CN113280964B - 一种小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，目的是解决现有测量装置存在的后处理复杂，易受电磁干扰、灵敏度和测量精度低等缺点。本发明由密封壳体、2个驱动滑块、2个切削构件、2个吸能构件、2个密封挡环，密封螺栓、气孔组成。2个驱动滑块、2个切削构件、2个吸能构件以炸药为中心对称安装在密封壳体内。本发明利用吸能构件将冲击波能量定量转化为刀片对吸能构件的切割嵌入位移，实现在爆炸场冲击波做功能力的快速定量无源测量。采用本发明可以实现对不同强度和比例距离冲击波的有效测量，适用于密闭空间内炸药做功能力的测量。本发明结构简单，无需供电，布设使用方便，可重复使用。

Description

一种小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置

技术领域

本发明属于能量检测领域，尤其涉及一种小当量炸药爆炸产生的空气冲击波做功能力测试装置，更具体地，是涉及一种在封闭空间内利用结构吸能特性对爆炸冲击波做功能力进行测试的装置。

背景技术

当炸药在空气中爆炸时，瞬间产生高温、高压、高速的爆炸产物，进而剧烈压缩相邻的空气介质，使其压力、密度和温度阶跃式地升高，形成空气冲击波，并向外传播。空气冲击波是弹药爆炸对人员、设备和防护结构产生损伤和破坏效应的主要因素之一，因此准确测量空气冲击波的做功能力，对于评价炸药的性能、改进配方设计等均具有重要意义。而在炸药研制和配方改进过程中，如果通过一些小当量爆炸试验即可准确评价炸药爆炸产生的空气冲击波的做功能力，对于加快研发进度和节约实验成本具有重要的实用价值。

目前，测试爆炸冲击波做功能力，主要有两种测量方法：有源测量和无源测量。有源测量首选方法是电测法，利用电学传感器对冲击波压力曲线进行测量，再计算分析给出其对目标的做功能力。但由于爆炸产生的冲击波在空气中衰减非常快，尤其是对于小药量爆炸来说，冲击波的有效作用范围会更小，即使采用高灵敏度的电测传感器也很难准确测试得到比较理想的压力曲线，且很容易受到爆炸产生的电磁波的干扰。同时，对于小药量爆炸来说，电测传感器需要固定安装在距离爆点很近的位置处才可能测试得到信号，此时传感器本身以及安装工装会对压力的测试产生一定的影响，导致测试结果不能完全准确反应冲击波的对外做功能力，且信号数据后处理较为复杂。

无源测量的代表方法有等效靶板法，即直接利用各种效应物(包括建筑物、装备、梁/板构件、动物等)放置于爆炸场中进行等效测量，通过观测效应物的变形、破坏情况，来评估弹药爆炸毁伤威力。例如，等效靶板法是通过测量靶板在爆炸试验后的变形或破坏程度来反推计算相应的超压和比冲量值，进而评价炸药的做功能力。但对于小药量爆炸来说，冲击波做功能力很有限，因此等效靶的变形可能很小，同时爆炸加载结束后会存在一定的回弹，这些都会导致测量结果的定量性较差。

综上所述，现有测量方法至少存在如下技术问题：

1.现有电测传感器法存在灵敏度响应不够、易受电磁波干扰、传感器本身和安装过程影响测试结果等难题。

2.现有等效靶板法测量精度不够。

实际上，要实现小药量炸药爆炸冲击波对外做功能力的高精度测试，一方面可以对炸药的爆炸空间进行一定的约束，限制其能量输出范围，提升测试灵敏度。另一方面可以通过一些高灵敏度吸能构件或结构将冲击波的做功转为可定量测试的不可逆吸能变形位移，实现对小药量炸药做功能力的准确评价。常见的不可逆吸能变形过程包括塌陷、切削、扩径等。其中切削式方法吸收冲击能量的方式为刀片切削材料过程中的塑性变形耗能、撕裂耗能和摩擦发热耗能。现有的研究表明，经过合理的设计，刀片切割材料的变形模式和切割过程中的应力均较为平稳和可控，可制成性能优良的缓冲吸能元件。此外，在技术指标上，刀片切割材料的过程中，产生的切削力是恒定的，其吸收的能量与嵌入位移在准静态及动态加载条件下均成比较良好的线性关系，这样的能量-嵌入位移对应特性，使其可以用于能量的定量测量。选用不同性质的吸能构件，以及改变刀片切割深度(或截面尺寸)，可构成多种规格的不同能量-变形位移精确对应的吸能结构，对不同药量产生的冲击波均能实现比较精确的测量。但是目前还没有将切削吸能应用于小当量爆炸空气冲击波作功能力的定量测量的公开报导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种小当量爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，解决现有有源测量方法存在的后处理复杂，易受电磁干扰等难题；弥补现有无源测量方法中的灵敏度和测量精度低等缺点。本发明测量装置具备结构简单、成本低、抗电磁干扰能力强、布设快速、结果后处理方便、测量精度高等特点，可用于不同地域条件下封闭空间内小当量炸药冲击波做功性能定量测量，为冲击波参数测量提供一种新的参考选择。

