CN113390550A - 一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明的提供一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置及测试方法，包括吊装支架和固定架，所述的吊装支架和固定架相邻设置，所述的吊装支架上固定爆炸冲击波产生单元，所述的固定架上固定测试单元；所述的爆炸冲击波产生单元用于产生的爆炸冲击波；所述测试单元在监测到所述爆炸冲击波产生单元产生的爆炸冲击波后进行测试工作。本发明公开的一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置及测试方法，既可定量评估炸药或战斗部的空中爆炸的冲击波作功能力，也可用来筛选具有不同空中爆炸冲击波作功能力的炸药。相对于现有技术测试结果更稳定可靠，且计算方法简单，易操作。

Description

一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种测试方法，特别涉及一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置及测试方法，用以精准可靠地定量评估爆炸物空中爆炸后的冲击波作功能力。

背景技术

对于爆破型战斗部和杀爆型战斗部，空中爆炸产生的冲击波都是主要的毁伤元。空中爆炸冲击波是一种具有较高幅值且持续微妙级至毫秒级时间的强间断压力波，其毁伤效果主要取决于两个相关的物理参数：峰值超压和正压作用时间。对于空中爆炸冲击波的评价准则，现有技术一般用超压准则、比冲量准则及超压-冲量准则(王新颖，王树山，卢熹等，空中爆炸冲击波对生物目标的超压-冲量准则，爆炸与冲击，2018，38(1)：106-111)。由于空气介质的不均匀性，对于状态完全相同的炸药(同种类、同质量、同密度、同形状)，峰值超压和正压作用时间实测差异一般都在10％以上，实测差异在30％甚至50％以上也是经常发生的事。张学伦(张学伦，基于Grubbs准则的冲击波超压异常值处理方法，兵器装备工程学报，2017，38(6)：37-39)用8kgTNT圆柱形药柱在3m处测试爆炸后的冲击波超压，测试10发，冲击波超压峰值最大值为0.542MPa，最小值为0.218MPa，二者差异高达148.6％。因此，这种方法测试结果重现性非常差。理论上，可以通过积分冲击波超压曲线得到毁伤目标接收到的冲击波能量，然而，对于平行试验测量得到的数据，由于实测得到的冲击波曲线的峰值超压以及正压作用时间差异很大，因此，可以认为，积分结果与冲击波的实际作功能力和毁伤效果差异很大，也很少有研究者通过积分冲击波曲线得到毁伤目标接收到的冲击波能量来评价炸药或战斗部的作功能力或毁伤效果。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置及测试方法。

本发明公开以下技术方案：一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置，包括吊装支架和固定架，所述的吊装支架和固定架相邻设置，所述的吊装支架上固定爆炸冲击波产生单元，所述的固定架上固定测试单元，所述的爆炸冲击波产生单元用于产生爆炸冲击波，所述测试单元在监测到所述爆炸冲击波产生单元产生的爆炸冲击波后进行测试工作；

所述的爆炸冲击波产生单元包括电雷管，所述电雷管通过垂直连接在所述的吊装支架上的吊装线进行固定，所述的吊装线还用于固定测试样品，所述的电雷管被激发后用于引爆测试样品并产生爆炸冲击波；

所述的测试单元包括设置在所述的固定架上的电磁线圈，所述的电磁线圈底部设置无磁性的定位块，所述的定位块用于对子弹进行定位，所述的电磁线圈通电时产生的磁力线将子弹吸附于所述的定位块的底面上，所述子弹的质量中心与所述的测试样品处于同一水平面；

所述测试单元还包括冲击波压力传感器，所述的冲击波压力传感器位于所述子弹下方，且冲击波压力传感器靠近所述爆炸冲击波产生单元的端面与所述子弹靠近所述爆炸冲击波产生单元的端面处于同一竖直面上，所述冲击波压力传感器用于监测到达子弹端面的爆炸冲击波。

