CN109459179B - 一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置，其主要特点是效应靶装置由基座、响应膜片、压环、缓冲垫、底盖、压紧螺栓构成；外界冲击波作用到所述效应靶装置上，作用到响应膜片的工作区域，使其发生塑性变形，向下方密封孔内凹陷，测量最大挠度值，依据膜片变形与冲击波作用的量效关系，得到冲击波压力峰值。本发明的显著优点是很大程度减小了效应靶装置的质量和体积，便于移动和装卸，并且能节约加工成本，缩短加工周期；加强了对响应膜片的固定作用，控制了响应膜片发生塑性变形的区域，在减小装置质量的情况下保证了冲击波压力测量准确性；预留响应膜片挠度测试单元接口，提高了动爆场冲击波压力效应靶的可升级性，满足动爆场靶标的冲击波压力测量需求。

Description

一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置

技术领域

本发明属毁伤评估技术领域，主要涉及一种压力效应靶装置，特别是一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置。

背景技术

毁伤评估，是综合考虑武器弹药威力、目标易损性、弹目作用环境等因素，依据毁伤作用规律和实测毁伤参量，综合估量和评定弹药对目标毁伤效能/效果的过程。冲击波是爆炸产生的重要毁伤元之一，是表征弹药爆炸威力的重要指标。靶标冲击波压力，即爆炸时靶标结构所受的压力载荷，是靶标结构破坏的作用源，是靶标毁伤效果评估的基础。

动爆场靶标冲击波压力测量的工程环境极为恶劣，与静爆场相比，部分靶标变形严重，甚至发生解体，在这种情况下压力电测装置难以生存；而且在大型测评活动中，靶标数量多，测点有时达到数百点，且时间紧，地形复杂，采用电测法布设困难，且成本高昂，难以承受。发明专利“201711286128.9，一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置”很大程度解决了上述问题，但由于该效应靶装置压力测量的量程范围较大，工作区域面积较宽，且设计和选材均值得商榷，因此造成效应靶装置的质量(9kg)和体积也相应较大，拿取、装拆都不方便，现场操作费时费力。并且，在动爆场的靶标冲击波压力测量中，0.09-1.5MPa的冲击波压力范围最为常见，因此对于确定为该量程的冲击波压力测试，没有必要采用上述效应靶装置。

现有技术的不足和缺陷为：(1)效应靶的质量和体积较大，拿取、装卸很不方便，现场操作费时费力，且不安全；(2)加工周期长，难以满足部分时间紧、任务重的测试任务对效应靶的迫切需求；(3)效应靶装置未预留响应膜片挠度测量接口，难以对装置进行升级改造。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，提出了一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置，质量和体积较小，操作简便，装卸方便，加工周期短，控制了响应膜片的变形区域，冲击波超压测试更准确，达到了动爆场中准确、快捷测量靶标冲击波压力的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供的适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置包括基座、响应膜片、压环、缓冲垫、底盖、压紧螺栓，如图1所示。其中：

所述的基座，采用铝合金制作，外观平整无缺陷，为效应靶的支撑结构，在上端面的响应膜片安装平面上开有宽2mm、深1mm的凹槽，用于固定响应膜片的水平位置，如图2所示，基座上端面周边均匀分布4个M5的螺栓孔，用于紧固连接压环和底盖，基座中部挖空，用于减小效应靶质量，基座下方均匀分布4个辅助孔，用于效应靶的运输和安装，辅助孔直径为9mm；

所述的响应膜片，处于缓冲垫的下方和基座的上方，采用经过表面热处理的软铝制作，表面平齐无褶皱的圆形膜片，贴合于基座上端面的中间位置；

所述的压环，处于缓冲垫的上方，采用铝合金制作，圆形薄板结构，贴合于缓冲垫的上表面，下表面有宽2mm、深1mm的凸槽，凸槽用于与基座的凹槽配合以固定响应膜片的水平位置，如图3所示，压环中心的引压孔为倒角120°的通孔，周围均匀分布4个直径6mm的通孔，用于穿过压紧螺栓；