本发明利用吸能构件将冲击波能量定量转化为刀片对吸能构件的切割嵌入位移，从而实现在爆炸场冲击波做功能力的快速定量无源测量。

本发明由密封壳体、2个驱动滑块(第一驱动滑块、第二驱动滑块)、2个切削构件(第一切削构件、第二切削构件)、2个吸能构件(第一吸能构件、第二吸能构件)、2个密封挡环(第一密封挡环、第二密封挡环)，密封螺栓、气孔、炸药组成。令第一吸能构件一侧为测量装置左端，令第二吸能构件为测量装置右端(应以外部环境的物体作参照从定义左右)。驱动滑块、切削构件、吸能构件同轴嵌套于密封壳体内。第一吸能构件、第一切削构件、第一驱动滑块、炸药、第二驱动滑块、第二切削构件、第二吸能构件按从左到右的顺序同轴安装在密封壳体内(即2个驱动滑块、2个切削构件、2个吸能构件以炸药(位于装置几何中心)为中心对称安装在密封壳体1内)。使用时，密封壳体1内部几何中心位置(即密封壳体中轴线OO^*中心)通过细线悬挂炸药。第一驱动滑块和第二驱动滑块位于炸药两侧，第一驱动滑块和第二驱动滑块在密封壳体内可自由滑动。第一密封挡环通过固定螺栓固定在密封壳体左端，第二密封挡环通过固定螺栓固定在密封壳体右端，以防止第一驱动滑块、第二驱动滑块和第一吸能构件、第二吸能构件从密封壳体两端滑出。

密封壳体用于装载驱动滑块、吸能构件、切削构件，固定吸能构件和切削构件，为圆筒型。外直径D₁满足0.3m<D₁<0.6m，壁厚t₁满足0.01m<t₁<0.05m，内直径为d₁满足d₁＝D₁-2t₁；长度L₁满足0.5m<L₁<1m；在距离密封壳体左端t₁处，侧壁局部环向加厚，加厚区域侧壁的长度为

以固定第一吸能构件；在距离密封壳体右端t₁处，侧壁局部环向加厚，加厚区域侧壁的长度为

以固定第二吸能构件。加厚区域内直径为

满足

加厚区域侧壁厚度为

密封壳体采用高强金属制成，要求材料满足：屈服强度σ₁>100MPa，密度ρ₁>1g/cm³，基本原则是在冲击波作用下不变形，即不吸收能量，可以当做固壁。

第一驱动滑块、第二驱动滑块置于密封壳体内部，第一驱动滑块、第二驱动滑块可在密封壳体内自由无摩擦滑动(摩擦系数μ<0.05)。第一驱动滑块、第二驱动滑块用于将驱动滑块所在位置周围空气中冲击波能量转换为自身的动能，第一驱动滑块、第二驱动滑块形状结构完全相同。第一驱动滑块以圆柱形为宜，直径为D₂，满足D₂≤d₁，厚度为t₂，满足0.05m<t₂<0.10m，厚度可依据实际炸药装量需要进行调整(药量增大时，可适当增加两组驱动滑块厚度)；第一驱动滑块两端面平行且与密封壳体中轴线OO^*垂直，第一驱动滑块、第二驱动滑块位于炸药两侧对称，用于承受炸药冲击波冲击荷载。第一驱动滑块、第二驱动滑块与炸药中心距离均为l₂＝(L₁-2×(t₁+t₂+t₃+t₄))/2，本发明应用过程中可以通过调整l₂大小实现冲击波对不同炸药中心距离作功能力的快速测量；第一驱动滑块、第二驱动滑块采用合金材料制成，材料满足其在爆炸冲击波作用下不产生塑性变形，具体要求材料满足：屈服强度σ₂>200MPa，密度ρ₂>2.0g/cm³。

