CN105651960A - 炸药水下爆炸猛度的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

炸药水下爆炸猛度的测量装置包括支架，支架上固装有安装座，安装座上可转动地支撑有水平销轴，销轴与角位移传感器的转动轴固接；垂向钢丝绳上端固定在销轴上，钢丝绳下端固定在摆锤上，摆锤一端固接有密封罩，摆锤另一端固接有击砧，击砧包括沿轴向拼接的曲颈段和直颈段，曲颈段和直颈段为可拆式固定连接，曲颈段的外壁面为内凹曲面，直颈段为锥形体，击砧整体为一个渐缩结构，曲颈段的大头端与摆锤固接，曲颈段与直颈段的拼接面之间设有橡胶垫。本发明还公开了通过测量炸药水下爆炸时摆体摆角，由此得到摆体初速度，进而获得爆炸对接触刚性表面的冲量，以此来表征炸药猛度的方法。本发明能有效测定炸药水下爆炸的猛度。

Description

炸药水下爆炸猛度的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及炸药猛度测量技术领域，具体涉及测量炸药水下爆炸猛度的装置及方法。

背景技术

炸药爆炸时粉碎和破坏与其接触物体的能力被称为炸药爆炸猛度，炸药空气中爆炸的猛度测量方法主要为铅柱压缩法，铅柱压缩法的原理是使用带有定量炸药的铜柱，铜柱的长度和直径通过相应计算进行设计，以爆炸后铅柱的压缩量来表征炸药的猛度。铅柱压缩法可以实现空气中爆炸的猛度，但其最大的不足在于其压缩量与炸药爆炸威力并不成线性关系，尤其当铅柱接近破碎时分散性更大，影响测量结果的可靠性。炸药在一定装药密度下在空气中的爆炸猛度可以进行测定，然而由于炸药在水中爆炸的能量释放机理及爆炸测试环境与空气中有较大差别，且水下接触爆炸对水下结构物的输入载荷强度非常大，铜柱压缩法并不适用于水中爆炸情形，目前对于炸药水下性能测试的尚没有一种简便易行的方法。

发明内容

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种炸药水下爆炸猛度的测量装置及方法，其能够有效测定水下爆炸时作用在水下结构物上的冲量，并以所测得的冲量来最终表征水下爆炸猛度。

本发明的技术方案如下：

本发明所述炸药水下爆炸猛度的测量装置，包括支架，支架上固装有角位移测量机构，所述角位移测量机构与摆锤之间通过垂向钢丝绳连接；所述角位移测量机构包括固装在支架上的安装座，安装座上可转动地支撑有水平销轴，销轴的轴端与角位移传感器的转动轴固接；钢丝绳上端固定在销轴上，钢丝绳下端固定在摆锤上，摆锤一端固接有密封罩，摆锤另一端固接有击砧，击砧包括沿轴向拼接的曲颈段和直颈段，曲颈段和直颈段为可拆式固定连接，曲颈段的外壁面为内凹曲面，直颈段为锥形体，击砧整体为一个渐缩结构，曲颈段的大头端与摆锤固接，曲颈段与直颈段的拼接面之间设有橡胶垫。

其进一步技术方案为：

所述击砧采用45#钢，硬度为HRC50～HRC55。

所述曲颈段的小头端设有凸部，直颈段的大径端设有凹槽，所述凸部与所述凹槽接合，橡胶垫嵌在所述凸部与所述凹槽之间。

所述曲颈段和直颈段通过轴向螺栓紧固连接。

所述角位移测量机构的数量为两个，每一个所述角位移测量机构与摆锤之间均通过一垂向钢丝绳连接，两个钢丝绳对称设置在由摆锤、密封罩、击砧形成的摆体的重心的两侧。

所述支架包括由方管组成的上侧架、左侧架、右侧架，左侧架、右侧架对称设置在上侧架的两侧，三个侧架形成一个U形架体，上侧架上设有横向安装管，销轴的轴向与横向安装管的轴向垂直，安装座与横向安装管通过法兰板固接；横向安装管与左侧架、右侧架之间均连接有加强管一；支架(1内设有中层架，中层架与上侧架的对角之间设有加强管二。

