CN110145975B

CN110145975B - 一种破片加速装置及加速方法

Info

Publication number: CN110145975B
Application number: CN201910351764.8A
Authority: CN
Inventors: 刘彦; 徐梓熙; 黄风雷; 吕中杰
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2019-04-28
Filing date: 2019-04-28
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2039-04-28
Also published as: CN110145975A

Abstract

本发明公开了一种破片加速装置及加速方法，属于爆炸破片加速技术领域，解决了现有技术中破片加速装置建设成本高、机动性差等问题。本发明加速装置包括壳体、加速管和聚能装药单元；壳体一端设置有加速管，另一端设置有容纳聚能装药单元单元的凹槽，加速管直径小于凹槽直径，加速管与凹槽连接；聚能装药单元为轴对称结构，轴线与加速管同轴，聚能装药单元的锥角θ为90°～130°。本发明装置及方法适用于爆炸破片的试验研究。

Description

一种破片加速装置及加速方法

技术领域

本发明属于爆炸破片加速技术领域，特别涉及一种爆炸破片加速装置及加速方法。

背景技术

破片是杀伤爆破战斗部主要的毁伤元，破片速度是衡量破片威力重要参数之一，通常在爆炸驱动作用下随着破片质量增大，破片速度随之减小。破片的动能与速度的平方成正比，因此增大破片速度是提高破片威力重要的手段之一。在空天作战中，杀爆战斗部爆炸形成的破片通常与空天目标有相对速度，破片作用于目标上速度大于或远大于破片离开战斗部的速度。为有效评估高速破片对目标或靶板的毁伤效应以及高速破片对目标或靶板的毁伤机理，获取高速破片对目标的作用过程非常重要。

目前用于破片加速的方法主要有：(1)火药燃烧驱动，如火炮、氢气炮等，技术较为成熟，但设备建设成本高，体积庞大，适用场景有限；(2)电磁发射，如电磁炮，驱动能力强功率高，但其机动性、能源等方面有许多尚未解决的问题。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种破片加速装置及加速方法，为满足爆炸高速破片实验需求，且设备成本低、体积小等特点，采用聚能装药单元爆炸产生的爆轰产物驱动破片的方式进行破片加速驱动,用以解决现有技术中破片加速装置建设成本高、机动性差等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种破片加速装置，包括壳体、加速管和聚能装元单元；

壳体一端设置有加速管，另一端设置有容纳聚能装药单元单元的凹槽，加速管直径小于凹槽直径，加速管与凹槽连接；聚能装药单元为轴对称结构，轴线与加速管同轴，聚能装药单元的锥角θ为90°～130°。

进一步的，还包括破片弹托，破片弹托安装在加速管内，破片弹托轴线与加速管同轴。

进一步的，破片弹托一端设置有破片槽，用于放置破片；破片弹托另一端为平面，平面与加速管的中心轴线垂直。

进一步的，加速管出口端设置有挡圈，挡圈用于阻挡破片弹托飞出加速管且能够使得破片和破片弹托在加速后分离破片能顺利飞出加速管。

进一步的，壳体上设置有排气孔，排气孔直径为1～2mm，排气孔用于排出壳体内的气体。

进一步的，聚能装药单元尾部设置有中心孔，中心孔用于放置传爆药柱。

进一步的，传爆药柱上设置有雷管孔，用于放置雷管。

进一步的，破片弹托上设置有顶丝。

进一步的，加速管的长径比为3。

进一步的，加速管长度是聚能装药单元直径的1-1.5倍。

进一步的，聚能装药长度为50-80mm，长径比为1.2～1.6。

进一步的，包括以下步骤：

(a)将破片安装到破片弹托上，固定好；

(b)将破片弹托从加速管靠近凹槽的一端放入加速管中，有破片的一侧朝向加速管设置有挡圈的一端，破片弹托与加速管同轴；

(c)将压制好的聚能装药单元放入外壳的凹槽中；

(d)将安装好的破片加速装置放到实验场地固定好；

(e)安装雷管；

(f)系统起爆进行碎片加速。

进一步的，步骤(a)中，破片质心在破片弹托的中心轴线上。

进一步的，步骤(c)中，聚能装药单元由高能炸药用模具压制而成。

与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：

1)本发明基于聚能装药单元结构本设计了一种破片加速装置，采用一端开有一定锥角θ的成型装药对破片爆炸驱动，这种装药结构能将爆轰产物汇聚成速度和压力很高的聚能气流，利用聚能气流实现对破片的高速驱动。聚能装药单元由于其对爆轰产物的汇聚作用，减少了该端部前方爆轰产物动量和能量的周向分散，爆轰产物运动形成一先收束后扩散的区域，在某一特定爆距处具有最高的能流密度和平行于轴线的速度方向。在该爆轰产物汇聚处，该端部的爆轰产物动量和能量得到最大程度的集中，从而可保证对破片在此位置附近较长时间的高压驱动。

