CN104568612B - 一种舰船舱室内爆炸效应缩比等效试验模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舰船舱室内爆炸效应缩比等效试验模型，包括舱体、压力测量安装座、压力测量组件、振动测量安装座、加速度计、支撑柱、装药孔、定位块。其主要特点是舱体是一个有飞檐的密闭舱室，各壁板的尺度按照与原型1:4的缩比尺确定，板厚按照1:4缩比尺和由材料与板厚组成的相似准数确定；支撑柱与舱室飞檐，模拟了邻舱对舱室结构的约束。本发明的显著优点是试验模型是舰船舱室的缩比等效模型，尺度小、制作费用低，毁伤效果与实船基本等效，适用于舰船目标毁伤效应测试与评估研究中。

Description

一种舰船舱室内爆炸效应缩比等效试验模型

技术领域

本发明属于毁伤评估技术领域，主要涉及一种试验模型，特别是一种反舰武器毁伤效应评估的舰船舱室缩比等效试验模型。

背景技术

随着高效毁伤技术的发展，武器毁伤效能的评估在武器系统研发和使用过程中发挥重要作用。反舰导弹是攻击海上舰艇目标的重要武器，在反舰战斗部论证、研制、验收等过程中，都需要通过对战斗部毁伤威力评估，确定或验收战斗部技术指标；在反舰武器作战中，需要依据反舰战斗部毁伤效应的预评价结果，选取和合理调配反舰战斗部的使用。研究反舰战斗部对舰船目标毁伤效应的评估技术，具备显著的军事效益。

反舰战斗部对舰船目标毁伤效应评估主要有三种方法：实舰打靶、等效船舱试验法、舰船目标毁伤评估计算或仿真，其中等效船舱法是目前研究主要采取的方法，它是通过建立舰船舱室的等效模型，开展反舰战斗部毁伤效应试验，评价战斗部的毁伤能力。该方法试验成本相对实船试验低，试验效果与实船基本等效，如中国工程物理研究院虞德水等开展的“半穿甲战斗部对模拟舰船结构毁伤效应试验研究”中，设计的1:1舰船多舱室模型，舱室结构、尺度与实船相同，其中主舱室尺度为10m×5m×2.5m。虽然1：1舱室模型制造成本低于实船，但相对于反舰武器研究的经费，1：1舱室评估试验成本占总经费的比重过高，模型尺度大，制作周期较长，特殊的船用钢材也不易得到。因此如何设计舰船舱室缩比等效模型，解决反舰武器研究的试验成本高和研究周期长的问题，成为反舰武器毁伤效应评估研究的关键。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，提出了一种舰船舱室内爆炸毁伤效应的缩比等效试验模型，该模型与1:1舱室的爆炸载荷、结构强度基本等效，能够实现对反舰武器毁伤效果评估的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供的舰船舱室毁伤效应研究的缩比试验模型包括舱体、压力测量安装座、压力测量组件、振动测量安装座、加速度计、支撑柱、装药孔、定位块。其中：

所述的舱体由上甲板、下甲板、左横隔壁、右横隔壁、侧舷、后隔壁构成，形成一个密闭的舱室；所述的上甲板为一定厚度的长方形钢板，在内板面距边缘一定距离位置分别与左横隔壁、右横隔壁、侧弦、后舱壁联接，在与各板联线中心内侧有定位块，在外板面几何中心联接振动测量座；所述的下甲板为一定厚度的长方形钢板，在内板面距边缘一定位置分别与左横隔壁、右横隔壁、侧弦、后舱壁联接，在与各联接线中心内侧有定位块，在上甲板横轴线、纵轴线上分别有多个压力测量通孔，孔中安装压力测量安装座；所述的左横隔壁为一定厚度的长方形钢板，在外板面几何中心联接振动测量安装座；所述的右横隔壁为一定厚度的长方形钢板，在板面的横轴线、纵轴线上分别有多个压力测量孔，孔中装配压力测量安装座；所述的侧弦为一定厚度长方形钢板，其板面几何中心有一圆形装药孔；所述的后壁板为一定厚度长方形钢板，在板面横轴线、纵轴线上有多个压力测量孔，孔中安装压力测量安装座。所述的压力测量安装座是一个有中心台阶孔的圆台，圆台内径上有与压螺配合的螺纹，小圆面外径与压力测量孔紧配合，高度与板面厚度相同。所述的压力测量组件包括安装座、垫片、压螺、压力传感器，其中安装座是中心有螺纹的通孔、外圆面中间有凸台的圆柱，其中心螺纹孔与压力传感器上的螺纹配合；垫片为圆形，共两个，分别安装到安装座凸台两端面；压螺是中心有通孔的螺钉，通过螺纹将安装座紧压于压力测量安装座中。所述的振动测量安装座是上端面中心有螺纹孔的圆柱，螺纹孔内装配加速度计。所述的支撑柱是由槽钢制作，共有六个，分别在左横舱壁、右横舱壁、后舱壁外两竖边边缘位置，上下端面分别与上甲板、下甲板联接，侧板分别与安装位置处壁板联接。所述的定位块为中空方钢，有8个，分别联接到上甲板、下甲板与各壁板联接线中心内侧。

