CN110530743A - 一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验方法，该方法中所用测量装置包括气体炮加载装置、模拟破片、模拟防护体、模拟被发弹及数据采集系统。该实验方法包括如下步骤：(1)依据实弹殉爆工况，确定模拟破片参量；(2)模拟防护体及模拟被发弹装配；(3)模拟破片高速撞击实验；(4)实验数据采集；(5)防护体防护效果评价。通过对比不同模拟防护体及模拟被发弹的应力、应变参量及运动速度的量值，优化殉爆实验高速破片防护结构。本发明实验方法可定量获取防护体和被发弹的响应参量，更为准确的评价防护体防护高速破片的效果，进而指导防护体的优化设计，且实验方法简单、安全，大幅减小了实验成本及安全风险。
Description
技术领域
本发明属于火炸药实验室实验装置技术领域，涉及一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验方法。
背景技术
弹药殉爆是指当弹药(主发弹)发生爆炸时，爆炸所产生的高速破片、冲击波以及高温火球导致间隔一定距离的另一弹药(被发弹)发生爆炸的现象。弹药殉爆过程中，会遭受三类载荷的作用：第一，主发弹爆炸产生的高速破片撞击被发弹；第二，主发弹爆炸形成的冲击波传入被发弹；第三，主发弹爆炸形成的高温火球作用于被发弹。为降低殉爆时被发弹的反应烈度，常在主发弹和被发弹之间安装防护体，以降低以上三种因素对被发弹的刺激。
为验证防护体的防护效果，可采用冲击波感度实验验证被发弹冲击波作用下的响应情况；可采用烤燃实验验证被发弹在热刺激下的响应情况；然而，目前高速破片撞击下被发弹的响应情况主要依靠实弹殉爆的方法进行验证，这种方法存在的不足为：1)实弹殉爆实验中，主发弹同时产生冲击波、高温和破片，无法单纯地对防护体防护高速破片的效果做出准确判断；2)实弹殉爆实验仅能定性获取被发弹和防护体的破坏及反应情况，无法测量防护体及被发弹在高速破片撞击下的响应参量，难以准确指导防护体优化设计；3)由于防护体的形状、材质需要不断优化，需开展多次殉爆实验，导致实验成本高、安全风险大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有研究的不足和缺陷，提供了一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验方法，该方法利用气体炮驱动模拟破片撞击装有传感器的防护体和被发弹，可定量获取防护体和被发弹的响应参量，更为准确的评价防护体防护高速破片的效果，实验成本低、安全性高。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术解决方案如下：
一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验用测试装置，该测量装置包括：气体炮加载装置、模拟破片、测速系统、模拟防护体、模拟被发弹及数据采集系统；其中，
气体炮加载装置主要用于将模拟破片加载至设定速度，对模拟防护体形成撞击效应，通过测速系统测量模拟破片的撞靶速度；
模拟破片为主发弹爆炸产生的破片；
模拟防护体包括由防护体结构和防护体应变传感器；防护体结构置于所述模拟被发弹前方，所述防护体应变传感器布设在防护体结构面向防护体结构的一侧；
模拟被发弹包括壳体、模拟装药、被发弹应变传感器、应力传感器；模拟装药安装于模拟被发弹壳体中，在壳体上且不与模拟防护体接触的部位均布若干被发弹应变传感器，模拟装药内部沿其径向均布若干应力传感器；
数据采集系统包括应变采集系统、应力采集系统和高速影像采集系统，用于记录模拟破片高速撞击下模拟防护体和模拟被发弹的应变、应力及运动速度。
进一步的，模拟防护体的中心与气体炮炮口中心保持同轴。
一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验方法，包括如下步骤：
步骤一：依据实弹殉爆工况，确定模拟破片参量；
步骤二：模拟防护体及模拟被发弹装配；
将防护体应变传感器粘贴于防护体结构与模拟被发弹接触面的侧面；在模拟被发弹壳体上粘结若干被发弹应变传感器，在模拟装药中沿模拟装药径向均布若干应力传感器；最后将模拟防护体和模拟被发弹固定在一起，将装配好的模拟防护体和模拟被发弹安置于平台上，模拟防护体朝向迎弹面，并使其中心与气体炮炮口中心保持同轴；
步骤三：模拟破片高速撞击实验；
利用气体炮驱动装置驱动模拟破片至预定速度，撞击模拟防护体和模拟被发弹；
步骤四：数据采集；
利用应变采集系统、应力采集系统和高速影像采集系统分别采集模拟防护体和模拟被发弹的应变、应力以及运动速度量值。
步骤五：防护体防护效果评价；
通过对比不同模拟防护体及模拟被发弹的应力、应变参量及运动速度的量值，上述参量值越低，则防护体防护效果越好。
进一步的，所述步骤一进一步包括：采用数值模拟的方法，获取实弹殉爆过程中，采用防护体时，主发弹与防护体接触端形成的破片质量、形状和速度，确定模拟破片参量。