2)破片弹托可对破片进行固定，以及缓冲爆轰产物对破片的直接作用，以免使破片发生破碎；破片固定在破片弹托上，破片和弹托一起放置于加速管中，可获得较长的加速距离，增加爆轰产物气体对破片的作用时间，从而获得高发射速度，同时加速管的存在有助于稳定破片发射后的飞行方向。

3)加速管出口端设置有挡圈，使破片和破片弹托在加速后能够分离且破片能顺利飞出加速管。

4)壳体上设置的排气孔，便于聚能装药单元安装到加速装置壳体内，防止安装聚能装药单元时气流将破片弹托推出，排气孔设置在加速管与壳体凹槽的锥面上，安装聚能装药单元时，壳体内的气体可以通过排气孔排出，排气孔直径为1～2mm，此时该排气孔对破片的驱动加速过程几乎没有影响。

5)破片槽与破片形状和大小相匹配，破片槽根据破片形状和大小设计加工，便于利用本发明加速各种形状破片，在破片高速毁伤目标或靶板试验中，本发明的破片加速装置及加速方法能够驱动不同质量和形状的破片达到高速，操作简单，成本较低，具有很大的军事效益。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

图1为破片加速装置示意图；

图2为爆轰产物运动示意图。

附图标记：

1-壳体；2-加速管；3-破片弹托；4-破片；5-聚能装药单元；6-传爆药柱；7-雷管孔；8-排气孔。

具体实施方式

以下结合具体实施例对一种破片加速装置及加速方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。

本发明的一个具体实施例，如图1所示，一种破片加速装置，包括壳体1、加速管2和聚能装药单元5；壳体1一端设置有加速管2，另一端设置有与聚能装药单元5形状匹配的凹槽，加速管2直径小于凹槽直径，加速管2与凹槽通过锥面连接；聚能装药单元5为轴对称结构，轴线与加速管2同轴，聚能装药单元5的锥角θ为90°～130°，在此锥角范围内，能够保证爆轰产物具有合适的长径比，提高爆轰产物的连续性和稳定性，从而获得较高的能流密度以实现对破片的加速。优选的，聚能装药单元5的锥角θ为120°，爆轰产物的宽度会随着锥角的增大而减小，并且随着锥角增大，爆轰产物梯度也会减小，即其头尾宽度变化减小，从而可以更加稳定的驱动破片；但随着锥角增加，其驱动能力也会降低，综合考虑爆轰产物的稳定性和驱动能力，优选锥角角度为120°。加速管2与凹槽之间的圆锥面的夹角为120°。

通常破片尺寸很小，因此加速管内径也较小，所以其长径比一般较大；在一定范围内增加加速管长度，可以使弹托及破片充分加速，本实施例中加速管内径的长径比为3。加速管长度是聚能装药单元直径的1-1.5，从而获得较长的加速距离及增加爆轰产物对破片的作用时间。

聚能装药长度为50-80mm，其长径比选择范围为1.2～1.6。在此范围内，可以有效提高生成爆轰产物的动量，并且可以保证爆轰产物的均匀性。

如图2所示，聚能装药单元由于其对爆轰产物的汇聚作用，减少了该端部前方爆轰产物动量和能量的周向分散，爆轰产物运动形成一先收束后扩散的区域，在某一特定爆距处具有最高的能流密度和平行于轴线的速度方向。在该爆轰产物汇聚处，该端部的爆轰产物动量和能量得到最大程度的集中，从而可保证对破片在此位置附近较长时间的高压驱动。基于聚能装药单元结构本发明设计了一种破片加速装置，采用一端开有一定锥角θ的成型装药对破片爆炸驱动，这种装药结构能将爆轰产物汇聚成速度和压力很高的聚能气流，利用聚能气流实现对破片的高速驱动。

为了对破片进行固定，以及缓冲爆轰产物对破片的直接作用，以免使破片发生破碎，本发明装置还设置有破片弹托3，破片弹托3与加速管2直径相匹配；破片弹托3一侧设置有破片槽，用于放置破片4；破片弹托3另一侧设置为平面，平面与加速管2垂直。破片槽与破片4形状和大小相匹配，破片槽根据破片形状和大小设计加工，便于利用本发明加速各种形状破片，破片槽设置在破片弹托3的中心。

优选的，为了使一个破片弹托3适用于多种破片4，在破片弹托3四周设置通入破片槽的顶丝，将破片4放入破片槽后，将顶丝旋入，顶丝代替破片槽的表面对破片4进行固定即可。为了增加顶丝与破片4的接触面积，可在顶丝端部上设置一个薄片，弹托与加速管的形状相匹配。将破片4送入破片弹托3的破片槽内，调整顶丝将破片4的质心与破片弹托3的中心轴线同轴。破片4固定在破片弹托3上，破片4和破片弹托3一起放置于加速管2中，可获得较长的加速距离，增加爆轰产物气体对破片4的作用时间，从而获得高发射速度，同时加速管2的存在有助于稳定破片4发射后的飞行方向。

