载试验装置

技术领域

本发明属于火炸药实验室试验装置技术领域，涉及一种脉冲载荷加载装置，特别涉及一种模拟弹体侵彻多层靶时的双脉冲载荷加载试验装置。

背景技术

军事指挥控制中心是现代战争的中枢，对其进行精确打击和高效毁伤是赢得战争的关键。常见的军事指挥控制中心如各种军政办公大楼、通信大楼等，其特征为由梁、板、柱、墙和基础等结构构件组成。从目标特性上来讲，其可以等效为间隔一定距离的多层靶板。为了实现对目标的精确打击，一般要求战斗部穿过目标一定层数后在预定位置起爆。因此，战斗部装药在多脉冲载荷作用下的抗过载安全性已经成为武器研制部门关心的重点问题之一。

目前，国内战斗部装药抗过载安全性性能的研究主要针对单次脉冲载荷，在此基础上，西安近代化学研究所，北京理工大学、中科院力学所等分别建立了大型落锤加载装置、小型后坐冲击模拟试验装置和低速气炮模拟试验系统。而对于战斗部装药在多脉冲载荷作用下的抗过载安全性研究却鲜有报道。

战斗部在攻击多层目标时，由于首层靶体的作用，使得炸药装药产生不同程度的损伤，带有损伤的炸药装药在后续穿靶过程中，由于损伤的存在，会对炸药装药安定性产生很大影响，可能发生早炸，达不到预定的技战术指标。鉴于多层靶问题的复杂性，首先从双层靶开始研究，即从双脉冲载荷开始研究，姚惠生等人在文献“炸药冲击损伤及损伤炸药冲击起爆试验研究”(北京理工大学学报，2007年6月，第27卷第6期487页)中报道了一种研究冲击损伤对装药安定性影响的试验方法，研究了PBX炸药在冲击损伤状态下的冲击起爆特性，但该方法中对炸药的加载参量与双脉冲载荷存在较大差异。双脉冲载荷加载时，连续两个脉冲载荷的时间间隔是毫秒级的，但该方法中首次冲击损伤和第二次冲击加载时分别进行的，在时间上没有连续性，因此，双脉冲载荷加载下炸药的温度累积效应在该方法上没有体现，炸药在冲击损伤后的一段时间内会产生“自愈合”效应，再次进行冲击起爆试验时，炸药状态与初始的冲击损伤状态不同，无法反映双脉冲载荷加载的特性。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种可以对炸药装药进行连续双脉冲加载的试验装置，两次脉冲载荷加载应力峰值和加载时间间隔均可有效控制，并考虑了温度效应对炸药加载安定性的影响，能够更真实的模拟战斗部装药侵彻多层靶时的服役环境，进而科学评价其抗过载安全性。

本发明提供的双脉冲载荷加载试验装置，包括弹丸、上击柱、套筒、炸药试件、下击柱、传感器，还包括填充物、盖板、挡板、垫片，其中，套筒为圆筒体，内部依次安装有传感器、下击柱、垫片、炸药试件、垫片和上击柱，传感器、下击柱、垫片、炸药试件和上击柱均为圆柱体且外径与套筒内径相等；上击柱上端放置有挡板，其为带有中心圆形凹槽的圆板，圆形凹槽内径与上击柱外径相等，挡板上端放置有盖板，其为带有轴向中心台阶孔的圆柱体，台阶孔的大径内壁与套筒外壁H9/g8间隙配合；弹丸为带有中心圆形凹槽的圆柱体，圆形凹槽中装填有填充物。

所述上击柱高出套筒端面部分的长度与其总长度之比为1：2～3。所述套筒内径与外径之比为1：2～3。所述挡板4的圆形凹槽深度与挡板厚度之比为1：1.5～2。所述盖板的台阶孔小内径比上击柱外径大至少4mm，台阶孔小内径比套筒外径小至少6mm，盖板一端台阶孔的台阶面距盖板另一端面距离与挡板厚度之和比上击柱高出套筒端面部分的长度小3～4cm。所述弹丸的圆形凹槽内径比盖板的台阶孔小内径大6～8mm，弹丸的圆形凹槽深度与盖板的台阶孔小内径深度之和比上击柱高出套筒端面部分的长度大5～7cm。

本发明的双脉冲载荷加载试验装置，带来的技术效果体现在：

本发明可以对炸药装药进行连续两次脉冲载荷加载，加载时间间隔为毫妙级，体现了温度累积效应，首次脉冲载荷使炸药产生的损伤在“自愈合”之前，二次脉冲载荷便对炸药进行加载，真实反映双脉冲载荷加载的特性。