第一切削构件用于切削第一吸能构件，第二切削构件用于切削第二吸能构件。第一切削构件、第二切削构件形状结构完全相同。第一切削构件为矩形薄片，长度L₃满足0.8D₄<L₃<1.2D₄，第一切削构件、宽度w₃满足0.004m<w₃<0.06m，厚度t₃满足0.0005m<t₃<0.002m；第一切削构件、采用硬质合金制成，要求材料满足：屈服强度σ₃>200MPa，密度ρ₃>2.0g/cm³，基本原则是切削构件插入吸能构件时不产生塑性变形；第一切削构件与第一驱动滑块左端面中心位置刚性连接，第二切削构件与第二驱动滑块右端面中心位置刚性连接。通过更换第一切削构件、第二切削构件，改变第一切削构件、第二切削构件尺寸，对于高强度和近距离冲击波可以适当增大L₃和宽度w₃，以实现对不同强度和比例距离冲击波的有效测量。

第一吸能构件用于转换第一驱动滑块的动能，第二吸能构件用于转换第二驱动滑块的动能，第一吸能构件、第二吸能构件形状结构完全相同。第一吸能构件为圆柱型，直径D₄满足

长度t₄满足t₄＝0.5L₁-L₃-t₂-t₁；第一吸能构件采用可稳定切割的材料制成，要求第一切削构件在冲击波作用下对第一吸能构件进行插入时，第一吸能构件可产生比较明显的膨胀变形，并使第一切削构件31在第一吸能构件内有比较明显的插入位移；第一吸能构件的材料要求满足：屈服强度σ₄<1000MPa，密度ρ₄<10.0g/cm³。第一吸能构件位于第一驱动滑块和密封壳体左端加厚部位之间，第一吸能构件与密封壳体的左端局部加厚位置刚性连接，第一吸能构件迎爆面与第一驱动滑块之间距离为L₃。第二吸能构件位于第二驱动滑块和密封壳体右端加厚部位之间，第二吸能构件与密封壳体的右端局部加厚位置刚性连接，第二吸能构件迎爆面与第二驱动滑块之间距离为L₃。本发明使用过程中可以通过更换第一吸能构件、第二吸能构件，改变第一吸能构件、第二吸能构件材料和截面尺寸，通过增大吸能构件长度进而增大吸能构件吸收能量最大限值，实现本发明的不同规格。

第一密封挡环、第二密封挡环用于确保将第一驱动滑块、第一吸能构件挡在密封壳体左端，在运输和安装时保证第一驱动滑块和第一吸能构件不会从密封壳体左端滑出；第二密封挡环用于确保将第二驱动滑块、第二吸能构件挡在密封壳体右端，在运输和安装时保证第二驱动滑块和第二吸能构件不会从密封壳体右端滑出。第一密封挡环、第二密封挡环形状与密封壳体左右端面匹配即可。当密封壳体为圆筒型时，第一密封挡环、第二密封挡环为圆环形，外直径D₅满足D₁<D₅<1.2D₁；内直径d₅尺寸略小于驱动滑块2直径，即内直径d₅满足0.9D₂<d₅<D₂；厚度t₅满足0.1t₁<t₅<1.2t₁。第一密封挡环、第二密封挡环采用硬质合金制成，要求材料满足：屈服强度σ₅>100MPa，密度ρ₅>1.0g/cm³，基本原则是第一密封挡环、第二密封挡环受到冲击波作用时不产生塑性变形。

密封螺栓用于固定吸能构件不发生侧向移动，形状为市场六角螺栓标准件，尺寸满足0.15t₄≤D₆≤0.2t₄，螺栓长度为

要求材料满足：屈服强度σ₆>100MPa，密度ρ₆>1.0g/cm³，基本原则是密封螺栓受到冲击波作用时不产生塑性变形。

气孔用于保证密封壳体1排出爆炸产生的高压气体，形状为圆形气孔，布置在密封壳体1两端，按照中心布置个气孔，以中心气孔为基点，以90°为单位环向布置个气孔。气孔直径为D₇＝0.1D₁,中心气孔与周围环向布置气孔距离为L₇＝6×D₇。要求气孔布置满足爆炸产生的高压气体能够从密封壳体内部顺利排出。

炸药为待测做功性能炸药，形状为球形装药，半径R＝l₂/3，密度为ρ，炸药药量

要求材料满足密闭空间内部能够实现完全爆炸。

采用本发明进行爆炸场做功能力测量的过程是：

第一步，测量准备：将装置与地面固定，保证装置整体与地面水平，确保第一切削构件与第一吸能构件之间、第一吸能构件与第一密封挡环之间均紧密接触；确保第二切削构件与第二吸能构件之间、第二吸能构件与第二密封挡环之间均紧密接触。