本发明的一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验方法，与现有技术相比，带来的技术效果体现在以下几个方面：
1)利用气体炮进行实验，避免了冲击波和高温环境对被发弹及防护体的影响，能够更为准确的验证防护体的防护效果；
2)可定量获取防护体及被发弹的应力、应变和运动速度的量值，进而定量表征防护体的防护效果，能够更为准确的指导防护体的优化设计。
3)实验方法简单、安全，大幅减小了实验成本及安全风险。
附图说明
图1为本发明的一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验方法的整体布局主视图。
图2为本发明中模拟防护体及模拟被发弹俯视图。
图3为高速破片防护效果模拟实验中得到的应变-时间曲线图。
图4为高速破片防护效果模拟实验中得到的应力-时间曲线图。
图中的标号分别表示：1、气体炮加载装置，2、模拟破片，3、测速系统，4、模拟防护体，5、防护体结构，6、防护体应变传感器，7、模拟被发弹，8、壳体，9、应力传感器，10、模拟装药，11、被发弹应变传感器，12、数据采集系统，13、应变采集系统，14、应力采集系统，15、高速影像采集系统，2-1、防护体应变传感器一，2-2、防护体应变传感器二，2-3、模拟装药应力传感器二，2-4、模拟装药应力传感器一，2-5、模拟装药应力传感器三，2-6、被发弹应变传感器二，2-7、被发弹应变传感器三，2-8、被发弹应变传感器一。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是本发明不局限于以下具体实施例，凡在本发明技术方案基础上进行的同等变换均在本发明的保护范围内。
遵从上述技术方案，如图1～图4所示，本实施例给出一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验方法，在该方法中所用测量装置包括：气体炮加载装置1、模拟破片2、模拟防护体4、模拟被发弹7及数据采集系统12；
所述气体炮加载装置1主要用于将模拟破片2加载至设定速度，对模拟防护体4和模拟被发弹7形成撞击效应，通过测速系统3测量模拟破片2的撞靶速度；
所述模拟破片2为主发弹爆炸产生的破片，通过数值模拟的方法获取其形状和质量；
所述模拟防护体4主要由防护体结构5和防护体应变传感器6组成；防护体结构5置于所述模拟被发弹7前方，所述防护体应变传感器6布设在防护体结构5面向防护体结构5的一侧。
所述模拟被发弹7主要由壳体8、模拟装药10、被发弹应变传感器11、应力传感器9组成；模拟装药10安装于被发弹壳体8中，在壳体8不与模拟防护体4接触的部位均布若干被发弹应变传感器11，模拟装药10内部沿其径向均布若干应力传感器9。
数据采集系统12主要由第一应变采集系统13、第二应力采集系统14和高速影像采集系统15组成，用于记录模拟破片2高速撞击下模拟防护体4和模拟被发弹7的应变、应力及运动速度。
本发明实施例提供的一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验方法，包括如下步骤：
步骤一：依据实弹殉爆工况，确定模拟破片2参量；
采用数值模拟的方法，获取实弹殉爆过程中，采用不同防护体时，主发弹与防护体接触端形成的破片质量、形状和速度；
步骤二：模拟防护体4及模拟被发弹7装配；
将防护体应变传感器6粘贴于防护体结构5与模拟被发弹7接触面的侧面；在模拟被发弹7壳体8上粘结若干被发弹应变传感器11，在安装于被发弹壳体8内的模拟装药10中沿模拟装药10径向均布若干应力传感器9；最后将模拟防护体4和模拟被发弹7固定在一起，将装配好的模拟防护体4和模拟被发弹7安置于平台上，模拟防护体4朝向迎弹面，并使其中心与气体炮炮口中心保持同轴。如图2所示，防护体应变传感器一2-1与防护体应变传感器二2-2布设在模拟防护体面向模拟模拟被发弹7的侧面上，2-6、被发弹应变传感器二、2-7、被发弹应变传感器三，2-8及被发弹应变传感器一均布在壳体不与模拟防护体4接触的部位，2-3、模拟装药应力传感器二，2-4、模拟装药应力传感器一，2-5、模拟装药应力传感器三沿模拟装药10径向均布在模拟装药10中。
步骤三：模拟破片2高速撞击实验；
利用气体炮加载装置1驱动模拟破片2至预定速度，撞击模拟防护体4和模拟被发弹7。所述预定速度为步骤一中数值模拟方法得到的破片的速度。模拟破片按照步骤一中数值模拟方法得到的破片的质量和形状来设计。
步骤四：数据采集；
利用第一应变采集系统13、第二应力采集系统14和高速影像采集系统15分别采集模拟防护体4和模拟被发弹7的应变、应力以及运动速度量值。图3为高速破片防护效果模拟实验中得到的应变-时间曲线图，图4为高速破片防护效果模拟实验中得到的应力-时间曲线图。
步骤五：防护体防护效果评价；
通过对比不同模拟防护体4及模拟被发弹7的应力、应变参量及运动速度的量值，上述参量值越低，则防护体防护效果越好。
下面将通过具体实施例进行说明：
实施例1：
本实施例模拟的实弹直径为200mm、装药量20.7kg，模拟防护体为钢板+铝板+钢板结构。
