CN108061489B - 一种用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置，能够适用于武器弹药的标准破片撞击安全性试验。该装置包括8#雷管、壳体、雷管座、炸药、隔板、弹托和标准破片。采用电起爆方式，8#雷管起爆后，作用于炸药端面并使之被起爆，炸药爆炸产生巨大的能量，通过隔板的衰减作用于弹托和标准破片之上，推动它们高速向前飞行，待它们飞出壳体出口之后，在空气阻力作用下，三瓣弹托迅速分离，只留下标准破片单独以一定速度向前飞行。本发明操作简单，瞬时响应能力强，同步性好，使用方便，对各种武器弹药的标准破片撞击安全性试验均有很好的适用性，可以驱动标准破片达到试验要求的速度，并能很好地提高试验的精度控制。

Description

一种用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置

技术领域

本发明属于武器弹药安全性技术领域，具体为一种用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置。

背景技术

在武器弹药安全性研究领域，美军标MIL-STD-2105D规定了基本安全性试验，主要检验武器弹药的环境适应能力，这是一个连贯性的试验过程，包括28天温湿度循环、振动试验、4天温湿度循环以及12米跌落试验。除此之外，还规定了6项不敏感试验，包括快速烤燃、慢速烤燃、子弹撞击、标准破片撞击、聚能射流和殉爆，主要检验武器弹药遭遇意外安全性时的能力。这其中，标准破片撞击试验是对武器弹药在战场环境下，标准破片高速撞击下的安全性评价与考核的最有效的试验手段。试验方法一般通过一定的方法将标准破片加速到规定速度，然后高速撞击武器弹药，依据试验结果判定武器弹药遭遇标准破片撞击时的不敏感性。

此试验中，如何将标准破片加速到规定速度是试验能否成功的关键，所以要求标准破片发射装置瞬时响应能力强，同步性好，简单方便，可操作性强，同时要对试验的干扰小，确保只有标准破片以规定的速度撞击武器弹药。而现有的标准破片加速装置很难全部满足这些条件，例如使用火炮(30炮或40炮)发射，破片的速度可以达到规定速度，对破片的保护也较好，但是成本高昂，难以承担；如果利用一、二级轻气炮，破片速度也可以达到规定速度，但是成本同样很高，而且不适于在野外作业；使用电磁炮发射，破片速度较高，且连续可调，但是该技术成熟度较低，使用成本高，轨道寿命低，而且对电源的要求特别高，同样也不适于在野外作业。具体如下分析。

电磁发射技术有4方面的主要关键问题，即高功率脉冲电源技术、电力调节控制技术、抗烧蚀技术、轨道、弹丸材料及结构技术。(1)高功率脉冲电源是实现脉冲功率的能量压缩装置。目前，研究的储能形式有电容储能、电感储能、机械能、化学能和核能，前3种是研究重点。电容器储存电能充放电时间短，且安全无噪声，但储能密度低，有漏电，难以长期储存；电感储能是通过断路开关把能量送到负载上，此方式具有储能密度高、体积小、成本低的优点；机械能储能通常采用单极电机储存能量，放电过程中近似恒流源、尺寸小、经济等优点。其缺点为电压低、电感充电时间长、能量利用率较低，且能量需即时存储。脉冲电源为电磁发射过程提供能量，当前实验研究发射效率(出口动能与消耗电能之比)普遍较低。(2)脉冲电源释放的强电流不能直接用于电磁发射，这是由于单脉冲电流产生的电磁推力会伴随很强的震荡，且能量转化效率低。(3)发射轨道材料和结构技术是电磁发射的重要研究领域。传统轨道式发射装置结构为2根轨道与电源相连，其轨道材料通常是单一材料或采用在轨道表面覆盖镀层材料。为了改善轨道发射性能，各类材料和结构技术被提出，包括轨道分级放电，减少焦耳热；采用特殊材料和叠层轨道，以提高轨道电感梯度；在传统的轨道炮内表面嵌入石墨条，以改善电枢与轨道的接触状况等。弹丸在加速过程中，受到多方向结构负荷，轴向加速负荷最大，多数材料会发生塑性变化和破碎。当前往往采用细长的结构设计和复合材料。另一方面，弹丸形变直接影响外弹道飞行的精度。此外，弹丸在炮口的扰动起始角度和角速度必须很小。制导型高速弹丸也是研究的热点，目前研制的某些非制导弹丸上留有制导元件的载荷容积。(4)研究表明，在弹丸经过的轨道电极表面的烧蚀较为严重。烧蚀后轨道电极表面的形貌主要为弧痕、弧坑以及悬挂在上轨道电极上的滴状颗粒。烧蚀不但严重影响射管寿命，且弹丸前存在附着的金属碎块，可能造成发射的失败。在初始加速阶段，电流变化很大，变化的电磁力产生很大的震荡，产生起始段的撞击坑；电枢电阻率低，欧姆热耗少，容易造成与导轨的失接触，引起烧蚀；等离子体电枢不存在与导轨的失接触问题，但电阻率大、压降高和容易产生电弧，因而发射效率较低，更严重的是电弧会产生严重烧蚀。目前，防烧蚀材料在性能上尚不能满足电磁发射的需要。

