CN113752647B - 一种用于实船打靶试验的传感器防护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，属于实验防护领域。本发明贴合在传感器的外侧，橡胶层、缓冲泡沫层、内尼龙层、玻璃纤维增强树脂层、外尼龙层从内到外依次同轴排列。外尼龙层、玻璃纤维增强树脂层、内尼龙层属于刚性防护，缓解破片冲击。外尼龙层、玻璃纤维增强树脂层、内尼龙层能起到耐高温的作用。缓冲泡沫层、橡胶层能起到吸收动能的作用，吸收破片带来的冲击波。缓冲泡沫层刚度低、塑性好，具有极强的缓冲能力，利用缓冲泡沫层的塑性适用于不同形状的传感器，有效吸收传递到传感器的动能，起到减振效果。尼龙层在制备玻璃纤维增强树脂层时起到模具的作用。本发明还具有质量小、造价低廉，内部的柔性结构便于更换的优点。

Description

一种用于实船打靶试验的传感器防护装置
技术领域
本发明涉及一种实船打靶试验传感器防护装置，属于实验防护领域。
背景技术
反舰导弹作为打击船舰类目标的主要武器，在海战中占据着举足轻重的地位，而实船打靶实验的开展，将会反舰导弹的爆炸威力和船舰毁伤效果的评估提供重要的实践支撑。在实船打靶实验过程中，需要各类不同的实验设备来获得相关实验数据。因此，船舰不可避免的要布置大量传感器。在实验过程中，破片会朝不同方向飞散，这些破片有可能使得船舰中的传感器受到破坏，进而影响实验结果。所以必须对实船打靶实验中的传感器进行防护，起到抗冲击与耐高温的作用。现有的传感器防护装置多为盒状，体积大、质量大，安装复杂，大体积易增加被破片击中的概率，且不能根据爆炸能量设计保护壳的厚度。
发明内容
为了保护舰船侵彻试验中的传感器，本发明的目的是提供一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，该防护装置具有较好的防破片冲击效果、耐高温、减振效果；还具有质量小、造价低廉，内部的柔性结构便于更换的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明公开的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，贴合在传感器的外侧，为多层结构，主要由橡胶层、缓冲泡沫层、内尼龙层、外尼龙层、玻璃纤维增强树脂层组成，所述橡胶层、缓冲泡沫层、内尼龙层、玻璃纤维增强树脂层、外尼龙层从内到外依次同轴排列。
所述外尼龙层、玻璃纤维增强树脂层、内尼龙层属于刚性防护，能起到缓解破片冲击的作用。
所述外尼龙层、玻璃纤维增强树脂层、内尼龙层能起到耐高温的作用。
所述缓冲泡沫层、橡胶层能起到吸收动能的作用，吸收破片带来的冲击波。
所述缓冲泡沫层刚度低、塑性好，具有极强的缓冲能力，利用缓冲泡沫层的塑性适用于不同形状的传感器，有效吸收传递到传感器的动能，起到减振效果。
所述尼龙层在制备玻璃纤维增强树脂层时起到模具的作用。
外尼龙层厚度T通过下述方法得到：
步骤一：根据自然破片战斗部爆炸形成高速破片的理论，计算高速破片的初始速度，高速破片初始速度v0计算公式为：
Figure BDA0003248168380000021
式中：ω为战斗部的装药量，ms为战斗部壳体质量，E为战斗部装药的特征能量。
进一步地，破片的质量mf通过以下公式计算：
Figure BDA0003248168380000022
式中：Bx为炸药的爆炸常数，hshell和dinner分别为战斗部壳体的平均厚度和平均内径。
进一步地，破片的动能Efk为：
Figure BDA0003248168380000023
进一步地，破片的平均迎风面积
Figure BDA0003248168380000024
由下式计算：
Figure BDA0003248168380000025
式中：α为破片的形状系数。
进一步地，破片形状系数α的取值为(单位：10-3m2/kg2/3)：
Figure BDA0003248168380000026
步骤二：计算防护装置外尼龙层拉伸失效吸能。破片的碰撞面积近似于迎风面积，则防护装置外尼龙层拉伸失效吸能ETF由下式计算：
Figure BDA0003248168380000027
式中：EC为防护装置尼龙材料单位体积拉伸失效吸能，V为拉伸失效的体积，ε为材料应变，T为材料厚度。
步骤三：计算防护装置外尼龙层厚度。冲击到传感器防护装置的破片动能全部转化为防护装置的拉伸失效吸能，求出外尼龙层厚度T如下：
Figure BDA0003248168380000028
本发明公开的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置的制作方法为：
