CN107356487B - 猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置，包括炸药柱、间隙隔板、缓冲隔板、上置反射层、振动台和下置反射层，所述炸药柱放置在间隙隔板上端面的圆孔内，间隙隔板下端面与缓冲隔板接触，炸药柱与缓冲隔板中间存在一个空气隙。缓冲隔板的下端面与上置反射层的上端面接触，上置反射层的下端面有一个圆柱形凹槽，该圆柱形凹槽与振动台的上端面接触；振动台的下端面放置在下置反射层的上端面的圆柱形凹槽内；上置反射层、振动台和下置反射层通过螺栓进行轴线固定。本发明成本低、耗时短、占地小，具有极大的实际应用价值。

Description

猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置

技术领域

本发明涉及一种高过载加载装置，具体涉及一种猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置，属于高过载加载技术领域。

背景技术

随着侵彻类武器的广泛应用，对武器系统各个零部件如火工品的抗高过载性能提出了更高的要求，例如在弹丸穿过45#钢靶的过程中，其峰值加速度可以达到10万g以上，持续时间可以达到ms量级。目前，常用的高过载加载技术有82mm火炮、85mm火炮、156mm火炮、平衡炮以及火箭撬等试验技术，这些试验技术往往需要占用若干平方公里的试验场地，并且成本较高(以85mm火炮为例，其单发成本为10万元以上，平衡炮和火箭撬单发成本甚至需要百万元)。除了成本高昂以外，上述加载技术试验周期较长，难以大量使用。因此，发展一种低成本、短耗时、占地小的高过载加载手段，成为抗过载产品研发的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种低成本、短耗时、占地小的猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置，包括炸药柱、间隙隔板、缓冲隔板、上置反射层、振动台和下置反射层，所述炸药柱放置在间隙隔板上端面的圆孔内，间隙隔板下端面与缓冲隔板接触，炸药柱与缓冲隔板中间存在一个空气隙。缓冲隔板的下端面与上置反射层的上端面接触，上置反射层的下端面有一个圆柱形凹槽，该圆柱形凹槽与振动台的上端面接触；振动台的下端面放置在下置反射层的上端面的圆柱形凹槽内；上置反射层、振动台和下置反射层通过螺栓进行轴线固定。

更进一步的方案是：

在装配时，应确保振动台的上端面和下端面分别与上置反射层和下置反射层紧密接触。

更进一步的方案是：

所述炸药柱材料为猛炸药。

更进一步的方案是：

所述猛炸药为LLM-105、TNT、HNS、CL-20、TATB中的任意一种。

更进一步的方案是：

所述间隙隔板和缓冲隔板的材料为有机玻璃、铝或钢。

更进一步的方案是：

所述上置反射层和下置反射层的材料波阻抗大于振动台的材料。

更进一步的方案是：

所述上置反射层采用不锈钢、钨合金；振动台采用钛合金、7075铝；上置反射层采用不锈钢、钨合金。

更进一步的方案是：

所述下置反射层材料与上置反射层材料相同或者不同。

更进一步的方案是：

上置反射层和下置反射层的凹槽均采用负公差设计，振动台安装于反射层凹槽的凸出部分采用正公差设计。

本发明的作用原理是：炸药柱被起爆后，爆轰产物的压力经过间隙隔板形成的空气隙衰减后，作用在缓冲隔板上，压缩波经过缓冲隔板的进一步衰减后，进入上置反射层，并经过上置反射层进入振动台，压缩波经过振动台再进入下置反射层。在材料选择时，上置反射层和下置反射层采用波阻抗应明显大于振动台的材料，因此，压缩波在传播至振动台和上置反射层的接触面时，将向振动台中反射压缩波；同理，压缩波在传播至振动台和下置反射层的接触面时，同样将向振动台中反射压缩波，因此振动台处于多次压缩波的作用下，营造出类似于侵彻过程的高过载环境。

试验过程中，上置反射层、振动台和下置反射层需要保证紧密接触，因此，需要采用螺栓等方式将上置反射层、振动台和下置反射层固定在一起。

本发明的有益效果是，本发明可以通过改变间隙隔板的尺寸，灵活调整空气隙的大小，改变爆轰产物施加在缓冲隔板上的峰值压力，从而改变振动台的过载峰值。同时，可以通过改变上置反射层和下置反射层的高度，改变过载作用时间，当上置反射层和下置反射层高度越小时，其过载作用时间越小。主要有以下优势：

1)成本低：由于该技术所有材料均可以采用不锈钢、铝等常见的材料，成本位数千元，比火炮、平衡炮等降低了约10倍左右；

2)耗时短：可明显缩短试验周期，提高研发效率；

3)占地小：相比于火炮、平衡炮等技术需要大型的外场，该试验仅需要占用100m²左右的场地。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明实施例的振动台内部质点的加速度-时间变化曲线图。

