CN112161529B - 一种弹药爆炸冲击波的阵列式检测装置以及评估系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹药爆炸冲击波的阵列式检测装置以及评估系统，该装置包括弹形壳体、检测薄膜、检测单元、信号处理单元和微带天线，弹形壳体沿轴线设有用于传播冲击波的传播通道，传播通道的侧壁上设有多个检测腔，多个检测腔的开口直径沿冲击波的传播方向依次减小，每一检测腔的开口覆盖一张检测薄膜，弹形壳体的外壁与传播通道之间设有容纳腔；检测单元用于记录每一张检测薄膜破裂时的临界压力值，在检测薄膜发生破裂时，获取所破裂的检测薄膜中直径最大的检测薄膜对应的临界压力值，将临界压力值发送至信号处理单元；信号处理单元用于将临界压力值加载至微带天线进行辐射。本发明能够实现真实战场环境下的弹药爆炸冲击波的动态评估。

Description

一种弹药爆炸冲击波的阵列式检测装置以及评估系统
技术领域
本发明涉及弹药威力评估技术领域，特别是涉及一种弹药爆炸冲击波的阵列式检测装置以及评估系统。
背景技术
在实战中，炮弹的毁伤能力评估主要涉及炮弹爆炸物理场的空间分布和打击目标的毁伤程度。实时在线的毁伤评估对指挥作战人员和决策者掌握可信、可靠的作战态势提供了有力的数据支撑。炮弹的爆炸冲击波是其毁伤威力评估的主要指标之一。当前，对于弹药的爆炸冲击波评估主要以静态试验测试为主，也就是在弹药附近固定安装冲击波检测装置，通过冲击波检测装置来检测爆炸冲击波。然而，对于实战中爆炸冲击波的动态检测，目前尚属空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弹药爆炸冲击波的阵列式检测装置以及评估系统，能够实现真实战场环境下的弹药爆炸冲击波的动态评估。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种弹药爆炸冲击波的阵列式检测装置，包括弹形壳体、检测薄膜、检测单元、信号处理单元和微带天线，所述弹形壳体沿轴线设有用于传播冲击波的传播通道，所述传播通道的侧壁上设有多个检测腔，所述多个检测腔的开口直径沿冲击波的传播方向依次减小，每一所述检测腔的开口覆盖一张所述检测薄膜，所述弹形壳体的外壁与传播通道之间设有容纳腔，所述检测单元和信号处理单元设于容纳腔中，所述微带天线贴附在弹形壳体的外壁上；所述检测单元用于记录每一张检测薄膜破裂时的临界压力值，并检测每一所述检测薄膜是否破裂，在检测薄膜发生破裂时，获取所破裂的检测薄膜中直径最大的检测薄膜对应的临界压力值，并将所述临界压力值发送至信号处理单元；所述信号处理单元用于将所述临界压力值加载至微带天线进行辐射。
优选的，所述传播通道相对两侧的侧壁上均设有多个检测腔。
优选的，所述弹形壳体的外壁设有整流尾翼。
优选的，所述传播通道为圆形的通道。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种弹药爆炸冲击波的评估系统，包括地面冲击波评估装置和多个前述任一种的阵列式检测装置，所述多个阵列式检测装置从炸点随爆炸冲击波飞行；
每一所述阵列式检测装置在辐射临界压力值时，还通过信号处理单元与相邻阵列式检测装置进行通信，实时获取与相邻阵列式检测装置之间的相对位置信息，并将相对位置信息加载至微带天线进行辐射；
所述地面冲击波评估装置用于接收每一所述阵列式检测装置辐射的临界压力值和相对位置信息，根据所有临界压力值和相对位置信息进行弹药爆炸冲击波的评估。
优选的，所述评估系统包括冲击波检测弹药，所述冲击波检测弹药包括中心药柱，弹药固定环和弹药壳体，所述弹药固定环嵌套在中心药柱上，所述弹药壳体包覆在所述弹药固定环外层，所述弹药固定环上设有多个容纳槽，所述多个阵列式检测装置分别容纳于所述多个容纳槽内。