所述销轴上设有钢丝铅封，钢丝绳上端固定在钢丝铅封上。

本发明所述炸药水下爆炸猛度的测量方法，包含以下步骤：

第一步，将支架固定置于水中，所述角位移测量机构露出并高出水面，击砧上直颈段的小径端与炸药试样包接触，炸药试样包与水面的间距大于爆炸气泡的最大半径的两倍；

第二步，对摆锤的初速度与最大摆角的函数关系进行标定：将由摆锤、密封罩和击砧形成的摆体拉至不同角度并释放，并测量对应的角位移，从而得到角位移测量曲线，对角位移测量曲线进行微分求得初速度最大值，同时记录标定试验中角位移传感器测出的最大摆角，初速度即摆体在从初始位置释放后第一次经过最低点的速度，最大摆角即所述摆体从初始位置释放后第一次经过最低点后所达到的最大上升摆角，由此建立初速度与摆角的标定函数：V＝a·θ+b，式中，V为摆体在最低点时的速度，θ为对应的最大摆角，a及b为拟合系数；

第三步，起爆炸药试样包，同时启动数据采集与分析处理系统，记录在整个爆炸过程中角位移传感器测得的最大摆角，通过第二步得出的初速度与摆角的标定函数，计算出爆炸作用下的摆体的初速度；

第四步，根据第三步计算所得的初速度，根据函数关系I＝M·V计算得到摆体爆炸驱动下的冲量，式中，I为摆体冲量，M为摆体质量。

本发明的技术效果：

本发明所述测量装置通过摆体、角位移测量机构的设置及二者之间的钢丝绳，能够有效测量摆体在炸药爆炸时的最大摆角，并通过此摆角计算获得接触爆炸的冲量，并以冲量来最终表征炸药水下爆炸的猛度；本发明进一步对与炸药接触的击砧进行了结构设置，将其设置为分体式结构，并采用特殊热处理工艺进行处理，能够保证击砧在几次接触爆炸下的相对完整性，橡胶垫能够尽量缓冲直颈段对曲颈段的冲击破坏，将击砧设置呈由直颈段和曲颈段拼接的分体式结构，当击砧头部变形较大或缠身破裂时，易于更换；测试时，本发明所述测量装置摆体部分位于水中，角位移测量机构部分露出水面，保证了炸药的水爆炸条件、摆体的运动条件、角位移传感器的测试条件，且便于观察摆体运动状态及炸药试样包的布放；本发明所述测量方法通过测量炸药水中爆炸作用下摆体的摆角，换算得到摆体的初始运动速度，进一步获得炸药对接触刚性表面的冲量，以此来表征炸药水下接触爆炸冲击波及爆轰产物的驱动能力，为水下接触爆炸载荷定量分析奠定基础。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明的左视结构示意图。

图3为图1中A部放大图。

图4为图1中B部放大图。

图5为击砧的剖视结构示意图。

图6为对摆体的初速度与最大摆角的函数关系进行标定的原理图。

其中：1、支架；101、上侧架；102、左侧架；103、右侧架；104、横向安装管；105、加强管一；106、中层架；107、加强管二；2、安装座；3、销轴；4、角位移传感器；5、钢丝绳；6、摆锤；7、密封罩；8、击砧；801、曲颈段；802、直颈段；803.法兰连接端；9、橡胶垫；10、螺栓；11、法兰板；12、钢丝铅封；13、轴承；14、密封圈；15、支板。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

见图1、图2、图3、图4，本发明所述炸药水下爆炸猛度的测量装置包括支架1，支架1上固装有角位移测量机构，所述角位移测量机构与摆锤6之间通过垂向钢丝绳5连接，摆锤6为实心的柱形钢体，优选采用Q235钢；所述角位移测量机构包括固装在支架1上的安装座2，安装座2上通过轴承13可转动地支撑有水平销轴3，销轴3的轴端与角位移传感器4的转动轴固接，角位移传感器4通过支板15与安装座2固接；钢丝绳5上端固定在销轴3上，钢丝绳5下端固定在摆锤6上，摆锤6一端固接有密封罩7，具体地，摆锤6的端面上设有凸部，密封罩7为半球形罩体，密封罩7的开口端设有凹槽，摆锤6的所述凸部与密封罩7的所述凹槽接合，且二者之间设有密封圈14，摆锤6另一端固接有击砧8，见图5，所述击砧8包括沿轴向拼接的曲颈段801和直颈段802，曲颈段801和直颈段802为可拆式固定连接，具体地，曲颈段801和直颈段802通过轴向螺栓10紧固连接，曲颈段801的外壁面为内凹曲面，直颈段802为锥形体，击砧8整体为一个渐缩结构，曲颈段801的大头端设有法兰连接端803，法兰连接端803与摆锤6固接，曲颈段801与直颈段802的拼接面之间设有橡胶垫9，进一步地，曲颈段801的小头端设有凸部，直颈段802的大径端设有凹槽，通过曲颈段801的所述凸部与直颈段802凹所述凹槽接合，橡胶垫9嵌在所述凸部与所述凹槽之间。

