CN112179615B - 一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置 - Google Patents

一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于模型实验靶舱设计实验测试技术领域，具体涉及一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置。本发明将传统的浮筒用圆形水箱代替，便于调节起浮的高度，有效的减小传统浮筒的上下摆幅问题，控制整个装置的刚体运动位移，并且能降低冲击波对装置的影响。本发明中圆形水箱及环形水箱之间通过三角架及单向铰链连接，能够方便地调节两者之间的距离；钢丝绳使用柔性材料，利用其柔性特征降低瞬间爆炸对环形水箱的冲击影响。本发明便于调节炸药和舰体的位置关系，采用环形水箱较传统的浮箱能够使冲击波从中间穿过，减小冲击波对实验的影响；板架提供配重，减小爆炸冲击引起巨大的晃动。

Description

一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制 装置
技术领域
本发明属于模型实验靶舱设计实验测试技术领域，具体涉及一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置。
背景技术
舰船在服役期间不可避免地会受到各种武器的攻击，船体及其机械电子设备的抗冲击性能是舰船设计工作中的重要考虑因素。特别是舰船在承受水下爆炸载荷时引起的冲击毁伤问题，涉及材料、运动和几何等多种非线性问题以及众多不确定因素，一直是舰船生命力研究工作中的重点。为了准确的模拟舰船在承受水下爆炸载荷时的毁伤特征，此前很多研究通过缩比模型实验装置，研究水下爆炸对舰体的冲击毁伤的机理。但是，大多数的实验装置仅能模拟水下爆炸对舰体的冲击影响，并不能有效针对水下大脉宽爆炸冲击，因为在脉冲幅度相同的条件下，脉冲宽度越大，脉冲能量就越大，会对实验装置产生较大影响，从而产生刚体位移，导致试验不准确。因此，需要一种有效应对大脉宽爆炸冲击的实验装置，能够对承受水下大脉宽爆炸冲击波的舰体结构毁伤情况进行研究，准确的得到水下大脉宽冲击波对舰船的真实毁伤特征。
发明内容
本发明的目的在于提供用于研究水下爆炸大脉宽冲击波对板架结构的模拟毁伤特性，旨在消除被测试板架结构的刚体位移，解决舰船受到水下爆炸时真实尺度毁伤特性的问题的一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括圆形水箱、环形水箱和靶板；所述的圆形水箱固定在圆形水箱底座上；所述的环形水箱固定在环形水箱上支座与环形水箱下支座之间；所述的环形水箱上支座设置在环形水箱顶面的内圆环处；所述的圆形水箱底座与环形水箱上支座之间通过上端三角架与下端三角架连接；所述的上端三角架的底部两支点通过单向铰链安装在圆形水箱底座上，上端三角架的顶部支点通过单向铰链与下端三角架的顶部支点连接；所述的下端三角架的底部两支点通过单向铰链安装在环形水箱上支座上；所述的环形水箱下支座上设有钢丝绳用重型套环；所述的靶板安装在板架上，板架通过钢丝绳连接至环形水箱下支座的钢丝绳用重型套环；在靶板与环形水箱间设有炸药。
本发明还可以包括：
所述的环形水箱下支座上设有四个突出圆柱分别连接四个钢丝绳用重型套环；所述的炸药安放于靶板和环形水箱之间，四根钢丝绳之内。
所述的钢丝绳使用柔性材料，钢丝绳可在钢丝绳用重型套环中进行相对转动。
本发明的有益效果在于：
本发明针对水下大脉宽爆炸冲击波对舰船毁伤特征的问题，提出了一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置，用于研究水下爆炸大脉宽冲击波对板架结构的模拟毁伤特性，旨在消除被测试板架结构的刚体位移，解决舰船受到水下爆炸时真实尺度毁伤特性的问题。本发明根据舰体的真实结构进行缩比设计，可以准确有效地得到水下大脉宽爆炸对舰船结构的毁伤特性。本发明将传统的浮筒用圆形水箱代替，便于调节起浮的高度，可以有效的减小传统浮筒的上下摆幅问题，控制整个装置的刚体运动位移，并且能降低冲击波对装置的影响。本发明中圆形水箱及环形水箱之间通过三角架及单向铰链连接，能够方便地调节两者之间的距离；钢丝绳使用柔性材料，利用其柔性特征降低瞬间爆炸对环形水箱的冲击影响。本发明便于调节炸药和舰体的位置关系，采用环形水箱较传统的浮箱能够使冲击波从中间穿过，减小冲击波对实验的影响；板架提供配重，减小爆炸冲击引起巨大的晃动。
