CN106153284B - 整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置 - Google Patents

整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及动力学爆炸分离冲击环境试验与观测技术领域，具体涉及一种整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置，目的是解决现有的整舱级爆炸冲击试验手段的试验加载方法、谱型控制不完善，无法完全满足新型号的研制需要的问题。其特征在于，它包括三向非均匀分布式加载环、柔性导爆索、边界绳索、三四级级间段柱段、三四级间间段锥段、边界模拟装置、测量系统和波形发生器。本发明采用整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置可实现对实测曲线的全覆盖，所产生的冲击响应谱最高量级约为28000g，拐点频率在1500Hz‑3500Hz之间。完全满足试验技术要求。实施表明，该装置可应用于各型号整舱级爆炸冲击试验，试验效果显著。

Description

整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置
技术领域
本发明涉及动力学爆炸分离冲击环境试验与观测技术领域，具体涉及一种整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置。
背景技术
某型号火箭三四级级间段在飞行过程中上端面和下端面分别采用爆炸螺栓和切割方式进行爆炸分离，该过程经历了严酷的爆炸冲击环境。三四级级间段冲击测量数据表明，三四级在爆炸分离过程中的爆炸冲击环境恶劣，冲击响应谱量级最高在20000g以上。三四级级间段结构紧凑、仪器设备多，产品安装位置冲击量级与高可靠性要求矛盾较突出，这些产品能否承受该爆炸冲击环境，对整个火箭的设计可靠性是至关重要的，可能导致仪器设备失灵、数据传输中断，甚至发射失败等问题。三四级级间段仪器设备多，进行单机试验周期长，成本高，无法满足该型号研制进度需要，该型号明确提出了整舱级爆炸冲击环境考核试验。
地面考核试验按试件分为单机级和整舱级试验。对于小型设备的研制和鉴定、验收试验一般采用单机试验，而对于连接关系复杂的系统或多系统联机考核试验一般采用整舱级试验完成。整舱级试验即可较真实模拟产品的安装方式、系统间连接关系，还可以较真实模拟舱内不同安装点的冲击传递关系。
对于整舱级试验一般采用在正式舱段结构上启爆真实分离装置的方式来产生要求的环境，但是，这种方法无法满足增加冲击量级的要求。并且每次分离都造成结构破坏，修复分离结构的消耗巨大。采用真实舱段结构进行考核试验，成本高、难度大。目前，国内整舱结构高量级冲击响应谱试验技术研究较少，缺乏相关资料及经验。现有的爆炸冲击试验能力，特别是整舱级爆炸冲击试验手段的试验加载方法、谱型控制不完善，无法完全满足新型号的研制需要。为满足型号发展需求，亟需开展整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化技术研究。
发明内容
本发明的目的是解决现有的整舱级爆炸冲击试验手段的试验加载方法、谱型控制不完善，无法完全满足新型号的研制需要的问题，提供了一种将激励源设计加载、三向非均匀分布式加载环、整舱级爆炸冲击试验条件三者融合设计，能够满足整舱级爆炸冲击模拟试验多个控制点、多个方向冲击响应谱型覆盖性，加载谱型与实测曲线拐点频率、冲击谱量级基本相似并全覆盖实测曲线要求的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置。
本发明是这样实现的：
一种整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置，包括三向非均匀分布式加载环、柔性导爆索、边界绳索、三四级级间段柱段、三四级间间段锥段、边界模拟装置、测量系统和波形发生器；边界绳索安装在三四级级间段柱段的上端；三四级间间段锥段与三四级级间段柱段为一整体结构；三向非均匀分布式加载环安装在三四级级间段柱段与三四级间间段锥段过渡处的外侧；柔性导爆索安装在三向非均匀分布式加载环上；波形发生器位于三向非均匀分布式加载环和柔性导爆索之间；边界绳索安装在边界模拟装置上；测量系统安装在三四级级间段柱段上。
如上所述的三向非均匀分布式加载环整体为圆环形，在圆环形的上部设置有多个加载环与级间段连接对接孔，在圆环形下部的外表面上设置有柔性导爆索安装聚能槽；三向非均匀分布式加载环通过加载环与级间段连接对接孔与三四级级间段柱段通过螺栓连接；三向非均匀分布式加载环整体采用A3钢制成。
如上所述的柔性导爆索固定在柔性导爆索安装聚能槽内部，柔性导爆索将波形发生器压紧在柔性导爆索安装聚能槽内。
如上所述的柔性导爆索固定在三向非均匀分布式加载环的内表面上，柔性导爆索将波形发生器压紧在三向非均匀分布式加载环的内表面，三向非均匀分布式加载环将柔性导爆索和波形发生器压紧在三四级级间段柱段的外表面上。
如上所述的边界绳索采用钢丝绳实现。