步骤一：通过
Figure BDA0003248168380000029
确定尼龙层的厚度；
步骤二：通过高温注塑制造内、外尼龙层，材料为PA46，所述内、外尼龙层形状为圆柱形，外尼龙层与内尼龙层之间间隙略大于单层尼龙厚度，头部为圆弧形，且头部有圆孔，用以通过导线。
步骤三：加热聚氨酯至90度并保持。
步骤四：将两层玻璃纤维编织布置于内外尼龙层之间，将其底部在上、头部在下同轴放置，将聚氨酯通过注塑从头部间隙注入到两层尼龙之间，使树脂在玻璃纤维间充分填充，固化约5-7分钟。
步骤五：将D30缓冲泡沫通过胶粘剂贴合在内尼龙层内壁上。
步骤六：将丁腈橡胶层通过胶粘剂贴合到缓冲泡沫上。
作为优选，所述内、外尼龙层均为牌号PA46，利用其较好的耐热性和刚度，保护防护装置不产生变形。
作为优选，所述玻璃纤维增强树脂层由两层玻璃纤维编织布组成，将液态的树脂填充到编织布层中，固化后具有良好的抗冲击性能。
作为优选，所述树脂材料为聚氨酯，具有良好的隔热与抗冲击性能。
作为优选，所述缓冲泡沫层采用D30材料制成，D30缓冲材料由粘胶液与一种聚合物化合而来，属于膨胀性泡沫，具有极强的缓冲能力，有效减少破片传递到传感器的动能。
作为优选，所述橡胶层为丁腈橡胶。
有益效果：
1、本发明公开的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，通过对破片质量和速度的计算，结合目标能量吸收率，确定单位体积能量吸收，推算出外尼龙层厚度，较为准确的设计了防护装置内、外尼龙层的厚度，在满足要求的情况下，最大限度减轻防护装置的质量。
2、本发明公开的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，外尼龙层、玻璃纤维增强树脂层、内尼龙层属于刚性防护，尼龙较高的硬度可以避免被破片破坏，具有良好的抗冲击作用，同时尼龙层具有良好的耐高温作用，以及在制备玻璃纤维增强树脂层时可以起到模具的作用。
3、本发明公开的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，D30泡沫层属于柔性防护，其刚度低、塑性好，具有极强的缓冲能力，有效吸收传递到传感器的动能，起到吸振效果。
4、现有的传感器防护装置以盒式为主，属于纯刚性防护，其体积大且安装更换繁琐，本发明公开的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，内层使用的泡沫在起到良好缓冲作用的同时，具有良好的塑形，能够适用于不同形状的传感器。其中丁腈橡胶层具有一定的延展性，保护D30泡沫层不受到损坏。
附图说明
图1为本发明公开的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置制作流程图。
图2为本发明公开的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置半剖视图。
其中：1-橡胶层、2-缓冲泡沫层、3-内尼龙层、4-玻璃纤维增强树脂层、5-外尼龙层。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，本实施例公开的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，贴合在传感器的外侧，为多层结构，主要由丁腈橡胶层1、D30缓冲泡沫层2、内尼龙层3、外尼龙层5、玻璃纤维增强树脂层4组成，所述丁腈橡胶层1、D30缓冲泡沫层2、内尼龙层3、玻璃纤维增强树脂层4、外尼龙层5从内到外依次同轴排列。
所述外尼龙层5、玻璃纤维增强树脂层4、内尼龙层3属于刚性防护，能起到缓解破片冲击的作用。
所述外尼龙层5、玻璃纤维增强树脂层4、内尼龙层3能起到耐高温的作用。
所述D30缓冲泡沫层2、橡胶层1能起到吸收动能的作用，吸收破片带来的冲击波。
所述D30缓冲泡沫层2刚度低、塑性好，具有极强的缓冲能力，利D30用缓冲泡沫层2的塑性适用于不同形状的传感器，有效吸收传递到传感器的动能，起到减振效果。
所述外尼龙层5、内尼龙层3在制备玻璃纤维增强树脂层时起到模具的作用。
外尼龙层5厚度T通过下述方法得到：
步骤一：根据自然破片战斗部爆炸形成高速破片的理论，计算出高速破片的初始速度。
步骤二：计算破片动能以及防护装置的弹性形变吸能。
步骤三：冲击到传感器防护装置的破片动能全部转化为防护装置的弹性形变吸能，求出外尼龙层厚度。
下面结合实例对本发明的一种实船打靶试验传感器防护装置进行详细说明。实施例为国外某一自然破片战斗部空中爆炸的情形。该破片战斗部的炸药当量为34.93kg，爆炸所产生的破片设计质量及其飞行参数为：