轻气炮和火炮加载系统具有压力调节范围大、实验精度高以及对场地条件要求不高等优点，广泛应用于材料高压物性和动态响应研究。然而，目前的火炮、二级轻气炮系统均采用固体发射药作为驱动能源，火药燃气的平均相对分子质量大、声速低，发射能力很难提高，因此发展新型高效驱动技术对于科学研究及工程应用具有重要意义。此外，采用固体发射药的气炮系统在运行过程中需要使用硝化棉、火帽、黑火药等火工品，产生大量有毒有害气体，造成环境污染。另一方面，随着公共安全要求的提高及国内外日益严峻的反恐形势，火工品的使用、运输和储存受到越来越严格的限制，致使许多研究机构的火炮、二级轻气炮系统运行受到极大限制，不仅相关研究工作无法正常开展，还造成了设备资源的极大浪费。

发明内容

鉴于以上原因，本发明提供了一种用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置，能够适用于武器弹药的标准破片撞击安全性试验，其特点是瞬时响应能力强，同步性好，简单方便，可以轻松驱动标准破片达到试验要求的速度。

所述的标准破片发射装置包括：8#雷管、壳体、雷管座、炸药、隔板、弹托、标准破片；

所述的8#雷管，其特征在于是工业标准雷管，可以稳定起爆炸药。

所述的壳体，其特征在于支撑保护整个装置，底部有雷管孔，用于安装8#雷管，壳体内径可以是40mm、50mm等不同尺寸，但都要与炸药的尺寸相配合，壳体厚度可以是5mm、10mm等不同尺寸，壳体底部厚度与侧面厚度可以相同，也可以不同，壳体的长度与炸药、隔板和弹托的长度相匹配，壳体长度与它们三个总和相等或略小，壳体材料可以是钢、铝等金属材料。

所述的雷管座，其特征在于，为一空心圆柱体，雷管座的内径略大于8#雷管的外径，雷管座的外径可以是大于其内径、小于等于壳体外径的某一尺寸，雷管座的长度大约是8#雷管的一半，雷管座的材料可以是尼龙、聚氨酯、聚碳酸酯、有机玻璃等高分子材料，或是钢、铝等金属材料。

所述的炸药，其特征在于，为一圆柱体，其直径为40mm、50mm等不同尺寸，长径比为1～1.5，炸药材料为JH-1、JO-8、8701、JHL-2、JHL-3等不同类型的高爆速或高爆热炸药。

所述的隔板，其特征在于，形状为圆柱体，隔板直径与炸药的直径相同，隔板厚度可以是3mm～15mm的不同尺寸，隔板可以是单一材料的实体，其材料可以是钢、铝、泡沫铝等金属材料，或硬质聚氨酯、尼龙、有机玻璃、聚碳酸酯、酚醛树脂等高分子材料，隔板也可以是以上多种材料对应圆柱体粘接的一个圆柱体整体，例如钢+泡沫铝、或钢+泡沫铝+钢等不同形式，其厚度也可以是不同尺寸的组合。

所述的弹托，其特征在于为三瓣空心结构，三瓣完全相同，且一端为内凹面，此内凹面就是专门设置的迎风面，便于出膛后三瓣弹托的分离，弹托的内径与标准破片的外径相同，与之相配合，弹托内孔长度与标准破片圆柱部分长度相同，为14.3mm，弹托的外径与壳体的内径相同，与之相配合，弹托外部长度大于等于15.56mm，弹托的材料可以是尼龙、硬质聚氨酯、有机玻璃、聚碳酸酯、酚醛树脂等高分子材料。

所述的标准破片，其特征在于，按照美军标STANAG 4496中规定，标准破片为带锥顶的圆柱体，圆柱部分尺寸为直径14.3mm，长度14.3mm，锥顶部分尺寸为直径14.3mm，锥顶高度为1.26mm，锥角约为160°，标准破片材料为低碳钢，重18.6g。

