CN111983178A - 一种炸药隔板冲击起爆瞬态过程的实验观测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种炸药隔板冲击起爆炸药瞬态过程的实验观测方法,该方法中,起爆药柱起爆主炸药爆轰接触隔板并在隔板中形成冲击波,冲击波引爆隔板下方的炸药,同时给同时分幅扫描相机系统一个触发信号,当触发信号达到同时分幅扫描相机系统设定触发值时,打开同时分幅扫描相机系统快门,获取主炸药通过隔板起爆被引爆炸药过程的分幅图像和扫描图像。本发明的实验观测方法,可拍摄到主炸药爆轰、隔板中冲击波的传播以及炸药被引爆过程的图像信息,同时通过扫描图像能获得主炸药的爆速和被引爆炸药的起爆过程的具体曲线值,从而实现冲击波引爆炸药瞬态过程较全面的刻画。
Description
技术领域
本发明属于爆炸与毁伤领域,涉及炸药起爆瞬态过程,具体涉及一种炸药隔板冲击起爆瞬态过程的实验观测方法。
背景技术
弹药冲击起爆是引发弹药安全系统失效的一个典型意外刺激,冲击加载作用下炸药起爆并成长为爆轰的过程是炸药安全性能的核心问题。为获得炸药的冲击起爆行为和规律,研究者们主要采用平面波装置和飞片撞击装置,通过测量临界隔板厚度和采用锰铜计测量炸药内部压力,来表针炸药冲击起爆压力阈值。例如,李硕等(聚黑-14C的传爆装置冲击起爆实验及数值模拟,火炸药学报,2016,39(6):63-79)即通过在小隔板试验中改变传爆装置的隔板厚度,确定临界割板厚度。上述方法能定性的描述炸药的冲击起爆行为,但对于炸药的冲击起爆机理的深入研究,需要进一步获得冲击起爆瞬态过程中的爆轰波和冲击波等信息。张涛等(新型高能钝感炸药JBO-9X在较高冲击压力下冲击起爆过程的实验研究,火炸药学报,2016,39(1):28-33.)采用高速扫描相机实现了对冲击起爆过程中冲击波和爆轰波信息的获取。然而,扫描相机仅能捕捉狭缝中的信息,对于扫描狭缝外的空间信息全部丢失,需结合分幅图像给出瞬态过程中抽样点的全局二维空间信息,构成无视差的分幅、扫描同时成像记录,才能的到完整、精确的瞬态毁伤过程信息。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于,提供一种炸药隔板冲击起爆瞬态过程的实验观测方法,解决现有技术中的实验方法难以对炸药隔板冲击起爆瞬态过程进行全面和准确的描述的技术问题。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案予以实现:
一种炸药隔板冲击起爆瞬态过程的实验观测方法,该方法将炸药隔板冲击起爆系统布置于爆炸场所中,该方法包括以下步骤:
步骤一,布设炸药隔板冲击起爆装置,使得主炸药、有机玻璃隔板和被引爆炸药端面水平;
步骤二,布设同时分幅扫描相机系统,通过调整反射平面镜,使得炸药隔板冲击起爆装置位于同时分幅扫描相机系统视场正中心;
步骤三,在起爆药柱中安装触发探针,触发探针通过触发线连接到同时分幅扫描相机系统和示波器,测量并记录触发探针到主炸药上端面的距离H1;
步骤四,在同时分幅扫描相机系统视场内放置标志物,通过对比标志物实际尺寸和在同时分幅扫描相机系统视场内的尺寸,确定比例尺,计算获得主炸药下端面到同时分幅扫描相机系统视场顶部的距离H3;
步骤五,计算爆轰波进入视场时刻距离触发探针触发时刻的时间差ΔT,为同时分幅扫描相机系统的延时设置将以ΔT为参考时间差,计算公式为:
式中,H2为主炸药高度,Va和Vb分别为起爆药柱和主炸药的预估爆轰波速度。
步骤六,将雷管插入起爆药柱中,雷管尾端通过起爆线连接到起爆器;
步骤七,通过起爆器引爆雷管,主炸药起爆后在有机玻璃隔板中产生冲击波,同时触发探针给同时分幅扫描相机系统触发信号,当触发信号达到相机设定触发值时,打开相机快门,获取分幅图像和扫描图像;
步骤八,分幅图像数据处理:
对比分幅获得的两幅图像之间的信息,除以时间间隔,获得主炸药爆轰波速度、被引爆炸药爆轰波速度和有机玻璃隔板中冲击波速度;
步骤九,扫描图像数据处理:
