CN107655649A - 一种圆筒型双室结构内爆炸试验装置 - Google Patents

一种圆筒型双室结构内爆炸试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种圆筒型双室结构内爆炸试验装置，由前端盖101、爆炸室侧壁102、观测室侧壁201、后端盖202、防弹玻璃观察窗203、试验薄板3、装药支撑杆103及传感器安装组件5组成；其中前端盖101安装于爆炸室侧壁102首端，后端盖202安装于观测室测壁201尾端，爆炸室侧壁102尾端和观测室侧壁201首端通过法兰盘结构密封连接，法兰盘中间夹持试验薄板3形成密闭双室结构——密闭爆炸室1和密闭观测室2；采用本发明的内爆炸试验装置，能够开展内爆炸条件下的舰船舱室爆炸载荷传播规律及舱室板架结构毁伤特性研究试验，解决了现有试验装置缺乏、试验数据重复性、一致性差的问题。

Description

一种圆筒型双室结构内爆炸试验装置
技术领域
本发明属于内爆炸试验装置技术领域，具体涉及一种圆筒型双室结构内爆炸试验装置。
背景技术
水面舰船既是海战的主要作战平台，又是海战的重要打击目标，内爆炸是对水面舰船实施打击的一种重要毁伤模式，研究舰船在内爆炸载荷作用下的结构毁伤特性对舰船目标的打击和防护均具有重要的意义。
水面舰船是以板架结构为重要组成的多舱室半密闭大型目标，因此，板架结构和以板架结构为基本单元组成的舱室结构是舰船目标的两种典型结构，研究战斗部/装药内爆炸载荷在舱室结构上的分布规律、板架结构在内爆炸载荷下的毁伤特性，以及爆炸舱室壁板破口后内爆炸载荷在邻舱室结构上的分布特性是内爆炸作用下舰船目标毁伤特性研究的重要内容。上述三方面研究涉及的内容是战斗部/装药内爆炸载荷对典型舰船结构作用过程的不同阶段，相互间具有很强的关联性，然而受目标体积、复杂程度和研究经费及试验手段等因素的限制，目前还没有一个试验装置可将上述三个方面的试验内容通过一次试验完成。对于板架结构在内爆炸载荷下的毁伤特性，通常采用图1所示试验方式进行，这种开放式试验装置不能完全说明板架结构在内爆炸作用下的毁伤特性。对于爆炸载荷在舱室结构上的分布规律研究则通常采用单舱室或多舱室缩比模型开展试验研究，然而舰船舱室缩比模型加工工艺一致性较难控制，焊接的均匀性和一致性问题尤其突出，焊缝强度通常低于原型，在内爆炸试验过程中舱室板架结构往往还没有达到毁伤的程度，焊缝就已经破坏，对于具有统计规律的爆炸试验而言，同一个工况条件通常需要进行多次重复试验，缩比舱室不能重复使用，而加工工艺的一致性又不能得到较好的控制，两次试验使用的缩比舱室焊接强度不同，进而导致同一工况的多发试验数据重复性、一致性较差。
从上述分析可知，现有试验装置存在以下两个方面的问题：
①现有试验装置不能通过一个试验既研究板架结构的内爆炸毁伤特性，又研究爆炸舱室和邻室的内爆炸载荷分布规律，要完整研究战斗部/装药内爆炸载荷对典型舰船结构作用过程的三个阶段还缺乏相应的试验装置；
②试验装置不能重复使用，加工艺一致性难以控制，同一工况下的多发试验数据重复性、一致性差。
发明内容
本发明提供了一种圆筒型双室结构内爆炸试验装置，可用于开展内爆炸环境下的舰船板架结构毁伤特性、装药内爆炸载荷在爆炸舱室和邻室结构上的分布规律研究，解决了现有试验装置缺乏、试验数据重复性、一致性差的问题。
为了实现上述技术要求，本发明采取如下的技术解决方案：
一种圆筒型双室结构内爆炸试验装置，由前端盖、爆炸室侧壁、观测室侧壁、后端盖、防弹玻璃观察窗、试验薄板、装药支撑杆及传感器安装组件组成；
所述爆炸室侧壁和观测室侧壁为尺寸相同的钢质圆筒结构，前端盖安装于爆炸室侧壁首端，后端盖安装于观测室侧壁尾端，爆炸室侧壁尾端和观测室侧壁首端通过法兰盘结构密封连接，法兰盘中间夹持试验薄板形成密闭双室结构——密闭爆炸室和密闭观测室，试验薄板为密闭爆炸室和密闭观测室的公共壁面；
所述装药支撑杆固连于爆炸室侧壁的中部，其轴线过密闭爆炸室的几何中心，试验时用于固定试验装药；后端盖中心开孔，开孔处安装防弹玻璃观察窗，以便使用光学仪器观测试验薄板的变形或破坏过程；
所述前端盖、爆炸室侧壁壁面、观测室侧壁及后端盖上设置有传感器安装组件，可安装爆炸冲击波压力传感器、准静态传感器、温度传感器，以获取内爆炸载荷参量。
所述试验薄板和装药支撑杆在进行不同工况、不同研究目的的试验时，可根据试验要求更换，其他部件重复使用。
所述密闭爆炸室侧壁、密闭观测室侧壁、前端盖、后端盖、防弹玻璃观察窗的强度远大于试验薄板的强度，为10倍以上。
进一步，所述装药支撑杆的高度由试验装药的尺寸确定，其高度与装药半径之和与爆炸室半径相等。
所述爆炸室侧壁与观测室侧壁的连接法兰盘上设置有密封半球和螺孔，爆炸室侧壁、观测室侧壁、试验薄板三者由螺栓固连。
该圆筒型双室内爆炸试验装置能够较好模拟装药在舱室内的爆炸状况，为研究内爆炸载荷载荷作用下的舱室毁伤特性提供了手段，同时又可重复使用，解决了以往舱室缩比模型的加工工艺不一致引起的数据重复性差等问题，具体的有益效果体现在以下两个方面：
①该试验装置可通过一个试验，既完成板架结构的毁伤特性研究，又完成爆炸舱室和邻室的内爆炸载荷分布规律研究，为完整研究战斗部/装药内爆炸载荷对典型舰船结构作用过程的三个阶段解决了试验装置缺乏的问题；