所述的缓冲垫，处于压环的下方和响应膜片的上方，采用铝合金制作，边沿均匀分布4个直径6mm的压紧螺栓孔，如图4所示；

所述的底盖，处于基座的下方，采用铝合金制作，为圆形薄板结构，边沿均匀分布4个M5压紧螺栓孔，与基座通过压紧螺栓连接，如图5所示；

所述的基座、压环、缓冲垫、响应膜片、底盖通过压紧螺栓连接，组成了所述的一种适用于动爆靶场冲击波压力测量的单体效应靶装置。

优选的，所述压环的引压孔直径为30mm，所述的响应膜片厚度为0.2mm，使得响应膜片形成30mm的工作区域，可测量0.09MPa-1.5MPa的冲击波压力，该量程在冲击波压力测试中较为常见，很大程度满足了冲击波压力测试需求。

优选的，所述压环直径90mm，厚度4mm，所述底盖直径90mm，厚度10mm，所述基座上端直径50mm、高40mm，下端直径74mm、高10mm，所述缓冲垫内径30mm、外径90mm、厚度1mm，采用这种设计的效应靶较为轻便，易于安装，密封性好。

所述的基座、压环、缓冲垫、响应膜片、底盖通过压紧螺栓连接，使整个效应靶形成密封结构，使响应膜片只受外部的压力作用，避免了冲击波绕射的干扰，提高了测量精度。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

(1)本发明提出的一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置，减小了效应靶的质量和体积，便于拿取、移动和装卸，有效解决了现场操作费时费力且不安全的问题。

(2)本发明提出的一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置，在基座和压环上设置凸凹槽，加强了对响应膜片的固定作用，控制了响应膜片发生塑性变形的区域，在减小装置质量的情况下保证了测量的准确度。

(3)本发明提出的一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置，可在底盖上端面安装位移传感器以测量响应膜片的最终挠度，提升了效应靶装置的可升级性。

附图说明

图1是一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置结构图；

图2是基座结构图；

图3是压环结构图；

图4是缓冲垫结构图；

图5是底盖结构图。

具体实施方式

下面结合附图及优选的实施例对本发明作进一步的详述。

遵从上述技术方案，如图1所示，本发明的优选实施例是一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置，由基座1、响应膜片2、压环3、缓冲垫4、底盖5、压紧螺栓6构成。

制作时，将响应膜片2贴合在基座1上表面，缓冲垫4贴合在响应膜片2的上表面，压环3贴合在缓冲垫4的上表面，底盖5置于基座1的下表面，通过压紧螺栓6将底盖5与基座1、响应膜片2、压环3、缓冲垫4连接，形成密封结构，响应膜片的工作区域直径为30mm。

当外界冲击波作用到所述效应靶装置上，首先经过压环3上的引压孔，作用到响应膜片2的工作区域，使其产生塑性变形，向下方凹陷。膜片变形与冲击波作用存在确定的量效关系，通过测量最大挠度值，可得到冲击波压力峰值。其中，压环和基座上的凸凹槽加强了对响应膜片的固定作用，防止响应膜片产生水平方向的运动，控制响应膜片的塑性变形区域，使响应膜片受到冲击波压力后的变形区域完全集中在中心区域，减小了冲击波压力测量的不确定性，增加了测量准确度。

根据激波管校准得到的厚度0.2mm响应膜片的变形与冲击波作用压力之间的关系，工作区域直径为30mm的响应膜片可测量的冲击波作用压力为0.09-1.5MPa，该范围的冲击波压力载荷在试验测试中最为常见，能很大程度满足动爆场靶标冲击波压力测试需求。

所述效应靶装置，整体为不等圆柱体结构，其中上端直径50mm，高40mm，下端直径74mm，高10mm，总高50mm，总重约1.8kg，结构小巧，操作简便，易于在环境恶劣的动爆场布设安装。