本发明操作简单，使用方便，对各种武器弹药的标准破片撞击安全性试验均有很好的适用性，可以轻松驱动标准破片达到试验要求的速度，并能很好地提高试验的精度控制。

附图说明

图1为本发明标准破片发射装置的整体示意图。

图2为本发明壳体的1/2剖视图。

图3为本发明标准破片发射装置的隔板示意图。

图4为本发明弹托的1/2剖视图。

图5为本发明标准破片的示意图。

图6为本发明标准破片发射装置支架的示意图。

其中：其中，1-8#雷管；2-壳体；3-雷管座；4-炸药；5-隔板；6-弹托；7-标准破片。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例针对武器弹药的标准破片撞击安全性试验，提供了一种用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置，该装置包括8#雷管、壳体、雷管座、炸药、隔板、弹托、标准破片，采用电起爆方式，8#雷管起爆后，作用于炸药端面并使之被起爆，炸药爆炸产生巨大的能量，通过隔板的衰减作用于弹托和标准破片之上，推动它们高速向前飞行，待它们飞出壳体出口之后，在空气阻力作用下，三瓣弹托迅速分离，只留下标准破片单独向前以一定速度飞行。

如图1所示，8#雷管1，是工业标准雷管，通过电起爆器起爆，穿过雷管座3和壳体2的底部，与炸药4充分接触，可以稳定起爆炸药4。

如图1所示，壳体2，用于支撑保护8#雷管1、雷管座3、炸药4、隔板5和弹托6，壳体2底部有雷管孔，用于安装8#雷管1，壳体2内径为40mm，壳体2厚度为5mm，壳体2底部厚度与侧面厚度相同，均为5mm，壳体2的长度为70mm，壳体2的材料为钢。

如图1所示，雷管座3，为一空心圆柱体，与壳体2直接接触，用于固定8#雷管1，雷管座3的内径与于8#雷管1的外径相同，雷管座3的外径为14mm，雷管座3的长度为15mm，雷管座3的材料为尼龙。

如图1所示，炸药4，为一圆柱体，其直径为40mm，长度为40mm，长径比为1，炸药4的材料为8701高爆速炸药，炸药4采用压装方式，与壳体2紧密接触。

如图1所示，隔板5，形状为圆柱体，与炸药4紧密接触，不能留空气隙，隔板5的直径与炸药4的直径相同，均为40mm，隔板5的厚度为10mm，隔板5的材料为尼龙。

如图1所示，弹托6，用于支撑保护标准破片7，左端面与隔板5紧密接触，不留空气隙，弹托6为三瓣空心结构，三瓣结构完全相同，且右端设置迎风面，便于出膛后三瓣弹托的分离，弹托6的内径与标准破片7的外径相同，均为14.3mm，弹托6内孔长度与标准破片7圆柱部分长度相同，为14.3mm，弹托6的外径与壳体2的内径相同，为40mm，弹托6的外部长度为16mm，弹托6的材料为尼龙。

如图1所示，标准破片7，被加速后，与弹托6分离，用于直接撞击武器弹药，为美军标STANAG 4496中规定的标准破片，标准破片7为带锥顶的圆柱体，圆柱部分尺寸为直径14.3mm，长度14.3mm，锥顶部分尺寸为直径14.3mm，锥顶高度为1.26mm，锥角约为160°，标准破片7的材料为低碳钢，重为18.6g。

该发射装置须安装在一定高度的支架上，支架如图6所示，将标准破片发射装置固定于支架之上，并且要保证发射装置水平且标准破片直指向被试武器弹药，试验时，支架起到支撑的作用，保证标准破片以水平姿态向前飞行，撞击被试弹药。支架设计载荷20kg，为木质结构。

该发射装置的工作原理为：

所述标准破片发射装置将被固定在一定高度的支架之上，保证发射装置水平且标准破片7直指向被试武器弹药，按下电起爆点火控制按钮后，8#雷管1被起爆，接着，8#雷管1起爆炸药4，炸药4爆炸产生巨大的能量，通过隔板5的衰减作用于弹托6和标准破片7之上，推动它们高速向前飞行，待它们飞出壳体出口之后，在空气阻力作用下，弹托6三瓣结构迅速分离，只留下标准破片7单独以一定速度向前飞行，最后撞击被试武器弹药。