第二步，通过借鉴气体驱动撞击技术(董石，孟川民，肖元陆等，反应气体驱动二级轻气炮技术的初步研究，高压物理学报，第31卷第2期，2017年4月第页-第页)对本装置的能量灵敏度系数k(单位为kg·m/s²)进行标定。

第三步，记录第一驱动滑块初始位置(即从炸药左侧第一驱动滑块背爆面到炸药中心的距离)x₁₁、记录第二驱动滑块初始位置x₁₂(即从炸药右侧第一驱动滑块背爆面到炸药中心的距离)；

第四步，引爆炸药，制造爆炸冲击波，产生的冲击波在密封壳体内进行传播，当冲击波到达第一驱动滑块和第二驱动滑块表面时，对第一驱动滑块和第二驱动滑块进行加载。

第五步，对炸药两侧驱动滑块进行爆炸冲击，记录第一驱动滑块爆炸后位置为x₂₁即从炸药左侧第一驱动滑块背爆面到炸药中心的距离)，固定在第一驱动滑块上的第一切削构件31嵌入第一吸能构件产生的位移量为Δx₁＝x₂₁-x₁₁。测量记录第二驱动滑块爆炸后位置为x₂₂即从炸药右侧第二驱动滑块背爆面到炸药中心的距离)，固定在第二驱动滑块上的第二切削构件嵌入第二吸能构件产生的位移量为Δx₂＝x₂₂-x₁₂。驱动滑块平均位移量为Δx＝(Δx₁+Δx₂)/2。

第六步，计算第一吸能构件的塑性变形能E＝k·Δx，获得第一驱动滑块的动能。由于第一驱动滑块不会产生塑性变形，因此第一驱动滑块的动能就是炸药爆炸产生的空气冲击波传递给测量装置的能量，从而实现冲击波做功能力的快速无源定量测量。

第七步，更换新的第一吸能构件和第二吸能构件，实现传感器装置的循环使用。

采用本发明可以达到以下技术效果：

1.本发明通过测量驱动滑块位置变化可读取刀片嵌入吸能构件的位移量Δx，根据能量灵敏度系数可很方便地得到爆炸场冲击波在传感器处的能量，完成爆炸空气冲击波做功能力的定量测量。

2.本发明的吸能构件可以采用不同材料、不同截面尺寸等多种形式构成，使得可以形成较为丰富的规格，此外还可调整炸药8高度、驱动滑块距爆心距离、切削构件大小，以此实现装置对不同强度和比例距离冲击波的有效测量，从而能够适用于密闭空间内炸药8做功能力的测量。

3.本发明装置具有结构简单，无需供电，布设使用方便，结果简单直观，使用成本低，且可重复使用等特点。

附图说明

图1是本发明装置总体结构立体示意图。

图2是本发明装置透视图；

图3是本发明装置右视图；

图4是本发明装置受爆炸冲击前的轴向剖视图。

图5是本发明装置受爆炸冲击后的轴向剖视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明由密封壳体1、2个驱动滑块2(第一驱动滑块21、第二驱动滑块22)、2个切削构件3(第一切削构件31、第二切削构件32)、2个吸能构件4(第一吸能构件41、第二吸能构件42)、2个密封挡环5(第一密封挡环51、第二密封挡环52)，密封螺栓6、气孔7、炸药8组成。令第一吸能构件41一侧为测量装置左端，令第二吸能构件42一侧为测量装置右端。驱动滑块2、切削构件3、吸能构件4同轴嵌套于密封壳体1内。

如图2所示，第一吸能构件41、第一切削构件31、第一驱动滑块21、炸药8、第二驱动滑块22、第二切削构件32、第二吸能构件42按从左到右的顺序同轴安装在密封壳体1内(即2个驱动滑块、2个切削构件、2个吸能构件4以炸药8(位于装置几何中心)为中心对称安装在密封壳体1内)。使用时，密封壳体1内部几何中心位置(即密封壳体1中轴线OO^*中心)通过细线悬挂炸药8。第一驱动滑块21和第二驱动滑块22位于炸药8两侧，第一驱动滑块21和第二驱动滑块22在密封壳体1内可自由滑动。第一密封挡环51通过固定螺栓固定在密封壳体1左端，第二密封挡环52通过固定螺栓固定在密封壳体1右端，以防止第一驱动滑块21、第二驱动滑块22和第一吸能构件41、第二吸能构件42从密封壳体1两端滑出。