申请人采用本发明进行了动爆场混凝土建筑物的毁伤效应试验，测试建筑物表面的冲击波压力，效应靶装置通过膨胀螺钉安装于建筑物外墙上，膜片敏感面法向朝外。在同一面外墙与效应靶等高，距效应靶0.5m处安装了PCB压电型压力传感器，测量该处的冲击波压力，验证效应靶的测量准确度。试验中弹药装药为136kgTNT当量，速度342m/s，效应靶装置距离炸点8.5m。试验后观察本发明效应靶情况，响应膜片的工作区域发生凹陷变形，用游标卡尺测量得到效应靶膜片的变形挠度为3.96mm，根据30mm响应膜片变形与冲击波压力峰值对应关系，可得到该测点冲击波压力峰值为0.53MPa，PCB压力传感器测得的冲击波压力为0.56MPa，两种方式所测冲击波压力相差约5.36％，说明本发明测量冲击波压力有较高的准确性。

从试验结果可以看出，本发明提出的一种适用于动爆场冲击波压力测量的单体效应靶装置，能够满足动爆场冲击波压力的测量需求，且结构小巧，轻便易于布设、装卸，同时在基座和压环上设置的凸凹槽，加强了对响应膜片的固定作用，控制了响应膜片发生塑性变形的区域，在减小装置质量的情况下保证了测量的准确度，说明本发明适用于动爆场的冲击波压力测量。

Claims (1)

1.一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的单体效应靶装置，其特征在于，包括基座(1)、响应膜片(2)、压环(3)、缓冲垫(4)、底盖(5)、压紧螺栓(6)；

所述响应膜片(2)放置于基座(1)的上表面，通过凸槽嵌入基座(1)凹槽的方式定位水平位置，缓冲垫(4)位于响应膜片(2)的上表面，压环(3)位于缓冲垫(4)的上表面，底盖(5)位于基座(1)的底端，用于固定挠度测试仪器，通过压紧螺栓(6)使基座(1)、响应膜片(2)、压环(3)、缓冲垫(4)与底盖(5)固定；

所述基座(1)，采用铝合金制作，不等圆柱体结构，上端直径50mm、高40mm，在上端面的膜片安装平面上开有宽2mm、深1mm的凹槽，用于固定响应膜片(2)的水平位置，下端直径74mm、高10mm，在下端面均匀分布4个圆孔，圆孔用于穿过膨胀螺钉，以将基座安装在靶标上；

所述响应膜片(2)，由经过表面热处理的软铝制作，表面平齐无褶皱的圆形膜片，直径68mm、厚度0.2mm；

所述压环(3)，由铝合金制作，圆形薄板结构，内径30mm、外径90mm、厚度4mm，贴合于缓冲垫(4)上表面，下表面有宽2mm、深1mm的凸槽，凸槽用于与基座(1)的凹槽配合以固定响应膜片(2)的水平位置，边沿均匀分布4个直径6mm的通孔，用于穿过压紧螺栓(6)；

所述缓冲垫(4)，采用铝合金制作，内径30mm、外径90mm、厚度1mm，贴合于响应膜片(2)上表面，边沿均匀分布4个6mm的通孔，用于穿过压紧螺栓(6)；

所述底盖(5)，采用铝合金钢制作，圆形薄板结构，直径90mm、厚度10mm，周边均匀分布4个压紧螺栓孔，通过压紧螺栓(6)紧固连接基座(1)、响应膜片(2)、压环(3)、缓冲垫(4)；

所述响应膜片(2)形成直径为30mm的响应工作区域，可测量的冲击波压力范围为0.09-1.5MPa，组合后的效应靶结构整体呈不等圆柱形，第一是能减小效应靶质量和体积，便于拿取、移动和装卸，第二是在基座(1)和压环(3)上设置凸凹槽，一方面加强对响应膜片(2)的固定作用，另一方面控制响应膜片(2)发生塑性变形的区域，第三是相比方形效应靶更便于机械加工，缩短加工周期，有效节约加工成本，第四是便于对效应靶进行升级，升级方法是在底盖(5)上安装位移传感器，测量响应膜片(2)最终挠度，并通过通信模块收发信号。

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