如上所述的边界模拟装置由基座和横梁组成，基座与地面基础连接，横梁与基座连接，横梁的下端与吊葫芦连接，边界绳索挂接在吊葫芦上；边界模拟装置整体采用铸钢实现。
如上所述的测量系统包括Dewetron数据采集器、测量电缆、电荷放大器、冲击加速度传感器和电荷—电压转换模块；冲击加速度传感器安装在三四级级间段柱段的外表面上，通过电缆与电荷放大器的一端连接；电荷放大器的另一端通过电缆与电荷—电压转换模块的一端连接；电荷—电压转换模块的另一端与Dewetron数据采集器连接。
如上所述的波形发生器采用毛毡和橡胶组成。
本发明的有益效果是：
本发明包括三向非均匀分布式加载环、柔性导爆索、边界绳索、三四级级间段柱段、三四级间间段锥段、边界模拟装置、测量系统和波形发生器。本发明能够实现整舱级爆炸冲击试验冲击响应谱量级28000g；设计了全新三向非均匀分布式加载环可实现三方向能量非均匀分布式加载控制且同时产生较高的爆炸冲击环境；实现了整舱级爆炸冲击模拟试验多控制点、多方向冲击响应谱型覆盖性，加载谱型与实测曲线拐点频率、冲击谱量级基本相似并全覆盖实测曲线；实现了整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化的融合控制及参数调节；采用本装置，解决了国家某重点运载火箭型号三四级级间段整舱爆炸冲击试验问题，为型号研制工作提供了有效的支撑。
附图说明
图1是本发明的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置的结构图；
图2是本发明的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置的三向非均匀分布式加载环的结构图；
图3是本发明的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置的三向非均匀分布式加载环的仰视图；
图4是本发明的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置的三向非均匀分布式加载环的A1向剖视图；
图5是本发明的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置的三向非均匀分布式加载环的A2向剖视图。
其中：1.三向非均匀分布式加载环，2.柔性导爆索，3.边界绳索，4.三四级级间段柱段，5.三四级间间段锥段，6.边界模拟装置，7.测量系统，101.加载环与级间段连接对接孔，102.柔性导爆索安装聚能槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图1所示，一种整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置，包括三向非均匀分布式加载环1、柔性导爆索2、边界绳索3、三四级级间段柱段4、三四级间间段锥段5、边界模拟装置6、测量系统7和波形发生器。边界绳索3安装在三四级级间段柱段4的上端。三四级间间段锥段5与三四级级间段柱段为一体结构。三向非均匀分布式加载环1安装在三四级级间段柱段4与三四级间间段锥段5过渡处的外侧。三向非均匀分布式加载环1用于实现柔性导爆索三方向能量非均匀分布式加载控制且同时产生爆炸冲击环境。柔性导爆索2安装在三向非均匀分布式加载环1上。柔性导爆索2用于爆炸激励源。波形发生器位于三向非均匀分布式加载环1和柔性导爆索2之间。波形发生器用于控制加载谱型。边界绳索3安装在边界模拟装置6的下端。边界绳索3和边界模拟装置6用于固定整个装置。测量系统7安装在三四级级间段柱段4的上。测量系统7用于测量爆炸产生的冲击加速度。
如图2至图5所示，三向非均匀分布式加载环1整体为圆环形，在圆环形的上部设置有多个加载环与级间段连接对接孔101，在圆环形下部的外表面上设置有柔性导爆索安装聚能槽102。三向非均匀分布式加载环1通过加载环与级间段连接对接孔101与三四级级间段柱段4通过螺栓连接。三向非均匀分布式加载环1整体采用A3钢制成。
柔性导爆索2可以固定在柔性导爆索安装聚能槽102内部，柔性导爆索2将波形发生器压紧在柔性导爆索安装聚能槽102内。柔性导爆索2也可以固定在三向非均匀分布式加载环1的内表面上，柔性导爆索2将波形发生器压紧在三向非均匀分布式加载环1的内表面，三向非均匀分布式加载环1将柔性导爆索2和波形发生器压紧在三四级级间段柱段4的外表面上。
边界绳索3采用钢丝绳实现。
边界模拟装置6由基座和横梁组成，基座与地面基础连接，横梁与基座连接，横梁的下端与吊葫芦连接，边界绳索3挂接在吊葫芦上。边界模拟装置6整体采用铸钢实现。
测量系统7包括Dewetron数据采集器、测量电缆、电荷放大器、冲击加速度传感器和电荷—电压转换模块。冲击加速度传感器安装在三四级级间段柱段4的外表面上，通过电缆与电荷放大器的一端连接。电荷放大器的另一端通过电缆与电荷—电压转换模块的一端连接。电荷—电压转换模块的另一端与Dewetron数据采集器连接。
波形发生器采用毛毡和橡胶组成。