如图1所示，结合图4，密封壳体1用于装载驱动滑块、吸能构件、切削构件，固定吸能构件和切削构件，为圆筒型。外直径D₁满足0.3m<D₁<0.6m，壁厚t₁满足0.01m<t₁<0.05m，内直径为d₁满足d₁＝D₁-2t₁；长度L₁满足0.5m<L₁<1m；在距离密封壳体1左端t₁处，侧壁局部环向加厚，加厚区域侧壁的长度为

以固定第一吸能构件41；在距离密封壳体1右端t₁处，侧壁局部环向加厚，加厚区域侧壁的长度为

以固定第二吸能构件42。加厚区域内直径为

满足

加厚区域侧壁厚度为

密封壳体1采用高强金属制成，要求材料满足：屈服强度σ₁>100MPa，密度ρ₁>1g/cm³，基本原则是在冲击波作用下不变形，即不吸收能量，可以当做固壁。

第一驱动滑块21、第二驱动滑块22置于密封壳体1内部，第一驱动滑块21、第二驱动滑块22可在密封壳体1内自由无摩擦滑动(摩擦系数μ<0.05)。第一驱动滑块21、第二驱动滑块22用于将驱动滑块2所在位置周围空气中冲击波能量转换为自身的动能，第一驱动滑块21、第二驱动滑块22形状结构完全相同。第一驱动滑块21以圆柱形为宜，直径为D₂，满足D₂≤d₁，厚度为t₂，满足0.05m<t₂<0.10m，厚度可依据实际炸药8装量需要进行调整(药量增大时，可适当增加两组驱动滑块2厚度)；第一驱动滑块21两端面平行且与密封壳体1中轴线OO^*垂直，第一驱动滑块21、第二驱动滑块22位于炸药8两侧对称，用于承受炸药8冲击波冲击荷载。第一驱动滑块21、第二驱动滑块22与炸药8中心距离均为l₂＝(L₁-2×(t₁+t₂+t₃+t₄))/2，本发明应用过程中可以通过调整l₂大小实现冲击波对不同炸药中心距离作功能力的快速测量；第一驱动滑块21、第二驱动滑块22采用合金材料制成，材料满足其在爆炸冲击波作用下不产生塑性变形，具体要求材料满足：屈服强度σ₂>200MPa，密度ρ₂>2.0g/cm³。

第一切削构件31用于切削第一吸能构件41，第二切削构件32用于切削第二吸能构件42。第一切削构件31、第二切削构件32形状结构完全相同。第一切削构件31为矩形薄片，长度L₃满足0.8D₄<L₃<1.2D₄，第一切削构件31、宽度w₃满足0.004m<w₃<0.06m，厚度t₃满足0.0005m<t₃<0.002m；第一切削构件31、采用硬质合金制成，要求材料满足：屈服强度σ₃>200MPa，密度ρ₃>2.0g/cm³，基本原则是切削构件3插入吸能构件4时不产生塑性变形；第一切削构件31与第一驱动滑块21左端面中心位置刚性连接，第二切削构件32与第二驱动滑块22右端面中心位置刚性连接。通过更换第一切削构件31、第二切削构件32，改变第一切削构件31、第二切削构件32尺寸，对于高强度和近距离冲击波可以适当增大L₃和宽度w₃，以实现对不同强度和比例距离冲击波的有效测量。

第一吸能构件41用于转换第一驱动滑块21的动能，第二吸能构件42用于转换第二驱动滑块22的动能，第一吸能构件41、第二吸能构件42形状结构完全相同。第一吸能构件41为圆柱型，直径D₄满足

长度t₄满足t₄＝0.5L₁-l₂-L₃-t₂-t₁；第一吸能构件41采用可稳定切割的材料制成，要求第一切削构件31在冲击波作用下对第一吸能构件41进行插入时，第一吸能构件41可产生比较明显的膨胀变形，并使第一切削构件31在第一吸能构件41内有比较明显的插入位移；第一吸能构件41的材料要求满足：屈服强度σ₄<1000MPa，密度ρ₄<10.0g/cm³。第一吸能构件41位于第一驱动滑块21和密封壳体1左端加厚部位之间，第一吸能构件41与密封壳体1的左端局部加厚位置刚性连接，第一吸能构件41迎爆面与第一驱动滑块21之间距离为L₃。第二吸能构件42位于第二驱动滑块22和密封壳体1右端加厚部位之间，第二吸能构件42与密封壳体1的右端局部加厚位置刚性连接，第二吸能构件42迎爆面与第二驱动滑块22之间距离为L₃。本发明使用过程中可以通过更换第一吸能构件41、第二吸能构件42，改变第一吸能构件41、第二吸能构件42材料和截面尺寸，通过增大吸能构件长度进而增大吸能构件吸收能量最大限值，实现本发明的不同规格。