该发射装置的实际安装和工作过程为：

(1)在工厂完成标准破片发射装置的组装；

(2)将标准破片发射装置、电起爆器和支架运至试验场地；

(3)将标准破片发射装置的支架安装到试验场地，保证其水平；

(4)将被试武器弹药在标准破片发射装置一定的距离外设置妥当，保证其高度与标准破片发射装置匹配，被撞击位置与标准破片发射装置相对；

(5)将标准破片发射装置固定于支架之上，并且要保证发射装置水平且标准破片直指向被试武器弹药的撞击位置；

(6)所有其他人员撤离至安全区域后，接线员将起爆装置与8#雷管连接好，并撤离至安全位置；

(7)清掉试验场地内所有人员至安全区域，待点火命令下达，起爆装置；

(8)8#雷管起爆后，炸药也随之起爆，炸药爆炸产生巨大的能量，通过隔板的衰减作用于弹托和破片之上，推动它们高速向前飞行，待它们飞出壳体出口之后，在空气阻力作用下，三瓣弹托迅速分离，只留下破片单独以一定速度向前飞行，最后撞击武器弹药。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置，其特征在于，包括：8#雷管(1)、壳体(2)、雷管座(3)、炸药(4)、隔板(5)、弹托(6)、标准破片(7)；

所述壳体(2)，用于支撑保护8#雷管(1)、雷管座(3)、炸药(4)、隔板(5)和弹托(6)；

所述8#雷管(1)穿过雷管座(3)和壳体(2)的底部，与炸药(4)充分接触；

所述隔板(5)与炸药(4)紧密接触；

所述弹托(6)，用于支撑保护标准破片(7)，所述弹托的左端面与隔板(5)紧密接触，弹托(6)为三瓣空心结构，三瓣结构完全相同，且右端设置迎风面，便于出膛后三瓣弹托的分离。

2.根据权利要求1所述的用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置，其特征在于在所述壳体(2)的底部有雷管孔，用于安装8#雷管，壳体内径为40mm或50mm，都要与炸药的尺寸相配合，壳体厚度为5mm或10mm，壳体底部厚度与侧面厚度可以相同，也可以不同，壳体的长度与炸药、隔板和弹托的长度相匹配，壳体长度与炸药、隔板和弹托的长度总和相等或略小于炸药、隔板和弹托的长度总和，壳体材料为钢或铝。

3.根据权利要求1所述的用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置，其特征在于，所述炸药为一圆柱体，其直径为40mm或50mm，长径比为1～1.5，炸药材料为JH-1、JO-8、8701、JHL-2或JHL-3。

4.根据权利要求1所述的用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置，其特征在于，所述隔板的形状为圆柱体，隔板直径与炸药的直径相同，隔板厚度为3mm～15mm，隔板是单一材料的实体，其材料为钢、铝、硬质聚氨酯、尼龙、有机玻璃、聚碳酸酯或酚醛树脂，或者隔板是钢、铝、硬质聚氨酯、尼龙、有机玻璃、聚碳酸酯或酚醛树脂对应圆柱体粘接的一个圆柱体整体，其厚度是不同尺寸的组合。

5.根据权利要求1所述的用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置，其特征在于所述弹托的一端为内凹面，此内凹面就是专门设置的迎风面，便于出膛后三瓣弹托的分离，弹托的内径与标准破片的外径相同，与所述标准破片相配合，弹托内孔长度与标准破片圆柱部分长度相同，为14.3mm，弹托的外径与壳体的内径相同，与所述壳体相配合，弹托外部长度大于等于15.56mm，弹托的材料为尼龙、硬质聚氨酯、有机玻璃、聚碳酸酯或酚醛树脂。

6.根据权利要求1所述的用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置，其特征在于，所述8#雷管(1)是工业标准电雷管，可以稳定起爆炸药。

7.根据权利要求1所述的用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置，其特征在于，所述雷管座(3)为一空心圆柱体，雷管座的内径略大于8#雷管的外径，雷管座的外径是大于其内径且小于等于壳体外径的某一尺寸，雷管座的长度大约是8#雷管的一半，雷管座的材料为尼龙、聚氨酯、聚碳酸酯或有机玻璃，或钢、铝。

8.根据权利要求1所述的用于标准破片撞击试验用炸药爆轰驱动式发射装置，其特征在于，所述标准破片(7)，是按照美军标STANAG 4496中规定制成的带锥顶的圆柱体，圆柱部分尺寸为直径14.3mm，长度14.3mm，锥顶部分尺寸为直径14.3mm，锥顶高度为1.26mm，锥角约为160°，所用材料为低碳钢，重18.6g。

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