加速管2出口端设置有挡圈，挡圈内径小于破片弹托3直径，且大于破片4最大直径，使破片和破片弹托3在加速后能够分离且破片能顺利飞出加速管2。

为便于聚能装药单元5安装到加速装置壳体1内，壳体1上设置有排气孔8，排气孔8设置在加速管2与壳体1凹槽的锥面上，安装聚能装药单元5时，壳体1内的气体可以通过排气孔8排出，排气孔8直径为1～2mm，优先1mm，此时该排气孔8对破片的驱动加速过程几乎没有影响。

聚能装药单元5尾部设置有中心孔，中心孔用于放置传爆药柱6。传爆药柱6上设置有雷管孔7，用于放置雷管。

本发明还公开了一种破片加速装置的破片加速方法，包括以下步骤：

(a)将破片4安装到破片弹托3上，固定好；

(b)将破片弹托3从加速管2靠近凹槽的一端放入加速管2中，有破片的一侧朝向加速管2设置有挡圈的一端，破片弹托3与加速管2同轴；

(c)将压制好的聚能装药单元5放入外壳的凹槽中；

(d)将安装好的破片加速装置放到实验场地固定好；

(e)清场，无关人员离开现场，由专业人士安装雷管；

(f)系统起爆进行碎片加速。

步骤(a)中，破片4质心在破片弹托3的中心轴线上；步骤(b)中,破片弹托3的平面侧与加速管靠近凹槽的端面齐平；步骤(c)中聚能装药单元5由高能炸药(如8701、RDX)用模具压制而成，装入时，需缓慢推聚能装药单元5，让空腔内的空气缓慢从冲排气孔8排除。

由于安装聚能装药单元过程中气流可能会引起破片弹托向挡圈方向移动，所以步骤(c)与(d)中间还包括步骤(c-1)：检查破片4和破片弹托3是否向挡圈方向移动，如有移动，用细杆(未标出)从加速管3设置有挡圈的端口将破片4和破片弹托3复位。

为了进一步降低排气孔7对加速过程的影响，步骤(c)与(d)中间还包括步骤(c-2)：用橡皮泥(未标出)将排气孔7堵上。

在破片高速毁伤目标或靶板试验中，本发明的破片加速装置及加速方法能够驱动不同质量和形状的破片达到高速，操作简单，成本较低，具有很大的军事效益。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种破片加速装置，其特征在于，包括壳体、加速管和聚能装药单元；

所述壳体一端设置有加速管，另一端设置有容纳所述聚能装药单元的凹槽，所述加速管直径小于所述凹槽直径，所述加速管与所述凹槽连接；所述聚能装药单元为轴对称结构，轴线与加速管同轴，所述聚能装药单元的锥角θ为90°～130°；

加速管与凹槽通过锥面连接，加速管与凹槽之间的圆锥面的夹角为120°；

还包括破片弹托，所述破片弹托安装在所述加速管内；

加速管内径的长径比为3；加速管长度是聚能装药单元直径的1-1.5；聚能装药长度为50-80mm，其长径比选择范围为1.2～1.6；

所述加速管出口端设置有挡圈，所述挡圈用于阻挡破片弹托飞出加速管且能够使得破片和破片弹托在加速后分离破片能顺利飞出加速管；

壳体上设置有排气孔，所述排气孔直径为1～2mm，所述排气孔用于排出壳体内的气体。

2.根据权利要求1所述的破片加速装置，其特征在于，所述破片弹托轴线与所述加速管同轴。

3.根据权利要求2所述的破片加速装置，其特征在于，所述破片弹托一端设置有破片槽，用于放置所述破片；所述破片弹托另一端为平面，所述平面与所述加速管的中心轴线垂直。

4.根据权利要求1-3任一项所述的破片加速装置，其特征在于，所述聚能装药单元尾部设置有中心孔，所述中心孔用于放置传爆药柱。

5.根据权利要求4所述的破片加速装置，其特征在于，所述传爆药柱上设置有雷管孔，用于放置雷管。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种破片加速装置的破片加速方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)将破片安装到所述破片弹托上，固定好；

(b)将破片弹托从加速管靠近凹槽的一端放入所述加速管中，有破片的一侧朝向加速管设置有挡圈的一端，破片弹托与加速管同轴；

(c)将压制好的聚能装药单元放入所述壳体的凹槽中；

(d)将安装好的破片加速装置放到实验场地固定好；

(e)安装雷管；

(f)系统起爆进行破片加速。

7.根据权利要求6所述的破片加速装置的加速方法，其特征在于，所述步骤(a)中，破片质心在破片弹托的中心轴线上。

8.根据权利要求6所述的破片加速装置的加速方法，其特征在于，所述步骤(c)中，聚能装药单元由高能炸药用模具压制而成。