第一密封挡环51、第二密封挡环52用于确保将第一驱动滑块21、第一吸能构件41挡在密封壳体1左端，在运输和安装时保证第一驱动滑块21和第一吸能构件41不会从密封壳体1左端滑出；第二密封挡环52用于确保将第二驱动滑块22、第二吸能构件42挡在密封壳体1右端，在运输和安装时保证第二驱动滑块22和第二吸能构件42不会从密封壳体1右端滑出。第一密封挡环51、第二密封挡环52形状与密封壳体1左右端面匹配即可。当密封壳体1为圆筒型时，第一密封挡环51、第二密封挡环52为圆环形，外直径D₅满足D₁<D₅<1.2D₁；内直径d₅尺寸略小于驱动滑块2直径，即内直径d₅满足0.9D₂<d₅<D₂；厚度t₅满足0.1t₁<t₅<1.2t₁。第一密封挡环51、第二密封挡环52采用硬质合金制成，要求材料满足：屈服强度σ₅>100MPa，密度ρ₅>1.0g/cm³，基本原则是第一密封挡环51、第二密封挡环52受到冲击波作用时不产生塑性变形。

密封螺栓6用于固定吸能构件4不发生侧向移动，形状为市场六角螺栓标准件，尺寸满足0.15t₄≤D₆≤0.2t₄，螺栓长度为

要求材料满足：屈服强度σ₆>100MPa，密度ρ₆>1.0g/cm³，基本原则是密封螺栓6受到冲击波作用时不产生塑性变形。

如图3所示，气孔7用于保证密封壳体1排出爆炸产生的高压气体，形状为圆形气孔，布置在密封壳体1两端，按照中心布置1个气孔，以中心气孔为基点，以90°为单位环向布置4个气孔。气孔直径为D₇＝0.1D₁,中心气孔与周围环向布置气孔距离为L₇＝6×D₇。要求气孔7布置满足爆炸产生的高压气体能够从密封壳体1内部顺利排出。

炸药8为待测做功性能炸药，形状为球形装药，半径R＝l₂/3，密度为ρ，炸药药量

要求材料满足密闭空间内部能够实现完全爆炸。

采用本发明进行爆炸场做功能力测量的过程是：

第一步，测量准备：如图4所示，将装置与地面固定，保证装置整体与地面水平，确保第一切削构件31与第一吸能构件41之间、第一吸能构件41与第一密封挡环51之间均紧密接触；确保第二切削构件32与第二吸能构件42之间、第二吸能构件42与第二密封挡环52之间均紧密接触。

第二步，通过借鉴气体驱动撞击技术对本装置的能量灵敏度系数k(单位为kg·m/s²)进行标定。

第三步，记录第一驱动滑块21初始位置(即从炸药8左侧第一驱动滑块21背爆面到炸药8中心的距离)x₁₁、记录第二驱动滑块22初始位置x₁₂(即从炸药8右侧第一驱动滑块22背爆面到炸药8中心的距离)；

第四步，引爆炸药8，制造爆炸冲击波，产生的冲击波在密封壳体1内进行传播，当冲击波到达第一驱动滑块21和第二驱动滑块22表面时，对第一驱动滑块21和第二驱动滑块22进行加载。

第五步，如图5所示，对炸药8两侧驱动滑块2进行爆炸冲击，记录第一驱动滑块21爆炸后位置为x₂₁即从炸药8左侧第一驱动滑块2背爆面到炸药8中心的距离)，固定在第一驱动滑块21上的第一切削构件31嵌入第一吸能构件4产生的位移量为Δx₁＝x₂₁-x₁₁。测量记录第二驱动滑块22爆炸后位置为x₂₂即从炸药8右侧第二驱动滑块22背爆面到炸药8中心的距离)，固定在第二驱动滑块22上的第二切削构件32嵌入第二吸能构件42产生的位移量为Δx₂＝x₂₂-x₁₂。驱动滑块2平均位移量为Δx＝(Δx₁+Δx₂)/2。

第六步，计算第一吸能构件41的塑性变形能E＝k·Δx，获得第一驱动滑块21的动能。由于第一驱动滑块21不会产生塑性变形，因此第一驱动滑块21的动能就是炸药8爆炸产生的空气冲击波传递给测量装置的能量，从而实现冲击波做功能力的快速无源定量测量。

第七步，更换新的第一吸能构件41和第二吸能构件42，实现传感器装置的循环使用。

Claims (13)