进一步的，还包括设置在子弹底部的沙箱，所述沙箱内铺设细沙，子弹自由落体后和受爆炸冲击波推动进行抛物线运动后均落入沙箱内。

进一步的，所述子弹的形状为球形，所述的子弹材质铁含量≥99.95％的纯铁，加工精度不低于ISO3290-2001标准的40级。

进一步的，所述测试样品的形状为球形，所述的测试样品的质量中心与所述子弹的质量中心水平。

进一步的，所述的测试样品的形状为圆柱形，所述的测试样品的中轴线的延长线水平穿过所述子弹的质量中心。

优选的，与所述固定架还连接设置有控制单元，所述的控制单元包括依次连接设置的驱动电路、转换器和控制中心，所述的驱动电路与所述的电磁线圈连接，所述的控制中心与冲击波压力传感器连接；

所述的冲击波压力传感器将冲击波压力信号传送至控制中心，控制中心通过转换器和驱动电路发出控制信号对所述电磁线圈进行通电电流的通断。

本发明还公开一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的测试方法，该测试方法使用上述的定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置进行测试。

具体的，包括以下步骤：

步骤一：测量子弹(8)的质量，记为m，单位为kg；打开控制中心(12)，使电磁线圈(7)产生的磁力线将球形子弹(8)吸附于定位块(6)上；测量测试样品(1)与球形子弹(8)的距离，单位为米；确定子弹(8)离爆炸方向最近点的铅垂线与细沙(14)平面交点，记录为A点；装配测试样品(1)；

步骤二：测量球形子弹(8)质量中心与细沙(14)水平面的距离，记为h，单位为米；

步骤三：激发电雷管(2)；

步骤四：当测试样品(1)爆炸产生的爆炸冲击波到达冲击波压力传感器(9)时，冲击波压力传感器(9)将冲击波压力信号传送至控制中心(12)，进而断开电磁线圈(7)的电流，此时，爆炸冲击波推动处于自由落体状态的子弹(8)进行抛物线运动；

步骤五：确定子弹(8)受爆炸冲击波推动进行抛物线运动后坠落到细沙(14)水平面的最近痕迹点，测量子弹(8)的水平移动距离，记为s，单位为米，所述的水平移动距离为球形子弹(8)坠落到细沙(14)水平面离爆炸方向的最近痕迹点与A点之间的距离；

步骤六：根据公式

计算空中爆炸冲击波推动子弹(8)的初始速度v，单位为m/s，g为重力加速度，数值取9.81m/s²；根据公式

计算试验样品爆炸后产生的冲击波的作功能力，单位为焦耳。

本发明相较于现有技术带来的技术效果体现为：

本发明公开的一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置及测试方法，既可定量评估炸药或战斗部的空中爆炸的冲击波作功能力，也可用来筛选具有不同空中爆炸冲击波作功能力的炸药。相对于现有技术测试结果更稳定可靠，且计算方法简单，易操作。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图2为本发明装置所用的试验样品装配图；

图中各标号表示：1、测试样品；2、电雷管；3、吊装线；4、吊装支架；5、固定架；6、定位块；7、电磁线圈；8、子弹；9、冲击波压力传感器；10、驱动电路；11、转换器；12、控制中心；13、沙箱；14、细沙。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是本发明不局限于以下具体实施例，凡在本发明技术方案基础上进行的同等变换均在本发明的保护范围内。

以下，对本发明的相关术语做一下解释说明：

雷管，是一种用来引爆炸药的装置。工业和军用炸药一般较为稳定，用明火无法引爆。必须使用其他炸药引爆，例如雷管。

雷管通常是由一种称为“ASA复合物”(ASA compound)的起爆药与作为起爆增强剂的微量TNT、特屈儿(tetryl)或PETN封于直径约10mm左右的薄金属管内构成。雷管分为非电气式雷管和电气式雷管。本发明所用的为现有常见的电气式雷管，简称电雷管，包括即发式电雷管，短延迟式电雷管，长延迟式电雷管等。