其中，1－炸药柱，2－间隙隔板，3－缓冲隔板，4－上置反射层，5－振动台，6－下置反射层，7－空气隙。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如附图1所示，猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置，包括炸药柱1、间隙隔板2、缓冲隔板3、上置反射层4、振动台5和下置反射层6，所述炸药柱1放置在间隙隔板2上端面的圆孔内，间隙隔板2下端面与缓冲隔板3接触，炸药柱与缓冲隔板中间存在一个空气隙7。缓冲隔板3的下端面与上置反射层4的上端面接触，上置反射层4的下端面有一个圆柱形凹槽，该圆柱形凹槽与振动台5的上端面接触；振动台5的下端面放置在下置反射层6的上端面的圆柱形凹槽内；上置反射层、振动台和下置反射层通过螺栓进行轴线固定。

在装配时，应确保振动台的上端面和下端面分别与上置反射层和下置反射层紧密接触。

下面以一个更具体的实施例对本发明作进一步的说明。

本发明中，炸药柱材料为LLM-105，也可以选用其他类型的猛炸药，如TNT、HNS、CL-20、TATB等，该炸药可采用8#工业雷管直接起爆；间隙隔板主要起到对炸药柱进行定位和控制空气隙厚度的作用，缓冲隔板主要是对压缩波起到进一步衰减的作用，间隙隔板和缓冲隔板的材料可选用有机玻璃、铝、钢等多种材料，对材料性能无特定要求；上置反射层采用不锈钢、钨合金等密度和强度较大的材料，起到向振动台中反射压缩波的作用；振动台选用密度低于上置反射层和下置反射层，但是强度较高的材料，如钛合金、7075铝等材料，振动台内部用于放置和固定待测产品；下置反射层材料可以与上置反射层一致，也可以不一致，但其波阻抗应大于振动台，起到向振动台中反射压缩波的作用。

在装配过程中，为了保证上置反射层、振动台和下置反射层紧密接触，因此上置反射层和下置反射层的凹槽均采用负公差设计，振动台安装于反射层凹槽的凸出部分采用正公差设计。同时，在上置反射层、振动台和下置反射层的边沿上设置了6个周向均匀分布的光孔，在装配过程中，在光孔中插入螺栓进行轴向固定，确保上置反射层、振动台和下置反射层的紧密接触。

通过数值模拟研究方法，对炸药为LLM-105、空气隙厚度为20mm、上置反射层为不锈钢、振动台为7075铝、下置反射层为不锈钢的实例进行了数值仿真。如附图2所示，数值仿真结果表明，其振动台内部质点的加速度峰值接近于弹丸以800m/s的速度穿过10mm厚的45#钢靶的峰值加速度，且有效作用时间大于500μs，验证了本发明的有效性。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (7)

1.猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置，其特征在于：包括炸药柱、间隙隔板、缓冲隔板、上置反射层、振动台和下置反射层，所述炸药柱放置在间隙隔板上端面的圆孔内，间隙隔板下端面与缓冲隔板接触，炸药柱与缓冲隔板中间存在一个空气隙；缓冲隔板的下端面与上置反射层的上端面接触，上置反射层的下端面有一个圆柱形凹槽，该圆柱形凹槽与振动台的上端面接触；振动台的下端面放置在下置反射层的上端面的圆柱形凹槽内；上置反射层、振动台和下置反射层通过螺栓进行轴线固定；

所述上置反射层和下置反射层的材料波阻抗大于振动台的材料；

在装配时，应确保振动台的上端面和下端面分别与上置反射层和下置反射层紧密接触。

2.根据权利要求1所述猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置，其特征在于：

所述炸药柱材料为猛炸药。

3.根据权利要求2所述猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置，其特征在于：

所述猛炸药为LLM-105、TNT、HNS、CL-20、TATB中的任意一种。

4.根据权利要求1所述猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置，其特征在于：

所述间隙隔板和缓冲隔板的材料为有机玻璃、铝或钢。

5.根据权利要求1所述猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置，其特征在于：

所述上置反射层采用不锈钢、钨合金；振动台采用钛合金、7075铝；上置反射层采用不锈钢、钨合金。

6.根据权利要求5所述猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置，其特征在于：

所述下置反射层材料与上置反射层材料相同或者不同。

7.根据权利要求1所述猛炸药作用下基于应力波多次反射的高过载加载装置，其特征在于：

上置反射层和下置反射层的凹槽均采用负公差设计，振动台安装于反射层凹槽的凸出部分采用正公差设计。

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