步骤901,提取扫描图像中连续的数据点,在拐点处增加同等距离判读处的多个数据点;
步骤902,计算扫描图像上成像的放大比,计算公式为:
α=LX/La
β=LY/Lb
式中,α和β分别为X、Y方向的放大比,LX和LY分别为X和Y方向的标尺长度,La和Lb分别为扫描图像上标尺像的尺寸;
步骤903,将扫描图像上的空间二维信息转化为时间-空间坐标中的信息:
将通过X方向的放大倍数α,结合扫描图像上的狭缝间距,求得爆轰波阵面运动的距离;通过Y方向的放大倍数β和扫描轨迹上的各点坐标可求出爆轰波阵面的相应Y坐标,用测得的图像中X方向的坐标除以扫描速度可得到各点所对应的时间坐标;
步骤904,在对图像进行数字化判读的基础上,结合同时分幅扫描相机系统扫描速度和图像放大比参数,得到主炸药爆轰波速度、被引爆炸药爆轰波速度和有机玻璃隔板中冲击波速度具体曲线值。
本发明还具有如下技术特征:
所述的炸药隔板冲击起爆系统包括炸药隔板冲击起爆装置,所述的爆炸场所内的炸药隔板冲击起爆装置一侧放置有反射平面镜,爆炸场所的爆炸防护窗口外布设有同时分幅扫描相机系统;
所述的炸药隔板冲击起爆装置包括从底部至顶部依次设置的被引爆炸药、有机玻璃隔板、主炸药和起爆药柱。
所述的爆炸场所为爆炸塔,爆炸塔的塔壁上开设有爆炸防护窗口。
本发明与现有技术相比,具有如下技术效果:
(Ⅰ)本发明的实验观测方法,可获取到炸药爆炸产生爆轰波、爆轰产物和隔板中冲击波的图像信息,同时通过扫描图像能获得爆轰波速度和冲击波速度的具体曲线值,从而实现对炸药隔板冲击起爆瞬态过程较全面的描述。
(Ⅱ)分幅图像能给出整个过程抽样点上的二维空间信息,但会丢失相邻画幅间的时-空信息;扫描图像能清晰且连续地记录空间运动过程,但扫描狭缝外的空间信息会全部丢失,只有两者结合、构成无视差的分幅、扫描同时成像记录,才能得到完整、精准的瞬态毁伤过程信息。结合毁伤数据处理及信息提取技术,提取、分辨有用的试验信息以及将分幅图像、扫描图像中的信息联合处理,从而实现对毁伤过程全面、准确的刻画。
附图说明
图1是本发明的炸药隔板冲击起爆装置布设示意图。
图2是本发明的炸药隔板冲击起爆系统的俯视示意图。
图3是本发明实施例中分幅图像。
图4是本发明实施例中扫描图像。
图中各个标号的含义为:1-反射平面镜,2-爆炸防护窗口,3-同时分幅扫描相机系统;4-炸药隔板冲击起爆装置,5-爆炸塔,6-相机视场;
401-雷管,402-触发探针,403-起爆药柱,404-主炸药,405-有机玻璃隔板,406-被引爆炸药。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
本发明涉及一种炸药隔板冲击起爆瞬态过程的实验观测方法,可应用于武器设计和防护等领域,为科研人员和工程设计人员提供一种观测炸药在冲击波刺激作用下起爆瞬态过程的方法,可用于炸药隔板冲击起爆过程实验设计、理论分析和相关工程应用。
本发明的目的在于,提供一种炸药隔板冲击起爆瞬态过程的实验观测方法,该方法采用炸药爆炸自发光,通过同时分幅/扫描相机,从而实现对炸药在冲击波刺激作用下起爆瞬态过程的观测记录,可用于炸药隔板冲击起爆过程的实验设计、理论分析和相关工程应用。
需要说明的是,本发明中的X方向和Y方向分别指的是分幅图像中水平方和竖直方向。
需要说明的是,本发明中的同时分幅扫描相机系统采用现有技术中已知的同时分幅扫描超高速光电摄影系统,例如,授权公告号为CN103197499B的中国专利,专利名称为:一种同时分幅扫描超高速光电摄影系统。再例如,论文(畅里华等,《强激光与粒子束》,2015,27(11):115002-1-6),炸药柱面内磁通量压缩超高速同时分幅/扫描摄影技术。
需要说明的是,本发明中的所有部件,如无特殊说明,全部均采用现有技术中已知的部件。
本发明中,如图1和图2所示,所述的炸药隔板冲击起爆系统包括炸药隔板冲击起爆装置4,所述的爆炸场所内的炸药隔板冲击起爆装置4一侧放置有反射平面镜1,爆炸场所的爆炸防护窗口2外布设有同时分幅扫描相机系统3;