冲击波压力传感器具有流线型无反射外型，无管腔全齐平结构，优越的静态性能及动态响应能力，低噪声，高分辨率，高信噪比，带防光干扰，带防火护线管，可选配双屏蔽互绞专用抗干扰电缆。爆炸压力传感器有耐瞬间高温1000度和2000度两种。市售可得。

驱动电路(Drive Circuit)，位于主电路和控制电路之间，用来对控制电路的信号进行放大的中间电路(即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管)，称为驱动电路。驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。在本发明中，驱动电路最终发出的是使得电磁线圈通电或断电的信号。

转换器，一种将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量(或参考量)为基准的模拟量的转换器，又称D/A转换器，简称DAC。常用作过程控制计算机系统的输出通道，与执行器相连，实现对生产过程的自动控制。

控制中心可以为调节器或计算机(DCS、PLC等)可以根据爆炸冲击波的发出的信号冲击波压力传感器传送的冲击波压力信号控制电磁线圈电流的通断。

熔铸炸药是指能以熔融状态进了铸装的混合炸药。其组成主要为几种单质猛炸药的混合物，或者再加少量的附加组分。典型的有梯恩梯和黑索今组成的梯黑炸药，梯恩梯和太安组成的喷特里特炸药等，梯恩梯为低熔点的组分，其含量应能保证混合物具有良好的流动性，便于铸装。

实施例1：

如图1所示，本实施例给出一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置，包括吊装支架4和固定架5，吊装支架4和固定架5相邻设置，吊装支架4上固定爆炸冲击波产生单元，固定架5上固定测试单元，爆炸冲击波产生单元用于产生爆炸冲击波；测试单元在监测到爆炸冲击波产生单元产生的爆炸冲击波后进行测试工作；

爆炸冲击波产生单元包括电雷管2，所述电雷管2通过垂直连接在吊装支架4上的吊装线3进行固定，吊装线3还用于固定测试样品1，电雷管2被激发后用于引爆测试样品1并产生爆炸冲击波；

测试单元包括设置在固定架5上的电磁线圈7，电磁线圈7底部设置无磁性的定位块6，定位块6用于对子弹8进行定位，定位块6可以为无磁性的材料，如木头、陶瓷等，该定位块6主要目的是为了调整子弹8与测试样品1的水平高度，使子弹8的质量中心与测试样品1处于同一平面，定位块6的形状可以根据实际情况进行设置，定位块6与子弹8接触的面可以为平面，比如为长方体或正方体形，还可以根据子弹的形状设置相匹配的曲面，电磁线圈7通电时产生的磁力线将子弹8吸附于定位块6的底面上，子弹8的质量中心与测试样品1处于同一水平面。

所述测试单元还包括冲击波压力传感器9，冲击波压力传感器9位于所述子弹8下方，且冲击波压力传感器9靠近所述爆炸冲击波产生单元的端面与子弹8靠近爆炸冲击波产生单元的端面处于同一竖直面上，冲击波压力传感器9用于监测到达子弹8端面的爆炸冲击波。

具体的，还包括设置在子弹8底部的沙箱13，所述沙箱13内铺设细沙14，子弹8自由落体后和受爆炸冲击波推动进行抛物线运动后均落入沙箱13内。

在本实施例中，子弹8的形状为球形，子弹8材质铁含量≥99.95％的纯铁，加工精度不低于ISO3290-2001标准的40级。

更进一步的，测试样品1包括球形混合炸药和圆柱形混合炸药，所述炸药装药方式包括压装混合炸药和熔铸混合炸药。

测试样品1的形状为球形，测试样品1的质量中心与子弹8的质量中心水平。

测试样品1的形状为圆柱形，测试样品1的中轴线的延长线水平穿过子弹8的质量中心。

在优选的实施例中，与所述固定架5还连接设置有控制单元；控制单元包括依次连接设置的驱动电路10、转换器11和控制中心12，驱动电路10与电磁线圈7连接，控制中心12与冲击波压力传感器9连接；