为了进一减小击砧8在炸药爆炸时破裂的风险，所述击砧8采用45#钢，通过整体调质后对击砧8的端面进行高频淬火，淬火深处大于或等于0.5mm，通过上述热处理确保击砧8的硬度为HRC50～HRC55。

进一步地，所述角位移测量机构的数量为两个，每一个所述角位移测量机构与摆锤6之间均通过一垂向钢丝绳5连接，两个钢丝绳5对称设置在由摆锤6、密封罩7、击砧8形成的摆体的重心的两侧。

具体地，所述支架1包括由方管组成的上侧架101、左侧架102、右侧架103，左侧架(102、右侧架103对称设置在上侧架101的两侧，三个侧架形成一个U形架体，上侧架101上设有横向安装管104，销轴3的轴向与横向安装管104的轴向垂直，安装座2与横向安装管104通过法兰板11固接；横向安装管104与左侧架102、右侧架103之间均连接有加强管一105；支架(1内设有中层架106，中层架106与上侧架101的对角之间设有加强管二107。

销轴3上设有钢丝铅封12，钢丝绳5上端固定在钢丝铅封12上。

在实际使用时，两根钢丝绳5兼顾重量和强度因素，选用2mm的钢丝绳，角位移传感器4的量程至少为30°，响应频率至少为100Hz,通过钢丝绳5长度和摆锤6重量的调节，使摆体的最大摆角在10°～15°范围内。本发明所述炸药水下爆炸猛度的测量方法，包含以下步骤：

第一步，将支架1固定置于水中，角位移测量机构露出并高出水面，击砧8上直颈段802的小径端与炸药试样包接触，炸药试样包与水面的间距大于爆炸气泡的最大半径的两倍；

第二步，对摆锤6的初速度与最大摆角的函数关系进行标定：见图6，将由摆锤6、密封罩7和击砧8形成的摆体拉至不同角度并释放，并通过角位移传感器4测量对应的角位移，所述角位移指代摆体从初始位置释放后第一次经过最低点后所达到的最大上升摆角，从而得到角位移测量曲线，对角位移测量曲线进行微分求得初速度V的最大值，同时记录标定试验中角位移传感器4测出的最大摆角θ，初速度即摆体在从初始位置释放后第一次经过最低点的速度，最大摆角即摆体从初始位置释放后第一次经过最低点后所达到的最大上升摆角，由此建立初速度与摆角的标定函数V＝a·θ+b，式中，V为摆体在最低点时的速度，θ为对应的最大摆角,a及b为拟合系数；见图6，图中圆圈代表摆体，竖向直线表示钢丝绳，摆体释放的初始位置为C，最低点位置为C′，摆体从初始位置释放后第一次经过最低点后所达到的最大上升摆角的位置为C″，图示箭头为释放方向，为方便示意，图6中使用附图标记16表示由摆锤6、密封罩7和击砧8形成的摆体，O点表示摆体16的摆动中心；

第三步，起爆炸药试样包，同时启动数据采集与分析处理系统，记录在整个爆炸过程中角位移传感器4测得的最大摆角，通过第二步得出的初速度与摆角的标定函数，计算出爆炸作用下的摆体的初速度；

第四步，根据第三步计算所得的初速度，根据函数关系I＝M·V计算得到摆体爆炸驱动下的冲量，式中，I为摆体冲量，M为摆体质量。

试验过程中，对击砧进行影像记录与外观检测。本发明的支架1中的左侧架102及右侧架可以设置成伸缩的架体，即将其中的竖向支撑方管均设置成双层套管，并通过定位销钉来实现支架的伸缩功能，以满足不同的水深要求。对不同炸药进行试验时，可以以TNT测量结果作为基准量，将其它类型炸药的测量结果与TNT比较得到爆炸猛度的TNT当量。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (8)

