CN109975355A - 一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置 - Google Patents
一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种百克级当量可调式冲击波‑准静压复合加载装置，包括爆炸室1、冲击波压力传感器安装孔2、准静态压力传感器安装孔3、挂钩4、法兰5、金属板6、方形预制孔7、密封圈8，冲击波压力传感器安装孔2和准静态压力传感器安装孔3分布于方形爆炸室1各壁板，挂钩4焊接于方形爆炸室1内顶面中心，方形预制孔7位于金属板6中心，金属板6和密封圈8通过法兰5夹持安装于方形爆炸室1开口面，本发明通过改变方形预制孔7大小，实现了内爆调价下不同大小组合的冲击波压力和准静态压力复合可控加载，可为冲击波‑准静压复合毁伤研究提供实验手段。
Description
本发明属于爆炸毁伤测试与评估技术领域，具体涉及一种测试装置，特别是一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置。
背景技术
对于舰船、建筑等具有腔室结构目标毁伤，内爆炸是最常见的毁伤手段，此类工况下的压力效应分为冲击波超压和准静压。其中，准静压是由于爆炸产生的高温高压气体产物向外扩张膨胀受到密闭空间约束形成的，上升相对缓慢并稳定到某一较低压力，峰值远小于冲击波超压峰值，但持续时间远大于冲击波超压。
目前，国内外研究人员对炸药内爆炸冲击波效应开展了大量的研究，但对内爆准静压效应及冲击波-准静压的复合效应研究较少。随着温压炸药等后燃烧效应显著的非理想内爆炸药的推广应用，该类炸药内爆后准静压效应显著，准静压威力受到了更广泛的关注。美国海军水面武器中心已将准静压作为弹药装药威力考核指标之一。弹药爆炸后，密闭空间结构首先受到高频冲击波的作用，产生裂缝、抛掷、撕裂等预毁伤，紧接着低频的准静压继续作用于目标，造成结构解体、飞散等更严重的毁伤，目标的最终毁伤效果与冲击波超压及准静压的作用强度密切相关，特别是在冲击波作用后目标的易损性能显著降低，后续的准静态压力甚至可能是目标毁伤效果的决定因素。合理适配弹药冲击波和准静态压力的协同作用是提高内爆威力的重要途径之一。
基于上述原因，开展不同大小组合的冲击波-准静压内爆炸加载试验，研究内爆炸冲击波-准静压的复合作用是当前内爆炸毁伤效应领域的新热点。
内爆弹药侵彻进入舰船、建筑等腔室结构内后形成侵彻洞，加之建筑等腔室本身具有的门窗结构，内爆炸所在腔室结构并非完全密闭。密闭条件不一致，同一枚炸弹所形成的冲击波-准静压也是不同的，因此设计一种冲击波-准静压大小组合可调的爆炸加载试验装置是开展试验的关键所在。目前的内爆炸试验装置只能通过一定质量的炸药装药内爆炸来实现固定的冲击波压力和准静压组合，在炸药装药不变的条件下，无法实现冲击波压力和准静压的大小组合可调，即便更换炸药种类和质量，由于其威力是特定的，内爆炸输出的冲击波压力和准静压大小组合也是固定的，严重制约了冲击波-准静压复合加载研究的深入开展，急需一种可调式内爆炸冲击波-准静压复合加载爆炸装置。
发明内容
为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置，既可实现不同大小组合的内爆炸冲击波压力-准静压加载，又能实现对密闭腔室结构泄压状态的模拟，可为内爆炸弹药威力测试与评估提供支撑。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置，其特征在于，包括包括爆炸室、冲击波压力传感器安装孔、准静态压力传感器安装孔、挂钩、法兰、金属板、方形预制孔、密封圈。
所述爆炸室为方形金属箱体，箱体外部尺寸1400mm×850mm×850mm，壁厚10mm，爆炸室的任意一个1400mm×850mm面和一个850mm×850mm面上开有冲击波压力传感器安装孔，其余三个1400mm×850mm面中的任意一个面上开有准静态压力传感器安装孔，另一个850mm×850mm面上开有直径500mm的圆孔，圆孔向外焊接有法兰，爆炸室内顶面中心焊接有挂钩，爆炸室外部长度方向四个面的三等分线上贴焊8#槽钢，无法兰的850mm×850mm面水平和垂直方向的三等分线上均贴焊8#槽钢，呈“井”字形分布，金属板通过密封圈固定安装于法兰上，金属板中心为方形预制孔；