冲击波压力传感器9将冲击波压力信号传送至控制中心12，控制中心12通过转换器11和驱动电路10发出控制信号对所述电磁线圈7进行通电电流的通断。

实施例2：

本实施例在实施例1的定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置的基础上，采用该装置进行空中爆炸冲击波作功能力的测试，包括以下步骤：

步骤一：测量子弹8的质量，记为m，单位为kg；打开控制中心12，使电磁线圈7产生的磁力线将球形子弹8吸附于定位块6上；测量测试样品1与球形子弹8的距离，单位为米；确定子弹8离爆炸方向最近点的铅垂线与细沙14平面交点，记录为A点；装配测试样品1；

步骤二：测量球形子弹8质量中心与细沙14水平面的距离，记为h，单位为米；

步骤三：激发电雷管2；

步骤四：当测试样品1爆炸产生的爆炸冲击波到达冲击波压力传感器9时，冲击波压力传感器9将冲击波压力信号传送至控制中心12，进而断开电磁线圈7的电流，此时，爆炸冲击波推动处于自由落体状态的子弹8进行抛物线运动；

步骤五：确定子弹8受爆炸冲击波推动进行抛物线运动后坠落到细沙14水平面的最近痕迹点，测量子弹8的水平移动距离，记为s，单位为米，水平移动距离为球形子弹8坠落到细沙14水平面离爆炸方向的最近痕迹点与A点之间的距离；

步骤六：根据公式

计算空中爆炸冲击波推动子弹8的初始速度v，单位为m/s，g为重力加速度，数值取9.81m/s²；根据公式

计算试验样品爆炸后产生的冲击波的作功能力，单位为焦耳。

在本实施例中，测试样品1为50克球形熔铸混合炸药，球形子弹8的材质为铁含量99.95％的纯铁，加工精度符合ISO3290-2001标准的28级。本实施例球形子弹8的质量为8.25×10^-3kg；测量测试样品1与球形子弹8的距离为1.01米；本实施例h为1.50米。

本实施例同等条件测试6次，根据6次测量得到的s，计算爆炸冲击波作功能力E，测试结果见表1。

表1 50克某球形炸药在1.01米处冲击波作功能力测试数据 单位：J

*采用t检验法，置信度取95％(分析化学，武汉大学主编，1991年第二版，高等教育出版社)。

表1中的六次测试结果数据无显著性差异，最大值与最小值差异小于10％，相对标准偏差小于5％，因此，该测试系统数据重现性较好，满足实用要求。

实施例3

本实施例与实施例2不同的是：

本实施例测试样品1为1000克圆柱形压装混合炸药，球形子弹8的材质为铁含量99.98％的纯铁，加工精度符合ISO3290-2001标准的40级。球形子弹8的质量为0.660kg，测试样品1与球形子弹8的距离，本实施例为2.50米；本实施例h为1.50米。

本实施例同等条件测试6次，根据6次测量得到的s，计算爆炸冲击波作功能力E，测试结果见表2。

表2 1000克某圆柱形炸药在2.50米处冲击波作功能力测试数据 单位：J

*采用t检验法，置信度取95％(分析化学，武汉大学主编，1991年第二版，高等教育出版社)。

从表2测试结果可以看出，六次测试结果数据无显著性差异，最大值与最小值差异小于10％，相对标准偏差小于5％，因此，该测试系统数据重现性较好，满足实用要求。

Claims (8)

1.一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置，其特征在于，包括吊装支架(4)和固定架(5)，所述的吊装支架(4)和固定架(5)相邻设置，所述的吊装支架(4)上固定爆炸冲击波产生单元，所述的固定架(5)上固定测试单元，所述的爆炸冲击波产生单元用于产生爆炸冲击波，所述测试单元在监测到所述爆炸冲击波产生单元产生的爆炸冲击波后进行测试工作；

所述的爆炸冲击波产生单元包括电雷管(2)，所述电雷管(2)通过垂直连接在所述的吊装支架(4)上的吊装线(3)进行固定，所述的吊装线(3)还用于固定测试样品(1)，所述的电雷管(2)被激发后用于引爆测试样品(1)并产生爆炸冲击波；