附图说明
图1为本发明中圆形水箱、三角架和环形水箱之间的位置关系图。
图2为本发明中环形水箱及其连接件的连接示意图。
图3为本发明中钢丝绳和钢丝绳用重型套环连接示意图。
图4为本发明中靶板结构示意图。
图5为本发明中单向铰链结构示意图。
图6为本发明的水平面示意图。
图7为本发明的总体示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明涉及一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置，属于模型实验靶舱设计实验测试技术领域，这种装置对舰船和爆炸场的结构、环境进行模拟，主要用于水下爆炸所产生的大脉宽冲击波对船体结构的毁伤特征的实验研究。本发明主要由：圆形水箱1、圆形水箱底座2、单向铰链3、上端三角架4、下端三角架5、环形水箱上支座6、环形水箱7、环形水箱下支座8、钢丝绳用重型套环9、钢丝绳10、靶板11、板架12和炸药13组成。圆形水箱1和环形水箱2利用两个上端三角架4和两个下端三角架5连接；圆形水箱1安装在圆型水箱底座2上；圆形水箱底座2左右两侧各用螺栓固定两个单向铰链3；单向铰链3另一侧固定于上端三角架4；三角架五通过单向铰链3安装在环形水箱上支座6；环形水箱上支座6和环形水箱下支座8分别安装在环形水箱7的上下面；环形水箱下支座8上安装四个钢丝绳用重型套环9；钢丝绳10一端连接钢丝绳用重型套环9上另一端连接板架12；靶板11安装在板架12上；为了规避实验过程中爆炸所产生的气泡对靶板的影响，将炸药13放置于靶板11和环形水箱7之间，四根钢丝绳10之内。本发明提出了一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置，旨在研究水下爆炸所产生的大脉宽冲击波对靶板的冲击毁伤，进而解决舰船受到水下大脉宽爆炸冲击作用下的载荷对船体结构的毁伤特性的问题。
本发明针对水下大脉宽爆炸冲击波对舰船毁伤特征的问题，提出了一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置，用于研究水下爆炸大脉宽冲击波对板架结构的模拟毁伤特性，旨在消除被测试板架结构的刚体位移，解决舰船受到水下爆炸时真实尺度毁伤特性的问题。
本发明由上及下依次为圆形水箱1、圆形水箱底座2、单向铰链3、上端三角架4、下端三角架5、环形水箱上支座6、环形水箱7、环形水箱下支座8、钢丝绳用重型套环9、钢丝绳10、靶板11、板架12和炸药13。
圆形水箱1和环形水箱7利用两个上端三角架4和两个下端三角架5固定其之间的位置，三角架和圆型水箱底座2、环形水箱上支架6之间通过单向铰链3连接，两个三角架之间也通过单向铰链3连接，圆形水箱1和圆形水箱底座2、环形水箱7和环形水箱上下支座均为固连。环形水箱下支座8上突出的四个圆柱位置分别安装四个钢丝绳用重型套环9，在环形水箱7上组成四个吊位，利用钢丝绳10两端连接钢丝绳用重型套环9和板架12。靶板11位于板架12的靶托上。靶板和靶托使用螺栓进行固定。炸药13置于靶板11与环形水箱7之间，四根钢丝绳10之内，与环形水箱7之间的相对位置可根据不同实验需求进行调节。
进行实验时，将装置整体放置于水中，圆形水箱一部分露出水面一部分在水下，靶板等其他部件则根据位置关系位于水下，环形水箱和圆形水箱之间的距离根据两个三角架的角度进行调整，环形水箱和靶板的距离可根据钢丝绳的长短进行调节。炸药爆炸所产生的大脉宽冲击波对靶板产生载荷冲击作用，从而得到靶板的毁伤特性。靶板和环形水箱共同组成舰船舱体的结构和环境模型，根据模型实验中靶板毁伤效果，从而得到舰船结构真实尺度毁伤特性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明根据舰体的真实结构进行缩比设计，可以准确有效地得到水下大脉宽爆炸对舰船结构的毁伤特性；便于调节炸药和舰体的位置关系；将传统的浮筒用圆形水箱代替，其作用是便于调节起浮的高度，可以有效的减小传统浮筒的上下摆幅问题，控制整个装置的刚体运动位移，并且能降低冲击波对装置的影响；圆形水箱及环形水箱之间通过三角架及单向铰链连接，能够方便地调节两者之间的距离；钢丝绳使用柔性材料，利用其柔性特征降低瞬间爆炸对环形水箱的冲击影响；采用环形水箱较传统的浮箱能够使冲击波从中间穿过，减小冲击波对实验的影响；板架提供配重，减小爆炸冲击引起巨大的晃动。
