CN112556912A - 一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统 - Google Patents

一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统 Download PDF

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范俊奇
孔福利
贺永胜
石晓燕
刘恩来
陈安敏
费亚琴
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Abstract

本发明涉及一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统，包括高压爆室、过渡段、平面波形成段、试验段和组合式稀疏波消波段，所述的过渡段、平面波形成段、试验段和组合式稀疏波消波段均为管状结构；所述的高压爆室设有防爆门和用于在试验前对高压爆室充压的充压阀；所述的过渡段由收缩段和渐变段构成，所述的收缩段其左端管口设置有密封膜片，用于试验中对高压爆室进行密封；所述的渐变段其右端管口内径大于其左端管口内径，且渐变段的纵向截面为等腰梯形，梯形的顶角小于等于102度。本发明优化了传统爆炸模拟装置结构形式，爆室装药量更大，在保证高超压峰值的同时，正压作用时间大幅度提高，所得波形平面度好。

Description

一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统
技术领域
本发明涉及爆炸冲击波效应模拟技术，具体涉及一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统。
背景技术
不论何种形式的恐怖爆炸或偶然爆炸，都将产生破坏力很强的爆炸冲击波，爆炸冲击波是对目标的主要杀伤破环因素。爆炸波模拟装置是用以模拟爆炸冲击波效应的一种实验装置，不仅能够为当前预防越来越严重的恐怖爆炸事件和偶然爆炸事故问题研究提供基本的实验条件，而且也为现代建筑业完善其建筑材料实验标准和建筑物防护等级与标准提供较为完善的实验条件。
而国内现有的一些爆炸模拟装置一般采用小爆室、大试验段的设计方式，由于爆室空间有限，参与爆炸的能量源有限，因此，所产生的爆炸冲击波峰值偏低，持续时间偏小，只能进行冲击波机理性验证试验，无法同时满足大规模恐怖和偶然爆炸峰值超压高、作用时间长的研究需求。因此，急需研制一种荷载峰值高、作用时间长、重复性好的爆炸波模拟试验系统，以满足恐怖或偶然爆炸冲击波效应及防护试验的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统，具有操控性强、重复性好、安全高效的特点，可为恐怖爆炸和各种偶然爆炸冲击波效应研究及防护技术方面的研究提供有效的试验手段，以解决恐怖爆炸及偶然爆炸毁伤效应评估研究的需求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统，包括高压爆室、过渡段、平面波形成段、试验段和组合式稀疏波消波段，所述的过渡段、平面波形成段、试验段和组合式稀疏波消波段均为管状结构；所述的高压爆室设有防爆门和用于在试验前对高压爆室充压的充压阀；所述的过渡段由收缩段和渐变段构成，收缩段和渐变段均为管状结构，收缩段左端与高压爆室相连通，收缩段右端与渐变段同轴且连通，渐变段的右端与平面波形成段同轴且连通；所述的收缩段其左端管口设置有密封膜片，用于试验中对高压爆室进行密封；所述的渐变段其右端管口内径大于其左端管口内径，且渐变段的纵向截面为等腰梯形，梯形的顶角小于等于102度；所述的平面波形成段其右端与试验段同轴且连通，试验段右端连通有组合式稀疏波消波段。
所述的组合式稀疏波消波段包括主管和支管，主管一端与试验段相连通，主管另一端与支管中部相连通，所述支管与主管之间的夹角为30度～60度，在支管两端的管口均设置有向外开启的单向活门式消波装置，用于消除爆炸稀疏波对波形的影响。
所述的组合式稀疏波消波段其支管与主管之间的夹角为45度。
所述的高压爆室其内部中心设置有线性装药。
所述的充压阀设置在高压爆室的防爆门上。
本发明的原理：在原有爆室的基础上设置充压阀和密封膜片使之成为高压爆室，通过改变爆室压力和膜片厚度，可得到理想的设计波形；利用拉瓦尔喷管原理设计过渡段，使得正压作用时间大幅度提高，所得波形平面度好。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明在试验段产生的冲击波峰值超压、超压的正压持续时间和超压衰减规律均与大规模恐怖爆炸中的爆炸波衰减规律吻合良好；