1.炸药水下爆炸猛度的测量装置，其特征在于：包括支架(1)，支架(1)上固装有角位移测量机构，所述角位移测量机构与摆锤(6)之间通过垂向钢丝绳(5)连接；所述角位移测量机构包括固装在支架(1)上的安装座(2)，安装座(2)上可转动地支撑有水平销轴(3)，销轴(3)的轴端与角位移传感器(4)的转动轴固接；钢丝绳(5)上端固定在销轴(3)上，钢丝绳(5)下端固定在摆锤(6)上，摆锤(6)一端固接有密封罩(7)，摆锤(6)另一端固接有击砧(8)，击砧(8)包括沿轴向拼接的曲颈段(801)和直颈段(802)，曲颈段(801)和直颈段(802)为可拆式固定连接，曲颈段(801)的外壁面为内凹曲面，直颈段(802)为锥形体，击砧(8)整体为一个渐缩结构，曲颈段(801)的大头端与摆锤(6)固接，曲颈段(801)与直颈段(802)的拼接面之间设有橡胶垫(9)。

2.按权利要求1所述的炸药水下爆炸猛度的测量装置，其特征在于：所述击砧(8)采用45#钢，硬度为HRC50～HRC55。

3.按权利要求1所述的炸药水下爆炸猛度的测量装置，其特征在于：所述曲颈段(801)的小头端设有凸部，直颈段(802)的大径端设有凹槽，所述凸部与所述凹槽接合，橡胶垫(9)嵌在所述凸部与所述凹槽之间。

4.按权利要求1所述的炸药水下爆炸猛度的测量装置，其特征在于：所述曲颈段(801)和直颈段(802)通过轴向螺栓(10)紧固连接。

5.按权利要求1所述的炸药水下爆炸猛度的测量装置，其特征在于：所述角位移测量机构的数量为两个，每一个所述角位移测量机构与摆锤(6)之间均通过一垂向钢丝绳(5)连接，两个钢丝绳(5)对称设置在由摆锤(6)、密封罩(7)、击砧(8)形成的摆体的重心的两侧。

6.按权利要求1所述的炸药水下爆炸猛度的测量装置，其特征在于：所述支架(1)包括由方管组成的上侧架(101)、左侧架(102)、右侧架(103)，左侧架(102)、右侧架(103)对称设置在上侧架(101)的两侧，三个侧架形成一个U形架体，上侧架(101)上设有横向安装管(104)，销轴(3)的轴向与横向安装管(104)的轴向垂直，安装座(2)与横向安装管(104)通过法兰板(11)固接；横向安装管(104)与左侧架(102)、右侧架(103)之间均连接有加强管一(105)；支架(1内设有中层架(106)，中层架(106)与上侧架(101)的对角之间设有加强管二(107)。

7.按权利要求1所述的炸药水下爆炸猛度的测量装置，其特征在于：所述销轴(3)上设有钢丝铅封(11)，钢丝绳(5)上端固定在钢丝铅封(11)上。

8.一种利用权利要求1至7任一权利要求所述的炸药水下爆炸猛度的测量装置对炸药猛度进行测量的方法，其特征在于，包含以下步骤：

第一步，将支架(1)固定置于水中，所述角位移测量机构露出并高出水面，击砧(8)上直颈段(802)的小径端与炸药试样包接触，炸药试样包与水面的间距大于爆炸气泡的最大半径的两倍；

第二步，对摆锤(6)的初速度与最大摆角的函数关系进行标定：将由摆锤(6)、密封罩(7)和击砧(8)形成的摆体拉至不同角度并释放，并测量对应的角位移，从而得到角位移测量曲线，对角位移测量曲线进行微分求得初速度最大值，同时记录标定试验中角位移传感器(4)测出的最大摆角，初速度即摆体在从初始位置释放后第一次经过最低点的速度，最大摆角即所述摆体从初始位置释放后第一次经过最低点后所达到的最大上升摆角，由此建立初速度与摆角的标定函数：V＝a·θ+b，式中,V为摆体在最低点时的速度,θ为对应的最大摆角,a及b为拟合系数；

第三步，起爆炸药试样包，同时启动数据采集与分析处理系统，记录在整个爆炸过程中角位移传感器(4)测得的最大摆角，通过第二步得出的初速度与摆角的标定函数，计算出爆炸作用下的摆体的初速度；

第四步，根据第三步计算所得的初速度，根据函数关系I＝M·V计算得到摆体爆炸驱动下的冲量，式中，I为摆体冲量，M为摆体质量。