本发明的有益效果体现为：

本发明建立的舰船舱室缩比试验模型，在结构强度上基本等效舰船实际舱室，在尺度上小于实际舰船舱室，制作成本低，周期短，能够解决反舰武器研究试验成本高和试验周期长的问题，满足反舰武器毁伤效应评估的需求。

附图说明

图1是本发明的舱体结构主剖视图

图2是本发明的舱体结构俯剖视图。

图3是本发明的压力测量安装座和压力测量组件结构图。

图4是壁板冲击波载荷曲线。

图5是壁面振动加速度曲线。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

正如图1和图2所示，本发明的优选实施例包括舱体1、压力测量安装座2、压力测量组件3、振动测量安装座4、加速度计5、支撑柱6、装药孔7、定位块8。舱体1是由上甲板1-1、下甲板1-2、右横隔壁1-3、左横隔壁1-4、侧舷1-5、后隔壁1-6构成的有飞檐的长方体密封舱体，舱体1的尺度与原型的比例为1:4，原型壁板上加强筋按照体积等效方法换算为壁板的厚度，与原壁板厚度相加得到舱壁板的等效厚度h_n，其计算公式为：

其中：L为舱壁板长度，B为舱壁板宽度，δ为舱壁板板厚，其上有纵向骨架n根，横向骨架m根，F_i为纵向骨架横断面积，F_j为横向骨架横断面积。如果舱体使用非原型材料，舱壁板缩比后的厚度还需乘以等效材料板厚缩比尺，等效材料板厚缩比尺按照材料和板厚组成的相似准数：计算获得，其中：K_I为材料的断裂韧度，h为板厚，σ_d为材料屈服应力。本实施例原型舰船使用钢为xxx，模型使用钢为Q235，两种材料的力学性能特性分别为：σ_d(xxx)＝525、K_I(xxx)＝173.8、σ_d(Q235)＝235、K_I(Q235)＝132.8,得到等效材料板厚缩比尺为2.89。在舱体1焊接前，首先在上甲板1-1和下甲板1-2与右横隔壁1-3、做横隔壁1-4、后舱壁1-6联接线内侧中心焊接定位块8，用于焊接时精确定位各舱壁板，防止焊接时面板发生翘曲焊接位置发生改变，然后上甲板1-1和下甲板1-2分别与右横隔壁1-3、右横隔壁1-4、侧弦1-5、后舱壁1-6的端面焊接，焊缝是连续焊接且是透焊，不出现漏焊或断续焊现象，以保证舱体的密封性、坚固性。在下甲板1-5、后壁板1-6、右横隔壁1-3的纵轴线和横轴线的一半分别有3个压力测量孔，压力测量孔内装配压力测量安装座2。压力测量安装座2是一个有中心台阶孔的圆台，圆台内径上端有与压螺3-4配合的螺纹，圆台内孔装配传感器安装座3-2，由压螺3-4通过螺纹压紧到压力测量安装座2；小圆面外径与压力测量孔紧配合，高度与板面厚度相同；安装座2的圆台与板面联接面外缘与壁板焊接。在上甲板1-1、左横隔壁1-4的外板几何中心，分别焊接振动测量安装座4。振动测量安装座4是上端面中心有螺纹孔的圆柱，在螺纹孔内安装加速度计4。在上甲板1-1和下甲板的三个飞檐两端分别竖立一个由槽钢制作的支撑柱6，其两端面分别与安装位置处的上甲板1-1、下甲板1-2焊接，侧板与壁板焊接，其目的是提高了飞檐的支撑强度和整体结构的约束能力。