炸药隔板冲击起爆装置4包括从底部至顶部依次设置的被引爆炸药406、有机玻璃隔板405、主炸药404和起爆药柱403。
作为本发明的一种优选方案,爆炸场所为爆炸塔5,爆炸塔5的塔壁上开设有爆炸防护窗口2。
以下给出本发明的具体实施例,需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例,凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1:
本实施例给出一种炸药隔板冲击起爆瞬态过程的实验观测方法,该方法将炸药隔板冲击起爆系统布置于爆炸场所中,该方法包括以下步骤:
步骤一、布设炸药隔板冲击起爆装置,使得主炸药、有机玻璃隔板和被引爆炸药端面水平;
本实施例中,炸药隔板冲击起爆装置布设如图1所示,主炸药采用Φ50×50mm的A药柱,起爆药柱为3节Φ20×20mm的B药柱,起爆方式采用端面中心起爆,通过8#电雷管引爆。隔板采用Φ120×20mm的有机玻璃,被引爆炸药为Φ50×50mm的C药柱。使用水平尺和激光水平仪确定装置位置和姿态,保证主炸药药柱、有机玻璃隔板和被引爆炸药药柱端面水平。
步骤二,布设同时分幅扫描相机系统,通过调整反射平面镜,使得炸药隔板冲击起爆装置位于同时分幅扫描相机系统视场正中心;
本实施例中,炸药隔板冲击起爆系统的俯视示意图如图2所示,爆炸场所为爆炸塔。爆炸塔的窗口采用K9玻璃,所用反射平面镜要求反射率≥90%。平面镜放置于弹架上以保证与爆炸塔窗口同高,通过平移、转动平面镜,使冲击起爆装置进入同时分幅扫描相机系统视场中心。
步骤三,在起爆药柱中安装触发探针,触发探针通过触发线连接到同时分幅扫描相机系统和示波器,测量并记录触发探针到主炸药上端面的距离H1;
本实施例中,触发探针采用细铜丝,放置第1、2节起爆药柱中间,通过测量,H1=60mm。
步骤四,在同时分幅扫描相机系统视场内放置标志物,通过对比标志物实际尺寸和在同时分幅扫描相机系统视场内的尺寸,确定比例尺,计算获得主炸药下端面到同时分幅扫描相机系统视场顶部的距离H3;
步骤五,计算爆轰波进入视场时刻距离触发探针触发时刻的时间差ΔT,为同时分幅扫描相机系统的延时设置将以ΔT为参考时间差,计算公式为:
式中,H2为主炸药高度,Va和Vb分别为起爆药柱和主炸药的预估爆轰波速度;
本实施例中,H2=50mm,通过计算得H3=40.58mm,预估起爆药柱爆轰波速度Va=7.8km/s,预估主炸药爆轰波速度Vb=8.2km/s,带入上式计算得ΔT=5.26μs。
根据视场直径和爆轰波速度,同时分幅扫描相机系统采用20μs档,扫描时刻为8.9μs至26.5μs,分幅间隔约2.5μs。
步骤六,将雷管插入起爆药柱中,雷管尾端通过起爆线连接到起爆器;
步骤七,通过起爆器引爆雷管,主炸药起爆后在有机玻璃隔板中产生冲击波,同时触发探针给同时分幅扫描相机系统触发信号,当触发信号达到相机设定触发值时,打开相机快门,获取分幅图像和扫描图像;
步骤八,获得分幅图像数据:
对比分幅获得的两幅图像之间的信息,除以时间间隔,获得主炸药爆轰波速度、被引爆炸药爆轰波速度和有机玻璃隔板中冲击波速度;
本实施例中,6幅间隔2.5μs的分幅图像如图3所示,通过图像可以观测到爆轰波阵面位置和爆轰产物的形状变化情况,同时通过计算可获得主炸药和被引爆炸药爆轰波速度以及隔板中冲击波速度。
步骤九,获得扫描图像数据:
步骤901,提取扫描图像中连续的数据点,在拐点处增加同等距离判读处的多个数据点;
步骤902,计算扫描图像上成像的放大比,计算公式为:
α=LX/La
β=LY/Lb
式中,α和β分别为X、Y方向的放大比,LX和LY分别为X和Y方向的标尺长度,La和Lb分别为扫描图像上标尺像的尺寸;
步骤903,将扫描图像上的空间二维信息转化为时间-空间坐标中的信息:
将通过X方向的放大倍数α,结合扫描图像上的狭缝间距,求得爆轰波阵面运动的距离;通过Y方向的放大倍数β和扫描轨迹上的各点坐标可求出爆轰波阵面的相应Y坐标,用测得的图像中X方向的坐标除以扫描速度可得到各点所对应的时间坐标;