所述冲击波压力传感器安装孔为M14×1.5螺纹孔，共15各，其中8个位于1400mm×850mm面上，7个位于850mm×850mm面上，两个面上的冲击波压力传感器安装孔均呈直角分布，在1400mm×850mm面上，从面中心点起、沿长对称轴的一个方向间隔150mm排布5个，从面中心点起、沿短对称轴的一个方向间隔115mm排布4个；在850mm×850mm面上，从面中心点起、分别沿两条对称轴的一个方向间隔115mm排布4个。
所述准静态压力传感器安装孔为M14×1.5螺纹孔，共2个；
所述挂钩为半圆环或半椭球形钢筋焊接，直径不小于6mm；
所述法兰内径500mm，外径680mm，沿直径600mm圆周均布12个φ22mm连接通孔；
所述金属板为方形Q235钢薄板，边长800mm，厚度1.5mm，金属板上开有固定通孔，固定通孔根据法兰上的连接通孔配做；
所述方形预制孔为正方形型通孔，边长根据试验时准静态压力需要确定；
所述密封圈为橡胶环形平垫片，内径500mm，外径680mm，内外直径分别为，开孔与法兰一致。
本装置通过改变方形预制孔的大小，改变相同质量炸药装药内爆炸后形成的准静态压力大小和持续时间，能实现高频冲击波压力不变而准静态压力显著改变，再通过改变炸药装药类型和装药量大小，便可实现不同大小的冲击波压力和准静压组合，从而为内爆炸冲击波-准静压复合毁伤研究提供方法和手段。
本发明的一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置，带来的技术效果体现在以下几个方面：
(1)本发明提供了一种不同冲击波压力和准静压的匹配组合加载的内爆炸试验装置，解决了内爆炸冲击波压力和准静压可控复合加载难题，可用于开展不同强度冲击波超压和准静压复合加载下的典型目标毁伤特性研究，为内爆炸冲击波-准静压复合毁伤研究提供了支撑；
(2)本发明通实现了一套装置模拟不同开口比例的腔室结构内爆炸试验工况，同时完成不同开口条件下的内爆炸冲击波和准静压的测试，具有可模拟工况多、可重复使用、试验时间和经济成本低的特点。
附图说明
图1是本发明的一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置结构示意图；
图2是本发明中法兰的右视图；
图3是本发明中金属板和位于其中心的方形预制孔的右视图；
图4是50gTNT炸药在方形预制孔开口分别为0mm和100mm时相同位置处的冲击波压力曲线；
图5是50gTNT炸药在方形预制孔开口分别为0mm和100mm时相同位置处的准静压曲线。
图中标号分别代表：1、爆炸室，2、冲击波压力传感器安装孔，3、准静态压力传感器安装孔，4、挂钩，5、法兰，5-1连接通孔，6、金属板，6-1固定通孔，7、方形预制孔，8、密封圈。
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。如图1所示，本实施例给出的一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置，其特征在于，包括包括爆炸室1、冲击波压力传感器安装孔2、准静态压力传感器安装孔3、挂钩4、法兰5、金属板6、方形预制孔7、密封圈8。
所述爆炸室1为方形金属箱体，箱体外部尺寸1400mm×850mm×850mm，壁厚10mm，爆炸室1的任意一个1400mm×850mm面和一个850mm×850mm面上开有冲击波压力传感器安装孔2，其余三个1400mm×850mm面中的任意一个面上开有准静态压力传感器安装孔3，另一个850mm×850mm面上开有直径500mm的圆孔，圆孔向外焊接有法兰5，爆炸室1内顶面中心焊接有挂钩4，爆炸室1外部长度方向四个面的三等分线上贴焊8#槽钢，无法兰5的850mm×850mm面水平和垂直方向的三等分线上均贴焊8#槽钢，呈“井”字形分布，金属板6通过密封圈8固定安装于法兰5上，金属板6中心为方形预制孔7；
所述冲击波压力传感器安装孔2为M14×1.5螺纹孔，共15各，其中8个位于1400mm×850mm面上，7个位于850mm×850mm面上，两个面上的冲击波压力传感器安装孔均呈直角分布，在1400mm×850mm面上，从面中心点起、沿长对称轴的一个方向间隔150mm排布5个，从面中心点起、沿短对称轴的一个方向间隔115mm排布4个；在850mm×850mm面上，从面中心点起、分别沿两条对称轴的一个方向间隔115mm排布4个。
所述准静态压力传感器安装孔3为M14×1.5螺纹孔，共2个；
所述挂钩4为半圆环或半椭球形钢筋焊接，直径不小于6mm；