根据图3所示，本发明优选实施例的压力测量安装座2是由垫片3-1、传感器安装座3-2、压力传感器3-3、压紧螺3-4组成，压力传感器安装座3-2凸台的两端面上分别安装一个垫片3-1，中心孔内安装压力传感器3-3；压紧螺3-4通过螺纹将装有压力传感器3-3的压力传感器安装座3-2紧固到压力测量安装座2内。

本发明在实际使用时，测量传感器1-3中的压力传感器的敏感头上涂1mm后的炮油，增大热阻，使爆炸后20ms时间内传导到压力传感器敏感面上的热量少，减小爆炸热对压力传感器性能的影响，提高冲击波压力测试的准确性。

本发明的使用方法如下：将装有压力传感器1-3的压力测量组件3安装到压力测量安装座2上，将加速度传感器5安装到振动测量安装座4上，并与二次仪表联接。开机检查测量系统的状态，确认正常后关机。将试验炸药通过装药孔7悬挂到舱体1的几何中心。确认安全后，打开测试系统电源，起爆试验装药。由压力传感器1-3测量内爆炸板面结构所受载荷，加速度计5测量结构振动响应。

申请人采用本发明进行了100g温压炸药的内爆炸试验，图4是后舱壁两角角隅位置测量的壁板冲击波载荷曲线，图5是左横舱壁中心位置测量的壁面振动加速度曲线。

比较本发明和1:1试验模型测量结果，可以得到：本发明获得的冲击波超压峰值、结构振动加速度峰值与相同位置1:1模型等效药量的冲击波超压峰值、结构振动加速度、波形形状基本相同，说明本发明的毁伤效应等效1:1舱室模型，可用于反舰战斗部对舰船目标毁伤效应的评估试验。

Claims (2)

1.一种舰船舱室内爆炸效应缩比等效试验模型，其特征在于：包括舱体(1)、压力测量安装座(2)、压力测量组件(3)、振动测量安装座(4)、加速度计(5)、支撑柱(6)、装药孔(7)、定位块(8)，所述的舱体(1)为有飞檐的长方形密闭舱体，由上甲板(1-1)、下甲板(1-2)、左横隔壁(1-3)、右横隔壁(1-4)、侧舷(1-5)、后隔壁(1-6)联接构成；所述的压力测量安装座(2)为一个有中心台阶孔的圆台，与壁板的压力测量孔联接；所述的压力测量组件(3)装配于压力测量安装座(2)上的中心孔中；所述的振动测量安装座(4)是一个上端面中心有螺纹孔的圆柱，与壁板联接，其螺纹孔内装配加速度计(5)；所述的支撑柱(6)为槽钢，共有6个，上下端面分别与上甲板(1-1)、下甲板(1-2)焊接，侧板与板面焊接；所述的定位块(8)是一个中空方钢，共有8个，分别焊接到上甲板(1-1)、下甲板(1-2)与各壁板联接线中心内侧。

2.如权利要求 1所述的舰船舱室内爆炸效应缩比等效试验模型，其特征在于，所述的舱体各壁板尺度与原型的比例为1:4，原型壁板上加强筋按照体积等效方法换算为壁板的厚度，与原壁板厚度相加得到舱壁板架等效厚度h_n，其具体计算公式为：

其中：L为舱壁板架长度，B为舱壁板架宽度，δ为舱壁板厚，其上有纵向骨架n根，横向骨架m根，F_i为纵向骨架横断面积，F_j为横向骨架横断面积，如果舱体使用非原型材料，舱壁板架等效厚度还需乘以等效材料板厚缩比尺，等效材料板厚缩比尺按照材料和板厚组成的相似准数Π₅计算获得：

其中：K_I为材料的断裂韧度，h为板厚，σ_d为材料的屈服应力。