1.一种小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于

小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置由密封壳体(1)，2个驱动滑块(2)即第一驱动滑块(21)、第二驱动滑块(22)，2个切削构件(3)即第一切削构件(31)、第二切削构件(32)，2个吸能构件(4)即第一吸能构件(41)、第二吸能构件(42)，2个密封挡环(5)即第一密封挡环(51)、第二密封挡环(52)，密封螺栓(6)、气孔(7)组成；令第一吸能构件(41)一侧为测量装置左端，令第二吸能构件(42)一侧为测量装置右端；驱动滑块(2)、切削构件(3)、吸能构件(4)同轴嵌套于密封壳体(1)内；第一吸能构件(41)、第一切削构件(31)、第一驱动滑块(21)、炸药(8)、第二驱动滑块(22)、第二切削构件(32)、第二吸能构件(42)按从左到右的顺序同轴安装在密封壳体(1)内，即2个驱动滑块、2个切削构件、2个吸能构件(4)以炸药(8)为中心对称安装在密封壳体(1)内；第一驱动滑块(21)和第二驱动滑块(22)位于炸药(8)两侧，第一驱动滑块(21)和第二驱动滑块(22)在密封壳体(1)内自由滑动；第一密封挡环(51)通过固定螺栓固定在密封壳体(1)左端，第二密封挡环(52)通过固定螺栓固定在密封壳体(1)右端；

密封壳体(1)用于装载驱动滑块、吸能构件、切削构件，固定吸能构件和切削构件，为圆筒型；外直径为D₁，壁厚为t₁，内直径为d₁；长度为L₁；在距离密封壳体(1)左端t₁处，侧壁局部环向加厚，加厚区域侧壁的长度为

以固定第一吸能构件(41)；在距离密封壳体(1)右端t₁处，侧壁局部环向加厚，加厚区域侧壁的长度为

以固定第二吸能构件(42)；加厚区域内直径分别为

密封壳体(1)采用金属制成，要求在冲击波作用下不变形，不吸收能量；

第一驱动滑块(21)、第二驱动滑块(22)用于将第一驱动滑块(21)、第二驱动滑块(22)所在位置周围空气中冲击波能量转换为自身的动能，第一驱动滑块(21)、第二驱动滑块(22)形状结构完全相同；第一驱动滑块(21)为圆柱形，直径为D₂；第一驱动滑块(21)两端面平行且与密封壳体(1)中轴线OO^*垂直，第一驱动滑块(21)、第二驱动滑块(22)用于承受炸药冲击波冲击荷载；第一驱动滑块(21)、第二驱动滑块(22)采用合金材料制成，要求在爆炸冲击波作用下不产生塑性变形；

第一切削构件(31)用于切削第一吸能构件(41)，第二切削构件(32)用于切削第二吸能构件(42)；第一切削构件(31)、第二切削构件(32)形状结构完全相同；第一切削构件(31)为矩形薄片，长度为L₃，宽度为w₃，采用硬质合金制成，要求满足切削构件(3)插入吸能构件(4)时不产生塑性变形；第一切削构件(31)与第一驱动滑块(21)左端面中心位置刚性连接，第二切削构件(32)与第二驱动滑块(22)右端面中心位置刚性连接；

第一吸能构件(41)用于转换第一驱动滑块(21)的动能，第二吸能构件(42)用于转换第二驱动滑块(22)的动能，第一吸能构件(41)、第二吸能构件(42)形状结构完全相同；第一吸能构件(41)为圆柱型，直径为D₄，长度为t₄；第一吸能构件(41)采用的材料要求第一切削构件(31)在冲击波作用下对第一吸能构件(41)进行插入时，第一吸能构件(41)产生膨胀变形，并使第一切削构件(31)在第一吸能构件(41)内有插入位移；第二吸能构件(42)采用的材料要求第二切削构件(32)在冲击波作用下对第二吸能构件(42)进行插入时，第二吸能构件(42)产生膨胀变形，并使第二切削构件(32)在第二吸能构件(42)内有插入位移；第一吸能构件(41)位于第一驱动滑块(21)和密封壳体(1)左端加厚部位之间，第一吸能构件(41)与密封壳体(1)的左端局部加厚位置刚性连接；第二吸能构件(42)位于第二驱动滑块(22)和密封壳体(1)右端加厚部位之间，第二吸能构件(42)与密封壳体(1)的右端局部加厚位置刚性连接；