优选的，所述多个容纳槽在弹药固定环上均匀分布。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：相比传统的爆炸冲击波静态检测，本发明具有动态实时感知、检测简单快捷的优点，具备真实战场环境下，弹药爆炸冲击波的评估能力，这是传统检测方法所不具备的，填补了弹药动态冲击波检测的空白，具有重要的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例的弹药爆炸冲击波的阵列式检测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的弹药爆炸冲击波的阵列式检测装置的剖视示意图；
图3是本发明实施例的弹药爆炸冲击波的阵列式检测装置的检测腔的排列示意图；
图4是多个阵列式检测装置随爆炸冲击波飞行时的示意图；
图5是本发明实施例的弹药爆炸冲击波的评估系统的冲击波检测弹药的剖视示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1至图3，本发明实施例的弹药爆炸冲击波的阵列式检测装置10包括弹形壳体1、检测薄膜2、检测单元3、信号处理单元4和微带天线5。
弹形壳体1沿轴线设有用于传播冲击波的传播通道11，传播通道11的侧壁上设有多个检测腔12，多个检测腔12的开口直径沿冲击波的传播方向依次减小。弹形壳体1的形状类似炮弹，该形状设计便于弹形壳体1的飞行，在飞行过程中，冲击波能够在传播通道11中以自由场传播。在本实施例中，弹形壳体1的外壁设有整流尾翼13，整流尾翼13可以确保弹形壳体1在冲击波中更加稳定飞行。
每一检测腔12的开口覆盖一张检测薄膜2，弹形壳体1的外壁与传播通道11之间设有容纳腔14，检测单元3和信号处理单元4设于容纳腔14中，微带天线5贴附在弹形壳体1的外壁上。
检测薄膜2可以通过粘结剂粘接覆盖检测腔12的开口，能感知冲击波从而产生应力变形直至破裂。检测薄膜2检测冲击波能量主要遵循Bazant尺度效应定律，检测薄膜2材料的强度大小与材料本身的物理性质相关外，与检测薄膜2的特征尺寸成反比，有：
δN＝kA/(f(d))
其中，δN为检测薄膜2材料的强度，k为应力系数，A为检测薄膜2材料的固有属性，f(d)为检测薄膜2材料的尺度函数。
对检测薄膜2在达到最大应变时发生破裂的强度值(定义为临界强度δmax)进行拟合，得到不同尺度大小的检测薄膜2破裂时的临界压力值，临界压力值PN(即薄膜发生破裂时的冲击波压力)可通过下式计算：
PN＝kA(0.03d-0.95×10-4d2+1.23)
其中，d为检测薄膜2的直径(即检测腔12的开口直径)。
检测单元3用于记录每一张检测薄膜2破裂时的临界压力值，并检测每一检测薄膜2是否破裂，在检测薄膜2发生破裂时，获取所破裂的检测薄膜2中直径最大的检测薄膜2对应的临界压力值，并将临界压力值发送至信号处理单元4。
其中，如图3所示，当冲击波进入传播通道11时，直径为dn的检测薄膜2未破裂时，相当于导通状态；反之，检测薄膜2破裂后，为断开状态。检测单元3通过判断检测薄膜2导通还是断开，就可以检测检测薄膜2是否破裂。在本实施例中，传播通道11相对两侧的侧壁上均设有多个检测腔12。所有检测腔12的开口直径均不同。检测腔12的数量越多，则冲击波检测的精度就越高。
信号处理单元4用于将临界压力值加载至微带天线5进行辐射。
本发明还保护一种弹药爆炸冲击波的评估系统，评估系统包括地面冲击波评估装置(图未示)和多个前述实施例的阵列式检测装置10，多个阵列式检测装置10从炸点随爆炸冲击波飞行，如图4所示，6个阵列式检测装置10随爆炸冲击波向周围飞行。
每一阵列式检测装置10在辐射临界压力值时，还通过信号处理单元4与相邻阵列式检测装置10进行通信，实时获取与相邻阵列式检测装置10之间的相对位置信息，并将相对位置信息加载至微带天线5进行辐射；