②该试验装置可重复使用，进行不同工况、不同目的试验时，只需根据试验方案更换试验薄板即可，试验薄板采用法兰盘夹持的方式，其工艺一致性较好控制，每次试验的连接强度相当，同一工况多次试验获得的数据重复性、一致性较好。
附图说明
图1是目前常用的板架结构在爆炸载荷下的毁伤特性试验示意图。
图2是本发明所述内爆炸试验装置结构组成示意图，其中：1—密闭爆炸室、101—前端盖、102—爆炸室侧壁、103—装药支撑杆；2—密闭观测室、201—观测室侧壁、202—后端盖、203—防弹玻璃观察窗；3—试验薄板、4—螺栓、5—传感器安装组件、7—试验装药。
图3是密闭爆炸室与观测室连接法兰盘示意图，其中：3—试验薄板、4—螺栓、6—密封半球。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详述。
具体实施方式
本发明提供了一种圆筒型双室结构内爆炸试验装置，可用于内爆炸环境下板架结构毁伤特性，结构破口后邻室内的爆炸载荷传播特性研究，可同时获取内爆炸载荷参量、板架结构的毁伤过程参量及其变形或破口数据。下面通过具体实施例作进一步阐述。
实施例1
如图2所示，一种圆筒型双室结构内爆炸试验装置，由前端盖101、爆炸室侧壁102、观测室侧壁201、后端盖202、防弹玻璃观察窗203、试验薄板3、装药支撑杆103及传感器安装组件5组成；其中爆炸室侧壁102和观测室侧壁201为钢质圆筒结构，前端盖101安装于爆炸室侧壁102首端，后端盖202安装于观测室测壁201尾端，爆炸室侧壁102尾端和观测室侧壁201首端通过法兰盘结构密封连接，法兰盘中间夹持试验薄板3形成密闭双室结构——密闭爆炸室1和密闭观测室2，试验薄板3为密闭爆炸室1和密闭观测室2的公共壁面。
所述装药支撑杆103固连于爆炸室侧壁102的中部，其轴线过密闭爆炸室中心；密闭观测室2的后端盖202中心开孔，并在开孔处安装防弹玻璃观察窗203，以便使用高速摄影仪、激光多普勒测速仪等光学设备观测试验薄板的变形或破坏过程。
所述圆筒型双室结构内爆炸试验装置的前端盖101、爆炸室侧壁102、观测室侧壁201及后端盖202上设置有传感器安装组件5，可根据试验需要安装冲击波传感器、温度传感器、准静态压力传感器等，用于测量内爆炸载荷。
更进一步，所述圆筒型双室结构内爆炸试验装置可重复使用，进行不同工况、不同研究目的的试验时，只需根据试验要求更换试验薄板3和装药支撑杆103即可。
所述密闭爆炸室侧壁、密闭观测室侧壁、前端盖、后端盖、防弹玻璃观察窗的强度远大于试验薄板的强度，为10倍以上。本实施例中，爆炸室侧壁102和观测室侧壁201为无缝钢质圆筒结构，尺寸为Ф800mm×1600mm，壁厚20mm；前端盖和后端盖的材质为均质钢，厚度20mm；试验薄板为0.8mm和1mm厚钢板。
进一步所述装药支撑杆103的高度由爆炸室尺寸和试验装药尺寸决定，其高度为爆炸室半径减去装药半径，试验时将装药7放置于装药支撑杆103上，能够使装药较好的固定于爆炸室的几何中心。
如图3所示，所述圆筒型双室结构内爆炸试验装置爆炸室1和观测室2的连接法兰盘上设置有密封半球6和螺孔，爆炸室侧壁102与观测室侧壁201、试验薄板3三者由螺栓4固连，在拧紧螺栓的过程中，密封半球挤压试验薄板3的边缘，既保证了连接强度，又保证了密封效果。
本发明试验装置操作步骤具体为：
1.将爆炸室1的侧壁101、观测室2的侧壁201及试验薄板3通过法兰盘固连；
2.在爆炸室前端盖101、爆炸室侧壁102壁面、观测室侧壁201及后端盖202的传感器安装组件5上安装传感器；
3.防弹玻璃观察窗203安装于后端盖202的中心开孔处，然后将后端盖202固连于观测室侧壁201；
4.将高速摄影仪、激光多普勒测速仪放置于防弹玻璃观察窗203外的合适位置；
5.将装药支撑杆103安装于爆炸室侧壁101，并将装药7放置于装药支撑杆103，使装药几何中心与爆炸室几何中心重合；
6.将前端盖102固连于爆炸室侧壁101，起爆装药，同时触发传感器数据采集系统、高速摄影仪、激光多普勒测速仪，记录爆炸室1和观测室2内的爆炸载荷及试验薄板3的破坏过程，完成一次试验；
7.更换试验薄板3，重复步骤5和步骤6，进行下一次试验。
经过实际使用，利用本发明的圆筒型双室结构内爆炸试验装置，能够顺利开展战斗部/装药内爆炸载荷在舱室结构上的分布规律、内爆炸环境下板架结构毁伤特性、板架结构破口后邻室内的爆炸载荷传播特性试验研究，可通过传感器、高速摄影仪、激光多普勒测速仪等测试仪器同时获得内爆炸载荷参量、板架结构的毁伤过程参量及其变形或破口数据，揭示邻室内的爆炸载荷分布规律和不同厚度、材料板架结构的毁伤机理，为舰船目标的毁伤特性研究提供基础。
采用本发明的试验装置开展试验，测得的数据重复性、一致性好。表1为采用本试验装置进行两发试验获得的压力数据对比，两发试验的试验条件相同，试验装药为TNT，装药量80g，测点位于前端盖，由表1数据可知，两次试验数据的相对偏差基本在15％以内，平均相对偏差为12.9％，考虑试验操作误差和仪器误差，两次试验数据的重复性和一致性较好。
表1同一工况下的两次试验数据对比