所述的测试单元包括设置在所述的固定架(5)上的电磁线圈(7)，所述的电磁线圈(7)底部设置无磁性的定位块(6)，所述的定位块(6)用于对子弹(8)进行定位，所述的电磁线圈(7)通电时产生的磁力线将子弹(8)吸附于所述的定位块(6)的底面上，所述子弹(8)的质量中心与所述的测试样品(1)处于同一水平面；

所述测试单元还包括冲击波压力传感器(9)，所述的冲击波压力传感器(9)位于所述子弹(8)下方，且冲击波压力传感器(9)靠近所述爆炸冲击波产生单元的端面与所述子弹(8)靠近所述爆炸冲击波产生单元的端面处于同一竖直面上，所述冲击波压力传感器(9)用于监测到达子弹(8)端面的爆炸冲击波。

2.如权利要求1所述定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置，其特征在于，还包括设置在子弹(8)底部的沙箱(13)，所述沙箱(13)内铺设细沙(14)，子弹(8)自由落体后和受爆炸冲击波推动进行抛物线运动后均落入沙箱(13)内。

3.如权利要求1所述定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置，其特征在于，所述子弹(8)的形状为球形，所述的子弹(8)材质铁含量≥99.95％的纯铁，加工精度不低于ISO3290-2001标准的40级。

4.如权利要求3所述定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置，其特征在于，所述测试样品(1)的形状为球形，所述的测试样品(1)的质量中心与所述子弹(8)的质量中心水平。

5.如权利要求3所述定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置，其特征在于，所述的测试样品(1)的形状为圆柱形，所述的测试样品(1)的中轴线的延长线水平穿过所述子弹(8)的质量中心。

6.如权利要求1所述定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置，其特征在于，与所述固定架(5)还连接设置有控制单元，所述的控制单元包括依次连接设置的驱动电路(10)、转换器(11)和控制中心(12)，所述的驱动电路(10)与所述的电磁线圈(7)连接，所述的控制中心(12)与冲击波压力传感器(9)连接；

所述的冲击波压力传感器(9)将冲击波压力信号传送至控制中心(12)，控制中心(12)通过转换器(11)和驱动电路(10)发出控制信号对所述电磁线圈(7)进行通电电流的通断。

7.一种定量测试空中爆炸冲击波作功能力的测试方法，其特征在于，该测试方法使用权利要求1～6任一所述的定量测试空中爆炸冲击波作功能力的装置进行测试。

8.根据权利要求7所述的定量测试空中爆炸冲击波作功能力的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：测量子弹(8)的质量，记为m，单位为kg；打开控制中心(12)，使电磁线圈(7)产生的磁力线将球形子弹(8)吸附于定位块(6)上；测量测试样品(1)与球形子弹(8)的距离，单位为米；确定子弹(8)离爆炸方向最近点的铅垂线与细沙(14)平面交点，记录为A点；装配测试样品(1)；

步骤二：测量球形子弹(8)质量中心与细沙(14)水平面的距离，记为h，单位为米；

步骤三：激发电雷管(2)；

步骤四：当测试样品(1)爆炸产生的爆炸冲击波到达冲击波压力传感器(9)时，冲击波压力传感器(9)将冲击波压力信号传送至控制中心(12)，进而断开电磁线圈(7)的电流，此时，爆炸冲击波推动处于自由落体状态的子弹(8)进行抛物线运动；

步骤五：确定子弹(8)受爆炸冲击波推动进行抛物线运动后坠落到细沙(14)水平面的最近痕迹点，测量子弹(8)的水平移动距离，记为s，单位为米，所述的水平移动距离为球形子弹(8)坠落到细沙(14)水平面离爆炸方向的最近痕迹点与A点之间的距离；

步骤六：根据公式

计算空中爆炸冲击波推动子弹(8)的初始速度v，单位为m/s，g为重力加速度，数值取9.81m/s²；根据公式

计算试验样品爆炸后产生的冲击波的作功能力，单位为焦耳。

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