试验开始后，首先通过边界绳索3与三四级级间段柱段4与三四级间间段锥段5连接，固定在边界模拟装置6。然后将测量系统7中的冲击加速度传感器安装在三四级级间段柱段4上，检查冲击加速度传感器信号是否正常，并对测量系统7的整个工作状态进行检查。测量系统正常后，则安装三向非均匀分布式加载环1、波形发生器和柔性导爆索2和雷管，最后将整个试验系统与边界模拟装置6连接。连接完成后，对整个系统进行检查，所有分系统工作正常后准备进行试验。试验开始时，起爆雷管引爆柔性导爆索2，测量系统7获取三四级级间段柱段4上的冲击加速度数据。对采集的冲击加速度数据进行冲击响应谱分析，通过调整边界状态，三向非均匀分布式加载环1的材料、结构和尺寸及其与三四级级间段柱段4的连接方式，柔性导爆索2中炸药的种类、分布形式、爆炸当量及波形发生器，聚能槽102的槽深、结构尺寸、位置等来控制冲击响应谱型，实现整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化。
本发明包括三向非均匀分布式加载环1、柔性导爆索2、边界绳索3、三四级级间段柱段4、三四级间间段锥段5、边界模拟装置6、测量系统7和波形发生器。采用整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置可实现多控制点、多方向冲击响应谱型覆盖性，加载谱型与实测曲线拐点频率、冲击谱量级基本相似并全覆盖实测曲线，所产生的冲击响应谱最高量级约为28000g，拐点频率在1500Hz-3500Hz之间。完全满足试验技术要求。实施表明，该方法可应用于航天运载和导弹武器等型号整舱级爆炸冲击试验，试验效果显著。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (8)

1.一种整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置，其特征在于：它包括三向非均匀分布式加载环(1)、柔性导爆索(2)、边界绳索(3)、三四级级间段柱段(4)、三四级间间段锥段(5)、边界模拟装置(6)、测量系统(7)和波形发生器；边界绳索(3)与三四级级间段柱段(4)的连接；三四级间间段锥段(5)位于三四级级间段柱段(4)的下端；三向非均匀分布式加载环(1)安装在三四级级间段柱段(4)与三四级间间段锥段(5)过渡处的外侧；柔性导爆索(2)安装在三向非均匀分布式加载环(1)上；波形发生器位于三向非均匀分布式加载环(1)和柔性导爆索(2)之间；边界绳索(3)固定在边界模拟装置(6)上；测量系统(7)安装在三四级级间段柱段(4)上。
2.根据权利要求1所述的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置，其特征在于：所述的三向非均匀分布式加载环(1)整体为圆环形，在圆环形的上部设置有多个加载环与级间段连接对接孔(101)，在圆环形下部的外表面上设置有柔性导爆索安装聚能槽(102)；三向非均匀分布式加载环(1)通过加载环与级间段连接对接孔(101)与三四级级间段柱段(4)通过螺栓连接；三向非均匀分布式加载环(1)整体采用A3钢制成。
3.根据权利要求2所述的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置，其特征在于：所述的柔性导爆索(2)固定在柔性导爆索安装聚能槽(102)内部，柔性导爆索(2)将波形发生器压紧在柔性导爆索安装聚能槽(102)内。
4.根据权利要求2所述的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置，其特征在于：所述的柔性导爆索(2)固定在三向非均匀分布式加载环(1)的内表面上，柔性导爆索(2)将波形发生器压紧在三向非均匀分布式加载环(1)的内表面，三向非均匀分布式加载环(1)将柔性导爆索(2)和波形发生器压紧在三四级级间段柱段(4)的外表面上。
5.根据权利要求1所述的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置，其特征在于：所述的边界绳索(3)采用钢丝绳实现。
6.根据权利要求1所述的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置，其特征在于：所述的边界模拟装置(6)由基座和横梁组成，基座与地面基础连接，横梁与基座连接，横梁的下端与吊葫芦连接，边界绳索(3)挂接在吊葫芦上；边界模拟装置(6)整体采用铸钢实现。
7.根据权利要求1所述的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置，其特征在于：所述的测量系统(7)包括Dewetron数据采集器、测量电缆、电荷放大器、冲击加速度传感器和电荷—电压转换模块；冲击加速度传感器安装在三四级级间段柱段(4)的外表面上，通过电缆与电荷放大器的一端连接；电荷放大器的另一端通过电缆与电荷—电压转换模块的一端连接；电荷—电压转换模块的另一端与Dewetron数据采集器连接。
8.根据权利要求1所述的整舱级爆炸冲击试验加载与谱型控制一体化装置，其特征在于：所述的波形发生器采用毛毡和橡胶组成。
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