（2）本发明优化了传统爆炸模拟装置结构形式和装药结构形式，爆室装药量更大，在保证高超压峰值的同时，正压作用时间大幅度提高，所得波形平面度好；同时满足高超压峰值、正压作用时间长的防护结构抗冲击波破坏试验需求。
（3）本发明适用范围广，通过调节爆腔线性装药参数、爆室内空气压力和组合式稀疏波消波段结构形式可以模拟不同当量、不同类型爆炸所形成的荷载环境。
（4）结构简单，易于实施，专用的双端单向活门式消波装置，对稀疏波起到了很好的消波作用，所得到的的冲击波平面度高，重复性、一致性较好。
附图说明
图1为本发明的整体结构俯视图。
图2为过渡段的结构示意图。
图3为组合式消波段示意图。
图4为图3的D向视图。
图中，1、高压爆室，2、过渡段，3、平面波形成段，4、试验段，5、组合式稀疏波消波段，6、密封膜片，7、防爆门，8、充压阀，9、线性装药，21、收缩段，22、渐变段，51、主管，52、支管，53、单向活门式消波装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚、完整，下面结合说明书附图和实施例，对本发明作进—步的详细描述。
如图1～图4所示，本发明提出了一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统，包括高压爆室1、过渡段2、平面波形成段3、试验段4和组合式稀疏波消波段5，系统各段均采用钢制装配式结构，通过法兰盘连接，所述的过渡段2、平面波形成段3、试验段4和组合式稀疏波消波段5均为管状结构；所述的高压爆室1设有防爆门7，防爆门主要用于实验前后进行爆室出口封闭、装药的操作，防爆门7上设有充压阀8，用于在试验前对高压爆室1充压；所述的过渡段2由收缩段21和渐变段22构成，收缩段21和渐变段22均为管状结构，收缩段21左端与高压爆室1相连通，收缩段21右端与渐变段22同轴且连通，渐变段22的右端与平面波形成段3同轴且连通；所述的收缩段21其左端管口设置有密封膜片6，用于试验中对高压爆室1进行密封，另外，收缩段21还起到减小爆炸气体流出口径，同时减小爆室密封口径，便于对爆室进行密封的作用；所述的渐变段22其右端管口内径大于其左端管口内径，且渐变段22的纵向截面为等腰梯形，梯形的顶角小于等于102度，其原理类似于拉瓦尔喷管，其作用是减小对爆炸冲击波的扰动；所述的平面波形成段3其作用是对爆炸冲击波进行整形，尽快形成符合要求的平面波，其右端与试验段4同轴且连通，试验段主要用于设置各种试验结构，对结构进行毁伤和破坏试验检验，试验段4右端连通有组合式稀疏波消波段5。
所述的组合式稀疏波消波段5在发明人于2020年5月所申报的专利（申请号CN202010434996.2）中已公开其大部分结构，现在为便于理解，仍对其进行简单描述，并对其中部分特征予以进一步的限定，具体的，如图1、图3、图4所示，所述的组合式稀疏波消波段5包括主管51和支管52，主管51一端与试验段4相连通，主管52另一端与支管52中部相连通，所述支管52与主管51之间的夹角为30度～60度，在支管52两端的管口均设置有向外开启的单向活门式消波装置53，用于消除爆炸稀疏波对波形的影响。
所述的组合式稀疏波消波段5其支管52与主管51之间的夹角为45度。
所述的高压爆室1其内部中心设置有线性装药9。具体的，试验中用起爆器起爆线性装药9，产生的爆炸冲击波击破密封膜片6后，依次分别进入收缩段21、过渡段22、平面波形成段3、试验段4和组合式稀疏波消波段5，通过组合式稀疏波消波段5后，组合式稀疏波消波段5两端的单向活门式消波装置53中，消波活门迅速关闭，阻止负压进入设备。
本系统还在高压爆室1、平面波形成段3和试验段4内均设置有测试空压传感器，并通过数据采集系统采集冲击波压力值。
本系统的使用方法：
首先，在系统各段进行传感器布置，并将传感器数据采集系统连接完好；其次，打开高压爆室门，安置爆室密封膜片、线状装药和起爆装置，设置完成后关闭爆室门；然后，通过气压口向高压爆室内充入高压空气至预定气压值；完成后检查起爆器、起爆装置、传感器和数据采集系统是否处于正常优态；之后，将起爆器、起爆网络以及数据采集系统连接完好；完成后检查起爆器、起爆装置；最后，启动起爆器，通过起爆装置起爆线性装药，同时传输一个电信号给数据采集系统，使其自动进行数据采集；线性装药爆炸破膜，通过各段后在试验段形成平面波，对按装在试验段的试验结构进行毁伤破坏试验。
当试验段空气冲击波通过消波段，活页门打开，冲击波通过消波装置排出设备外，此时，活页门在自身重力和负压的作用下迅速关闭，阻止外部稀疏波向试验段传播，减小稀疏波的景响，保证试验波形稳定。
试验中可通过调整线性装药量、装药形式和爆室内高压空气压力值、密封膜片的厚度等措施，配合消波段结构，来调整在试验段形成的冲击波参数，实现对不同常规武器爆炸冲击波和核武器爆炸冲击波的模拟。
本发明未详述部分为现有技术。