步骤一：依据实弹殉爆工况，确定模拟破片2参量
采用AUTODYN数值模拟的方法，获取实弹殉爆过程中，主发弹与防护体接触端形成的破片质量为10g，形状为圆柱形，尺寸Φ16×20mm，速度为2100m/s；
步骤二：模拟防护体4及模拟被发弹7装配
将防护体应变传感器6粘贴于防护体结构5与模拟被发弹7接触面的侧面；在模拟被发弹7壳体8上粘结3个被发弹应变传感器11，在模拟装药10中沿模拟装药10径向均布3个应力传感器9；最后将模拟防护体4和模拟被发弹7固定在一起。
步骤三：模拟破片2高速撞击实验
将装配好的模拟防护体4和模拟被发弹7安置于平台上，模拟防护体4朝向迎弹面，并使其中心与气体炮炮口中心保持同轴；利用气体炮加载装置1驱动模拟破片2以2100m/s的速度撞击模拟防护体4和模拟被发弹7。
步骤四：数据采集
利用第一应变采集系统13、第二应力采集系统14和高速影像采集系统15分别采集模拟防护体4和模拟被发弹7的应变、应力以及运动速度量值。
步骤五：防护体防护效果评价
通过对比不同模拟防护体4及模拟被发弹7的应力、应变参量及运动速度的量值，上述参量值越低，则防护体防护效果越好，优化殉爆实验高速破片防护结构。
实施例2：
模拟实弹与实施例1相同，模拟防护体为钢+橡胶+钢结构，同样执行步骤一～步骤五。
表1～表4给出了实施例1与实施例2中采用本发明实验方法得到的模拟防护体峰值应变、模拟装药峰值应力、模拟被发弹峰值应变、运动速度参量，上述参量值越低，则防护体防护效果越好。综合对比表中数据可知，实施例2中给出的钢+橡胶+钢结构防护效果更好，能够更有效的对弹药殉爆产生的高速破片进行有效拦截。
表1不同工况下的模拟防护体峰值应变
表2不同工况下的模拟装药峰值应力
表3不同工况下的模拟被发弹峰值应变
表4不同工况下的被发弹运动速度
| 工况 | 实施例1 | 实施例2 |
| 运动速度/m·s<sup>-1</sup> | 1.06 | 0.87 |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验用测试装置，其特征在于，该测量装置包括：气体炮加载装置(1)、模拟破片(2)、测速系统(3)、模拟防护体(4)、模拟被发弹(7)及数据采集系统(12)；其中，
气体炮加载装置(1)主要用于将模拟破片(2)加载至设定速度，对模拟防护体形成撞击效应，通过测速系统(3)测量模拟破片(2)的撞靶速度；
模拟破片(2)为主发弹爆炸产生的破片；
模拟防护体(4)包括由防护体结构(5)和防护体应变传感器(6)；防护体结构(5)置于所述模拟被发弹7前方，所述防护体应变传感器(6)布设在防护体结构(5)面向防护体结构(5)的一侧；
模拟被发弹(7)包括壳体(8)、模拟装药(9)、被发弹应变传感器(11)、应力传感器(10)；模拟装药(9)安装于模拟被发弹(7)壳体(8)中，在壳体(8)上且不与模拟防护体(4)接触的部位均布若干被发弹应变传感器(11)，模拟装药(9)内部沿其径向均布若干应力传感器(10)；
数据采集系统(12)包括应变采集系统(13)、应力采集系统(14)和高速影像采集系统(15)，用于记录模拟破片(2)高速撞击下模拟防护体(4)和模拟被发弹(7)的应变、应力及运动速度。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，模拟防护体(4)的中心与气体炮炮口中心保持同轴。
3.一种弹药殉爆高速破片防护效果模拟实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：依据实弹殉爆工况，确定模拟破片(2)参量；
步骤二：模拟防护体(4)及模拟被发弹(7)装配；
将防护体应变传感器(6)粘贴于防护体结构(5)与模拟被发弹(7)接触面的侧面；在模拟被发弹(7)壳体(8)上粘结若干被发弹应变传感器(11)，在模拟装药(9)中沿模拟装药(9)径向均布若干应力传感器(10)；最后将模拟防护体(4)和模拟被发弹(7)固定在一起，将装配好的模拟防护体(4)和模拟被发弹(7)安置于平台上，模拟防护体(4)朝向迎弹面，并使其中心与气体炮炮口中心保持同轴；
步骤三：模拟破片(2)高速撞击实验；
利用气体炮驱动装置(1)驱动模拟破片(2)至预定速度，撞击模拟防护体(4)和模拟被发弹(7)；
步骤四：数据采集；
利用应变采集系统(13)、应力采集系统(14)和高速影像采集系统(15)分别采集模拟防护体(4)和模拟被发弹(7)的应变、应力以及运动速度量值。
步骤五：防护体防护效果评价；
通过对比不同模拟防护体(4)及模拟被发弹(7)的应力、应变参量及运动速度的量值，上述参量值越低，则防护体防护效果越好。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一进一步包括：采用数值模拟的方法，获取实弹殉爆过程中，采用防护体时，主发弹与防护体接触端形成的破片质量、形状和速度，确定模拟破片参量。
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