步骤904,在对图像进行数字化判读的基础上,结合同时分幅扫描相机系统扫描速度和图像放大比参数,得到主炸药爆轰波速度、被引爆炸药爆轰波速度和有机玻璃隔板中冲击波速度具体曲线值。
本实施例中,吩咐图像如图3所示,扫描图像如图4所示。从图3和图4中可计算知,分幅图像的比例为:αf=120/647=0.185(mm/像素点);扫描图像的距离比例系数为分幅的0.77倍,即αs=0.77αf=0.142(mm/像素点),扫描图像的时间系数为:αst=17.6/1830=0.00962(μs/像素点)。
在此基础上,可计算得扫描图像对应分幅图像的点。通过判读分幅图像间的时间间隔计算出物体运动速度,与根据扫描图像信息计算出的物体运动速度进行对比。本实施例中,以主炸药和被引爆炸药的爆轰波速度为例,由分幅图像和扫描图像计算出的速度对比如表1所示。
表1主炸药和被引爆炸药爆轰波速度的分幅图像与扫描图像信息对比
Claims (3)
1.一种炸药隔板冲击起爆瞬态过程的实验观测方法,其特征在于,该方法将炸药隔板冲击起爆系统布置于爆炸场所中,该方法包括以下步骤:
步骤一,布设炸药隔板冲击起爆装置,使得主炸药、有机玻璃隔板和被引爆炸药端面水平;
步骤二,布设同时分幅扫描相机系统,通过调整反射平面镜,使得炸药隔板冲击起爆装置位于同时分幅扫描相机系统视场正中心;
步骤三,在起爆药柱中安装触发探针,触发探针通过触发线连接到同时分幅扫描相机系统和示波器,测量并记录触发探针到主炸药上端面的距离H1;
步骤四,在同时分幅扫描相机系统视场内放置标志物,通过对比标志物实际尺寸和在同时分幅扫描相机系统视场内的尺寸,确定比例尺,计算获得主炸药下端面到同时分幅扫描相机系统视场顶部的距离H3;
步骤五,计算爆轰波进入视场时刻距离触发探针触发时刻的时间差ΔT,为同时分幅扫描相机系统的延时设置将以ΔT为参考时间差,计算公式为:
式中,H2为主炸药高度,Va和Vb分别为起爆药柱和主炸药的预估爆轰波速度。
步骤六,将雷管插入起爆药柱中,雷管尾端通过起爆线连接到起爆器;
步骤七,通过起爆器引爆雷管,主炸药起爆后在有机玻璃隔板中产生冲击波,同时触发探针给同时分幅扫描相机系统触发信号,当触发信号达到相机设定触发值时,打开相机快门,获取分幅图像和扫描图像;
步骤八,分幅图像数据处理:
对比分幅获得的两幅图像之间的信息,除以时间间隔,获得主炸药爆轰波速度、被引爆炸药爆轰波速度和有机玻璃隔板中冲击波速度;
步骤九,扫描图像数据处理:
步骤901,提取扫描图像中连续的数据点,在拐点处增加同等距离判读处的多个数据点;
步骤902,计算扫描图像上成像的放大比,计算公式为:
α=LX/La
β=LY/Lb
式中,α和β分别为X、Y方向的放大比,LX和LY分别为X和Y方向的标尺长度,La和Lb分别为扫描图像上标尺像的尺寸;
步骤903,将扫描图像上的空间二维信息转化为时间-空间坐标中的信息:
将通过X方向的放大倍数α,结合扫描图像上的狭缝间距,求得爆轰波阵面运动的距离;通过Y方向的放大倍数β和扫描轨迹上的各点坐标可求出爆轰波阵面的相应Y坐标,用测得的图像中X方向的坐标除以扫描速度可得到各点所对应的时间坐标;
步骤904,在对图像进行数字化判读的基础上,结合同时分幅扫描相机系统扫描速度和图像放大比参数,得到主炸药爆轰波速度、被引爆炸药爆轰波速度和有机玻璃隔板中冲击波速度具体曲线值。
2.如权利要求1所述的炸药隔板冲击起爆瞬态过程的实验观测方法,其特征在于,所述的炸药隔板冲击起爆系统包括炸药隔板冲击起爆装置,所述的爆炸场所内的炸药隔板冲击起爆装置一侧放置有反射平面镜,爆炸场所的爆炸防护窗口外布设有同时分幅扫描相机系统;
所述的炸药隔板冲击起爆装置包括从底部至顶部依次设置的被引爆炸药、有机玻璃隔板、主炸药和起爆药柱。
3.如权利要求1所述的炸药隔板冲击起爆瞬态过程的实验观测方法,其特征在于,所述的爆炸场所为爆炸塔,爆炸塔的塔壁上开设有爆炸防护窗口。
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