Claims (5)

1.一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统，包括高压爆室（1）、过渡段（2）、平面波形成段（3）、试验段（4）和组合式稀疏波消波段（5），所述的过渡段（2）、平面波形成段（3）、试验段（4）和组合式稀疏波消波段（5）均为管状结构；其特征是：所述的高压爆室（1）设有防爆门（7）和用于在试验前对高压爆室（1）充压的充压阀（8）；所述的过渡段（2）由收缩段（21）和渐变段（22）构成，收缩段（21）和渐变段（22）均为管状结构，收缩段（21）左端与高压爆室（1）相连通，收缩段（21）右端与渐变段（22）同轴且连通，渐变段（22）的右端与平面波形成段（3）同轴且连通；所述的收缩段（21）其左端管口设置有密封膜片6，用于试验中对高压爆室（1）进行密封；所述的渐变段（22）其右端管口内径大于其左端管口内径，且渐变段（22）的纵向截面为等腰梯形，梯形的顶角小于等于102度；所述的平面波形成段（3）其右端与试验段（4）同轴且连通，试验段（4）右端连通有组合式稀疏波消波段（5）。
2.根据权利要求1所述的一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统，其特征是：所述的组合式稀疏波消波段（5）包括主管（51）和支管（52），主管（51）一端与试验段（4）相连通，主管52另一端与支管（52）中部相连通，所述支管（52）与主管（51）之间的夹角为30度～60度，在支管（52）两端的管口均设置有向外开启的单向活门式消波装置（53），用于消除爆炸稀疏波对波形的影响。
3.根据权利要求2所述的一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统，其特征是：所述的组合式稀疏波消波段（5）其支管（52）与主管（51）之间的夹角为45度。
4.根据权利要求1所述的一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统，其特征是：所述的高压爆室（1）其内部中心设置有线性装药（9）。
5.根据权利要求1所述的一种参数可调的恐怖爆炸冲击波效应模拟系统，其特征是：所述的充压阀（8）设置在高压爆室（1）的防爆门（7）上。
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CN113281197A (zh) * 2021-05-13 2021-08-20 中物院成都科学技术发展中心 一种可多维运动的垂直轻气炮
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