Claims (5)

1.一种圆筒型双室结构内爆炸试验装置，其特征在于：所述装置包括前端盖(101)、爆炸室侧壁(102)、观测室侧壁(201)、后端盖(202)、防弹玻璃观察窗(203)、试验薄板(3)、装药支撑杆(103)及传感器安装组件(5)；
所述爆炸室侧壁(102)和观测室侧壁(201)为尺寸相同的钢质圆筒结构，前端盖(101)安装于爆炸室侧壁(102)首端，后端盖(202)安装于观测室侧壁(201)尾端，爆炸室侧壁(102)尾端和观测室侧壁(201)首端通过法兰盘结构密封连接，法兰盘中间夹持试验薄板(3)形成密闭双室结构——密闭爆炸室(1)和密闭观测室(2)，试验薄板(3)为密闭爆炸室(1)和密闭观测室(2)的公共壁面；
所述装药支撑杆(103)固连于爆炸室侧壁(102)的中部，其轴线过密闭爆炸室(1)的几何中心；后端盖(202)中心开孔，开孔处安装防弹玻璃观察窗(203)；
所述前端盖(101)、爆炸室侧壁(102)壁面、观测室侧壁(201)及后端盖(202)上设置有传感器安装组件(5)。
2.如权利要求1所述的圆筒型双室结构内爆炸试验装置，其特征在于：试验薄板(3)和装药支撑杆(103)在进行不同工况、不同研究目的的试验时，可根据试验要求更换，其他部件为重复使用部件。
3.如权利要求1所述的圆筒型双室结构内爆炸试验装置，其特征在于：所述密闭爆炸室侧壁(102)、密闭观测室侧壁(201)、前端盖(101)、后端盖(202)、防弹玻璃观察窗(203)的强度为试验薄板强度的10倍以上。
4.如权利要求1所述的圆筒型双室结构内爆炸试验装置，其特征在于：装药支撑杆(103)的高度由试验装药的尺寸确定，其高度与装药半径之和与爆炸室半径相等。
5.如权利要求1所述的圆筒型双室结构内爆炸试验装置，其特征在于：所述爆炸室侧壁(102)与观测室侧壁(201)的连接法兰盘上设置有密封半球(6)和螺孔，爆炸室侧壁(102)、观测室侧壁(201)、试验薄板(3)三者由螺栓(4)固连。
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