所述法兰5由法兰底盘5-1和法兰压盘5-2组成，法兰底盘5-1和法兰压盘5-2尺寸相同，内径500mm，外径680mm，沿直径600mm圆周均布12个φ22mm连接通孔5-3；
所述金属板6为方形Q235钢薄板，边长800mm，厚度1.5mm，金属板6上开有固定通孔6-1，固定通孔6-1根据法兰5上的连接通孔5-1配做；
所述方形预制孔7为正方形型通孔，边长根据试验时准静态压力需要确定；
所述密封圈8为橡胶环形平垫片，厚度4mm，其中与尺寸与内径500mm，外径680mm，内外直径分别为，开孔与法兰一致。
本发明的一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置，其工作流程如下：将当量不大于100g的炸药装药悬挂于挂钩4，用高强度螺栓将金属板6和密封圈8安装于法兰5上，通过改变金属板6上的方形预制孔7的大小，使得炸药内爆炸形成的高温高压气体按不同的速率泄放，实现冲击波超压基本不变、准静态大小可控的组合加载。若改变炸药的装药质量或种类，便可以改变内爆炸冲击波压力的改变，搭配于不同大小的方形预制孔7，即可实现不同大小的冲击波压力和准静态压力的组合加载。
申请人采用本发明的一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置开展了50g某温压炸药内爆加载试验，方形预制孔的边长分别为20mm和100mm，在中心点获得的冲击波超压曲线如图4所示，获得的准静压曲线如图5所示。从图4可以读出，方形预制孔边长为2mm和100mm对应的超压分别为7.83MPa和7.75MPa，二者相差1.0％，可认为超压相等。图5读出方形预制孔边长为2mm和100mm对应的准静压分别为0.308MPa和0.243MPa，二者相差21.1％，实现了相同的冲击波和不同的准静态组合加载，验证了本装置冲量测试的准确性。
Claims (2)
1.一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置，其特征在于，包括包括爆炸室(1)、冲击波压力传感器安装孔(2)、准静态压力传感器安装孔(3)、挂钩(4)、法兰(5)、金属板(6)、方形预制孔(7)、密封圈(8)；
所述爆炸室(1)为方形金属箱体，箱体外部尺寸1400mm×850mm×850mm，壁厚10mm，爆炸室(1)的任意一个1400mm×850mm面和一个850mm×850mm面上开有冲击波压力传感器安装孔(2)，其余三个1400mm×850mm面中的任意一个面上开有准静态压力传感器安装孔(3)，另一个850mm×850mm面上开有直径500mm的圆孔，圆孔向外焊接有法兰(5)，爆炸室(1)内顶面中心焊接有挂钩(4)，爆炸室(1)外部长度方向四个面的三等分线上贴焊8#槽钢，无法兰(5)的850mm×850mm面水平和垂直方向的三等分线上均贴焊8#槽钢，呈“井”字形分布，金属板(6)通过密封圈(8)固定安装于法兰(5)上，金属板(6)中心为方形预制孔(7)；
所述冲击波压力传感器安装孔(2)为M14×1.5螺纹孔，共15各，其中8个位于1400mm×850mm面上，7个位于850mm×850mm面上；
所述准静态压力传感器安装孔(3)为M14×1.5螺纹孔，共2个；
所述挂钩(4)为半圆环或半椭球形钢筋焊接，直径不小于6mm；
所述法兰(5)内径500mm，外径680mm，沿直径600mm圆周均布12个φ22mm连接通孔(5-1)；
所述金属板(6)为方形Q235钢薄板，边长800mm，厚度1.5mm，金属板(6)上开有固定通孔(6-1)，固定通孔(6-1)根据法兰(5)上的连接通孔(5-1)配做；
所述方形预制孔(7)为正方形型通孔，边长根据试验时准静态压力需要确定；
所述密封圈(8)为橡胶环形平垫片，内径500mm，外径680mm，内外直径分别为，开孔与法兰一致。
2.如权利1所述的一种百克级当量可调式冲击波-准静压复合加载装置，其特征在于：所述冲击波压力传感器安装孔(2)在爆炸室(1)的两个面上均呈直角分布，在1400mm×850mm面上，从面中心点起、沿长对称轴的一个方向间隔150mm排布5个，从面中心点起、沿短对称轴的一个方向间隔115mm排布4个；在850mm×850mm面上，从面中心点起、分别沿两条对称轴的一个方向间隔115mm排布4个。
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