附图说明

图1是本发明的双脉冲载荷加载试验装置结构示意图。

图2是本发明中弹丸的结构示意图。

图3是本发明中盖板的结构示意图。

图4是本发明中挡板的结构示意图。

图5是通过本发明对炸药试件加载应力-时间关系图。

图中的标号分别表示：1、弹丸，2、填充物，3、盖板，4、挡板，5、上击柱，6、套筒，7、垫片，8、炸药试件，9、垫片，10、下击柱，11、传感器，1-1、圆形凹槽，3-1、台阶孔，4-1、圆形凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是本发明不局限于以下具体实施例，凡在本发明技术方案基础上进行的同等变换均在本发明的保护范围内。

如图1-图4所示，本实施例给出一种双脉冲载荷加载试验装置，包括弹丸1、上击柱5、套筒6、炸药试件8、下击柱10、传感器11，其特征在于，还包括填充物2、盖板3、挡板4、第一垫片7、第二垫片9，所述套筒6为钢制圆筒体，内部从下至上依次安装有传感器11、下击柱10、第二垫片9、炸药试件8、第一垫片7和上击柱5，传感器11内置于钢制圆柱体，所述传感器根据使用时实际的压力来选择型号及量程，本实施例选用SYC系列膜片式石英压力传感器，量程选用0-800MPa。下击柱10和上击柱5均为钢制圆柱体且与套筒6内径H7/g6间隙配合，第一垫片7、第二垫片9为橡胶制圆板，厚度为3mm，用以保护炸药试件8，使其在压缩过程中，防止破碎的颗粒进入下击柱10和上击柱5发生意外，炸药试件8为压装TNT炸药药柱，长径比为1∶1～1.5，本实施例中炸药8的长径比为1∶1，上击柱5上端放置有挡板4，其为带有中心圆形凹槽4-1的钢制圆板，钢材料需进行热处理，确保其强度的一致性，圆形凹槽4-1与上击柱5之间H9/g8间隙配合，圆形凹槽4-1底面涂502胶水后与上击柱5上表面紧密接触，确保圆形凹槽4-1底面与上击柱5上端面粘牢，挡板4上端放置有盖板3，其为带有轴向中心台阶孔3-1的钢制圆柱体，台阶孔3-1台阶面与挡板4接触，台阶孔3-1的大径内壁与套筒6外壁H9/g8间隙配合，确保盖板3运动过程中保持与套筒6共轴线。弹丸1为带有中心圆形凹槽1-1的铝制圆柱体，圆形凹槽1-1中装填有填充物2，填充物2为石蜡，熔融后浇注至圆形凹槽1-1中冷却，确保其表面与圆形凹槽1-1端面平齐。

所述挡板4加工圆形凹槽4-1后剩余厚度根据对炸药试件预定加载应力峰值来确定，盖板3加工台阶孔3-1后剩余厚度也根据对炸药试件预定加载应力峰值来确定，本实施例中挡板4和盖板3剩余厚度相等。且圆形凹槽4-1深度与挡板4厚度之比为1：1.5。所述挡板4外径比盖板3台阶孔大内径小2mm。所述挡板4厚度与上击柱5高出套筒6部分长度之和比盖板3的台阶孔3-1大内径深度小2cm，确保弹丸1撞击双脉冲载荷加载试验装置过程中盖板3在沿着套筒6外壁运动。

所述上击柱5高出套筒6端面部分的长度与其总长度之比为1：2。所述套筒6内径与外径之比为1：2。所述盖板3的台阶孔3-1小内径比上击柱5外径大8mm，台阶孔3-1小内径比套筒6外径小10mm，盖板3一端台阶孔3-1的台阶面距盖板3另一端面距离与挡板4厚度之和比上击柱5高出套筒6端面部分的长度小3cm，以确保盖板3在撞击上击柱5时台阶孔3-1底面可以发生剪切断裂。

所述弹丸1的圆形凹槽1-1内径比盖板3的台阶孔3-1小内径大6mm，弹丸1的圆形凹槽1-1深度与盖板3的台阶孔3-1小内径深度之和比上击柱5高出套筒6端面部分的长度大5cm，确保弹丸1驱动盖板3撞击上击柱5时，弹丸1不与上击柱5发生直接碰撞。