第一密封挡环(51)用于确保将第一驱动滑块(21)、第一吸能构件(41)挡在密封壳体(1)左端，保证第一驱动滑块(21)和第一吸能构件(41)不会从密封壳体(1)左端滑出；第二密封挡环(52)用于确保将第二驱动滑块(22)、第二吸能构件(42)挡在密封壳体(1)右端，保证第二驱动滑块(22)和第二吸能构件(42)不会从密封壳体(1)右端滑出；第一密封挡环(51)、第二密封挡环(52)形状与密封壳体(1)左右端面匹配；第一密封挡环(51)、第二密封挡环(52)采用硬质合金制成，要求第一密封挡环(51)、第二密封挡环(52)受到冲击波作用时不产生塑性变形；

密封螺栓(6)用于固定吸能构件(4)不发生侧向移动，采用六角螺栓标准件，材料满足密封螺栓(6)受到冲击波作用时不产生塑性变形；

气孔(7)用于保证密封壳体(1)顺利排出爆炸产生的高压气体，形状为圆形，布置在密封壳体(1)两端。

2.如权利要求1所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述炸药通过细线悬挂于密封壳体(1)内部几何中心位置即密封壳体(1)中轴线OO^*中心。

3.如权利要求1所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述密封壳体(1)外直径D₁满足0.3m<D₁<0.6m，壁厚t₁满足0.01m<t₁<0.05m，内直径为d₁满足d₁＝D₁-2t₁；长度L₁满足0.5m<L₁<1m；

满足

加厚区域侧壁厚度分别为

满足

4.如权利要求1所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述密封壳体(1)采用的金属满足屈服强度σ₁>100MPa，密度ρ₁>1g/cm³；第一驱动滑块(21)、第二驱动滑块(22)采用的合金材料要求满足：屈服强度σ₂>200MPa，密度ρ₂>2.0g/cm³；第一切削构件(31)的材料满足：屈服强度σ₃>200MPa，密度ρ₃>2.0g/cm³；第一吸能构件(41)的材料要求满足：屈服强度σ₄<1000MPa，密度ρ₄<10.0g/cm³；第一密封挡环(51)、第二密封挡环(52)采用的硬质合金要求满足：屈服强度σ₅>100MPa，密度ρ₅>1.0g/cm³；密封螺栓(6)的材料满足：屈服强度σ₆>100MPa，密度ρ₆>1.0g/cm³。

5.如权利要求1所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述第一驱动滑块(21)、第二驱动滑块(22)与密封壳体(1)之间的摩擦系数μ<0.05。

6.如权利要求1所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述第一驱动滑块(21)的直径D₂满足D₂≤d₁，厚度t₂满足0.05m<t₂<0.10m；第一驱动滑块(21)、第二驱动滑块(22)与炸药中心距离均为l₂，l₂＝(L₁-2×(t₁+t₂+4+t₄))/2。

7.如权利要求6所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述驱动滑块(2)厚度t₂依据实际炸药药量W需要进行调整。

8.如权利要求1所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述第一切削构件(31)为矩形薄片，长度L₃满足0.8D₄<L₃<1.2D₄，第一切削构件(31)的宽度w₃满足0.004m<w₃<0.06m，厚度t₃满足0.0005m<t₃<0.002m。

9.如权利要求6所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述第一吸能构件(41)的直径D₄满足

长度t₄满足t₄＝0.5L₁-l₂-L₃-t₂-t₁；第一吸能构件(41)迎爆面与第一驱动滑块(21)之间距离等于L₃；第二吸能构件(42)迎爆面与第二驱动滑块(22)之间距离等于L₃；增大第一吸能构件(41)、第二吸能构件(42)长度能增大吸能构件吸收能量最大限值。

10.如权利要求1所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述第一密封挡环(51)、第二密封挡环(52)均为圆环形，第一密封挡环(51)外直径D₅满足D₁<D₅<1.2D₁，内直径d₅满足0.9D₂<d₅<D₂，厚度t₅满足0.1t₁<t₅<1.2t₁。

11.如权利要求1所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述密封螺栓(6)尺寸满足0.15t₄≤D₆≤0.2t₄，螺栓长度为

12.如权利要求1所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述气孔(7)按照中心布置1个气孔，以中心气孔为基点，以90°为单位间隔环向布置4个气孔；气孔直径为D₇＝0.1D₁,中心气孔与环向布置的4个气孔距离为L₇＝6×D₇。

13.如权利要求6所述的小当量炸药爆炸空气冲击波做功能力无源测量装置，其特征在于所述炸药(8)形状为球形装药，半径R＝l₂/3，密度为ρ，炸药药量

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