地面冲击波评估装置用于接收每一阵列式检测装置10辐射的临界压力值和相对位置信息，根据所有临界压力值和相对位置信息进行弹药爆炸冲击波的评估。如图4所示，6个阵列式检测装置10辐射的临界压力值依次为P1,P2,P3,P4,P5,P6，同时，在T1时刻，6个阵列式检测装置10(分别以A1、A2、A3、A4、A5、A6表示)两两之间的相对位置信息分别为d11、d21、d31、d41、d51、d61，在T2时刻，6个阵列式检测装置10两两之间的相对位置信息分别为d12、d22、d32、d42、d52、d62，地面冲击波评估装置根据所有临界压力值和相对位置信息可以得到以炸点为中心，包含所有临界压力值和相对位置信息的“蜘蛛网”状的拓扑结构，由这个拓扑结构就可以进行弹药爆炸冲击波的评估。
如图5所示，在本实施例中，评估系统包括冲击波检测弹药，冲击波检测弹药包括中心药柱21，弹药固定环22和弹药壳体23，弹药固定环22嵌套在中心药柱21上，弹药壳体23包覆在弹药固定环22外层，弹药固定环22上设有多个容纳槽221，多个阵列式检测装置10分别容纳于多个容纳槽221内。中心药柱21爆炸时，弹药固定环22和弹药壳体23碎裂，多个阵列式检测装置10随爆炸冲击波飞行。
进一步的，多个容纳槽221在弹药固定环22上均匀分布。
通过上述方式，本发明通过设计阵列式检测装置，将其安装至冲击波检测弹药中，实现弹药爆炸时，阵列式检测装置随冲击波一起稳定飞行。在阵列式检测装置中设计检测薄膜快速、便捷检测冲击波，同时，根据多个阵列式检测装置辐射的临界压力值，实现弹药爆炸过程中的弹药爆炸冲击波的评估。相比传统的爆炸冲击波静态检测，本发明具有动态实时感知、检测简单快捷的优点，具备真实战场环境下，弹药爆炸冲击波的评估能力，这是传统检测方法所不具备的，填补了弹药动态冲击波检测的空白，具有重要的工程应用价值。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种弹药爆炸冲击波的阵列式检测装置，其特征在于，包括弹形壳体、检测薄膜、检测单元、信号处理单元和微带天线，所述弹形壳体沿轴线设有用于传播冲击波的传播通道，所述传播通道的侧壁上设有多个检测腔，所述多个检测腔的开口直径沿冲击波的传播方向依次减小，每一所述检测腔的开口覆盖一张所述检测薄膜，所述弹形壳体的外壁与传播通道之间设有容纳腔，所述检测单元和信号处理单元设于容纳腔中，所述微带天线贴附在弹形壳体的外壁上；
所述检测单元用于记录每一张检测薄膜破裂时的临界压力值，并检测每一所述检测薄膜是否破裂，在检测薄膜发生破裂时，获取所破裂的检测薄膜中直径最大的检测薄膜对应的临界压力值，并将所述临界压力值发送至信号处理单元；
所述信号处理单元用于将所述临界压力值加载至微带天线进行辐射。
2.根据权利要求1所述的阵列式检测装置，其特征在于，所述传播通道相对两侧的侧壁上均设有多个 检测腔。
3.根据权利要求1所述的阵列式检测装置，其特征在于，所述弹形壳体的外壁设有整流尾翼。
4.根据权利要求1所述的阵列式检测装置，其特征在于，所述传播通道为圆形的通道。
5.一种弹药爆炸冲击波的评估系统，其特征在于，包括地面冲击波评估装置和多个根据权利要求1至4任一项所述的阵列式检测装置，所述多个阵列式检测装置从炸点随爆炸冲击波飞行；
每一所述阵列式检测装置在辐射临界压力值时，还通过信号处理单元与相邻阵列式检测装置进行通信，实时获取与相邻阵列式检测装置之间的相对位置信息，并将相对位置信息加载至微带天线进行辐射；
所述地面冲击波评估装置用于接收每一所述阵列式检测装置辐射的临界压力值和相对位置信息，根据所有临界压力值和相对位置信息进行弹药爆炸冲击波的评估；
所述评估系统包括冲击波检测弹药，所述冲击波检测弹药包括中心药柱，弹药固定环和弹药壳体，所述弹药固定环嵌套在中心药柱上，所述弹药壳体包覆在所述弹药固定环外层，所述弹药固定环上设有多个容纳槽，所述多个阵列式检测装置分别容纳于所述多个容纳槽内。
6.根据权利要求5所述的评估系统，其特征在于，所述多个容纳槽在弹药固定环上均匀分布。
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