本发明的使用方法及工作原理如下：将双脉冲载荷加载试验装置各部件装配完毕后，确保传感器可以正常采集信号，确保弹丸1与双脉冲载荷加载试验装置共轴线，填充物2正对盖板3。通过发射装置驱动弹丸1使其获得一定速度，确保弹丸1速度方向与其轴线方向一致。当弹丸1撞击盖板3后，盖板3通过挡板4将作用力传递给上击柱5，进而对炸药试件8进行加载，此时系统中挡板4的圆形凹槽4-1处最为薄弱，最先发生剪切断裂，挡板4的圆形凹槽4-1剪切断裂的剪力即为对炸药试件8加载的压力，通过控制挡板4材料属性和圆形凹槽4-1剩余厚度可以对炸药试件8的加载压力进行有效控制，这是对炸药试件8加载的第一个脉冲载荷，挡板4断裂后，盖板3继续运动直至台阶孔3-1的底面撞击上击柱5，进而对炸药试件8进行加载，此时系统中盖板3的台阶孔3-1底面最为薄弱，最先发生剪切断裂，盖板3的台阶孔3-1底面剪切断裂的剪力即为对炸药试件8加载的压力，通过控制盖板3材料属性和台阶孔3-1剩余厚度可以对炸药试件8的加载压力进行有效控制，这是对炸药试件8加载的第二个脉冲载荷，通过控制弹丸速度和盖板3台阶孔3-1底面距挡板4的距离可以有效控制两次脉冲载荷加载时间间隔，本实施例中，弹丸速度为100m/s，双脉冲载荷加载时间间隔为1.8ms。通过传感器11获取炸药试件8的双脉冲载荷加载压力信号。弹丸1的圆形凹槽1-1中由于填充了填充物2，使得弹丸1高速运动过程中，不改变其气动力外形，填充物2弹性模量远小于盖板3和挡板4，即弹丸1在对试验装置加载过程中，可以忽略填充物2对弹丸1加载过程的影响。

本发明的双脉冲载荷加载试验装置可以对炸药试件进行连续的两次脉冲载荷加载，加载时间间隔为毫妙级，体现了温度累积效应，能够真实反映双脉冲载荷加载的特性。实验结果表明：该装置实现了对炸药装药进行连续的两次脉冲载荷加载，加载时间间隔为1.8ms。

Claims (6)

1.一种双脉冲载荷加载试验装置，包括弹丸(1)、上击柱(5)、套筒(6)、炸药试件(8)、下击柱(10)、传感器(11)，其特征在于，还包括填充物(2)、盖板(3)、挡板(4)、第一垫片(7)、第二垫片(9)，所述套筒(6)为圆筒体，套筒(6)内部从下至上依次安装有传感器(11)、下击柱(10)、第二垫片(9)、炸药试件(8)、第一垫片(7)和上击柱(5)，传感器(11)、下击柱(10)、第一垫片(7)、第二垫片(9)、炸药试件(8)和上击柱(5)均为圆柱体，传感器(11)、下击柱(10)、第一垫片(7)、第二垫片(9)、炸药试件(8)和上击柱(5)外径均与套筒(6)内径相等；上击柱(5)上端放置有挡板(4)，挡板(4)为带有中心圆形凹槽(4-1)的圆板，圆形凹槽(4-1)内径与上击柱(5)外径相等，挡板(4)上端放置有盖板(3)，盖板(3)为带有轴向中心台阶孔(3-1)的圆柱体，中心台阶孔(3-1)由大径和小径组成，台阶孔(3-1)的大径内壁与套筒(6)外壁H9/g8间隙配合；弹丸(1)为带有中心圆形凹槽(1-1)的圆柱体，圆形凹槽(1-1)中装有填充物(2)。

2.如权利要求1所述双脉冲载荷加载试验装置，其特征在于，所述上击柱(5)高出套筒(6)端面部分的长度与其总长度之比为1：2～3。

3.如权利要求1所述双脉冲载荷加载试验装置，其特征在于，所述套筒(6)内径与外径之比为1：2～3。

4.如权利要求1所述双脉冲载荷加载试验装置，其特征在于，所述挡板(4)的圆形凹槽(4-1)深度与挡板(4)厚度之比为1：1.5～2。

5.如权利要求1所述双脉冲载荷加载试验装置，其特征在于，所述盖板(3)的台阶孔(3-1)小内径比上击柱(5)外径大4～6mm，台阶孔(3-1)小内径比套筒(6)外径小4～6mm，盖板(3)一端台阶孔(3-1)的台阶面距盖板(3)另一端面距离与挡板(4)厚度之和比上击柱(5)高出套筒(6)端面部分的长度小3～4cm。

6.如权利要求1所述双脉冲载荷加载试验装置，其特征在于，所述弹丸(1)的圆形凹槽(1-1)内径比盖板(3)的台阶孔(3-1)小内径大6～8mm，弹丸(1)的圆形凹槽(1-1)深度与盖板(3)的台阶孔(3-1)小内径深度之和比上击柱(5)高出套筒(6)端面部分的长度大5～7cm。