结合附图1～6，本发明一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置，其装置具体结构和测量过程和方法如下：
1.装置具体结构
该装置的组成由上及下依次为圆形水箱1、圆形水箱底座2、单向铰链3、上端三角架4、下端三角架5、环形水箱上支座6、环形水箱7、环形水箱下支座8、钢丝绳用重型套环9、钢丝绳10、靶板11、板架12和炸药13。
圆形水箱1和圆形水箱底座2固连，圆形水箱底座2和上端三角架4通过单向铰链3连接，上端三角架4和下端三角架5通过单向铰链3连接，下端三角架5与环形水箱上支座6通过单向铰链3连接，环形水箱上支座6与环形水箱7固连。其作用(1)圆形水箱一般浮在水面上一般位于水面下，为下方零件提供平稳的实验环境。(2)提供足够的浮力，更好的模拟舰船的环境。(3)圆形水箱和环形水箱通过三角架和单向铰链连接，便于调节两水箱的位置，并且能提高强度及稳定性，如图1所示。
如图2所示，环形水箱7上固连环形水箱上支座6和环形水箱下支座8，通过两者连接下端三角架5及钢丝绳用重型套环9。环形水箱下支座8上有四个突出圆柱分别连接四个钢丝绳用重型套环9，解决了无法在环形水箱侧壁上安装其他零件的问题。
如图3所示，选用钢丝绳用重型套环9使其可在上面进行相对转动，防止爆炸冲击过大导致钢丝绳扯断。
靶板11位于板架12的靶托上，靶板和靶托之间使用螺栓进行刚性固定，如图4所示。
如图5所示，采用单向铰链使环形水箱受爆炸冲击后只能向上一个方向移动，控制了其自由度，使整个实验装置在纵向上更加稳定。
为了规避爆炸过程中产生的气泡对靶板的影响，将炸药13安放于靶板11和环形水箱7之间，四根钢丝绳10之内，与板架之间的相对位置可根据不同实验需求进行调节，如图6所示。
2.测量过程
如图6所示，进行实验时，将本发明装置放置于水中，圆形水箱浮在水面上，靶板等其他部件则根据位置关系位于水下，板架和环形水箱之间的距离根据钢丝绳的长短可以进行调整。靶板根据实验要求选择不同类型的板。
炸药爆炸所产生的大脉宽冲击波对靶板进行载荷冲击作用，从而得到靶板的毁伤特性。靶板和板架共同组成船舱的结构和环境模型，根据靶板的毁伤特性可以得到舰船结构真实尺度的毁伤特性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置，其特征在于：包括圆形水箱、环形水箱和靶板；所述的圆形水箱固定在圆形水箱底座上；所述的环形水箱固定在环形水箱上支座与环形水箱下支座之间；所述的环形水箱上支座设置在环形水箱顶面的内圆环处；所述的圆形水箱底座与环形水箱上支座之间通过上端三角架与下端三角架连接；所述的上端三角架的底部两支点通过单向铰链安装在圆形水箱底座上，上端三角架的顶部支点通过单向铰链与下端三角架的顶部支点连接；所述的下端三角架的底部两支点通过单向铰链安装在环形水箱上支座上；所述的环形水箱下支座上设有钢丝绳用重型套环；所述的靶板安装在板架上，板架通过钢丝绳连接至环形水箱下支座的钢丝绳用重型套环；在靶板与环形水箱间设有炸药。
2.根据权利要求1所述的一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置，其特征在于：所述的环形水箱下支座上设有四个突出圆柱分别连接四个钢丝绳用重型套环；所述的炸药安放于靶板和环形水箱之间，四根钢丝绳之内。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于水下大脉宽爆炸实验的铰连接式刚体运动控制装置，其特征在于：所述的钢丝绳使用柔性材料，钢丝绳可在钢丝绳用重型套环中进行相对转动。
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