表1爆炸所产生的破片及尼龙相关参数
Figure BDA0003248168380000041
如图2所示，本实施例公开的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置的制作方法为：
步骤一：根据自然破片战斗部爆炸形成高速破片的理论，计算出高速破片的初始速度。
根据前述公式可得出破片的初始速度为1013m/s。
步骤二：计算破片动能以及防护装置的弹性形变吸能。
步骤三：冲击到传感器防护装置的破片动能全部转化为防护装置的弹性形变吸能，求出外尼龙层5厚度。
进一步地，根据前述外尼龙层5厚度关系式，材料应变在0.1以下时为安全，得到厚度
Figure BDA0003248168380000051
进一步地，考虑到制造误差以及实际使用安全性，本次实例计算外尼龙层5厚度可定义为1.5±0.1mm。
步骤四：通过高温注塑制造外尼龙层5与内尼龙层3，材料为PA46，要求形状为圆柱形，外尼龙层5与内尼龙层3之间间隙为1.5±0.1mm，头部为圆弧形，且头部有圆孔，用以通过导线。
步骤五：加热聚氨酯至90度并保持。
步骤六：将两层玻璃纤维编织布置于外尼龙层5与内尼龙层3之间，将其底部在上、头部在下同轴放置，将聚氨酯通过注塑从头部间隙注入到外尼龙层5与内尼龙层3之间，保持15分钟使树脂在玻璃纤维间充分填充，固化约5-7分钟，制备出玻璃纤维增强树脂层4。
步骤七：将D30缓冲泡沫2通过胶粘剂贴合在内尼龙层内壁上。
步骤八：将丁腈橡胶层1通过胶粘剂贴合到D30缓冲泡沫2上。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。通过利用打靶试验炮弹参数以及经验公式，推导出外尼龙层厚度，并以此估算玻璃纤维增强树脂层的厚度，其中相关材料参数通过力学试验以及仿真获得，确保整体防护装置能够满足抗冲击、耐高温以及隔振的功能。以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，其特征在于：所述用于实船打靶试验的传感器防护装置贴合在传感器的外侧，为多层结构，主要由橡胶层、缓冲泡沫层、内尼龙层、外尼龙层、玻璃纤维增强树脂层组成，所述橡胶层、缓冲泡沫层、内尼龙层、玻璃纤维增强树脂层、外尼龙层从内到外依次同轴排列；
所述外尼龙层、玻璃纤维增强树脂层、内尼龙层属于刚性防护，能起到缓解破片冲击的作用；
所述外尼龙层、玻璃纤维增强树脂层、内尼龙层能起到耐高温的作用；
所述缓冲泡沫层、橡胶层能起到吸收动能的作用，吸收破片带来的冲击波；
所述缓冲泡沫层刚度低、塑性好，具有极强的缓冲能力，利用缓冲泡沫层的塑性适用于不同形状的传感器，有效吸收传递到传感器的动能，起到减振效果；
所述尼龙层在制备玻璃纤维增强树脂层时起到模具的作用；
所述用于实船打靶试验的传感器防护装置的制备方法为：
步骤一：计算外尼龙层厚度T：
根据自然破片战斗部爆炸形成高速破片的理论，计算高速破片的初始速度，高速破片初始速度v0计算公式为：
Figure 833778DEST_PATH_IMAGE001
式中：ω为战斗部的装药量，ms为战斗部壳体质量，E为战斗部装药的特征能量；
破片的质量mf通过以下公式计算：
Figure 593923DEST_PATH_IMAGE002
式中：Bx为炸药的爆炸常数，hshell和dinner分别为战斗部壳体的平均厚度和平均内径；
破片的动能Efk为：
Figure 50837DEST_PATH_IMAGE003
破片的平均迎风面积
Figure 249737DEST_PATH_IMAGE004
由下式计算：
Figure 856299DEST_PATH_IMAGE005
式中：α为破片的形状系数；
破片形状系数α的取值为：
Figure 36614DEST_PATH_IMAGE006
计算防护装置外尼龙层拉伸失效吸能；破片的碰撞面积近似于迎风面积，则防护装置外尼龙层拉伸失效吸能ETF由下式计算：
Figure 790943DEST_PATH_IMAGE007
式中：EC为防护装置尼龙材料单位体积拉伸失效吸能，V为拉伸失效的体积，ε为材料应变，T为材料厚度；
计算防护装置外尼龙层厚度；冲击到传感器防护装置的破片动能全部转化为防护装置的拉伸失效吸能，求出外尼龙层厚度T如下：
Figure 465638DEST_PATH_IMAGE008
确定尼龙层的厚度后；
步骤二：通过高温注塑制造内、外尼龙层，材料为PA46，所述内、外尼龙层形状为圆柱形，外尼龙层与内尼龙层之间间隙略大于单层尼龙厚度，头部为圆弧形，且头部有圆孔，用以通过导线；
步骤三：加热聚氨酯至90度并保持；
步骤四：将两层玻璃纤维编织布置于内外尼龙层之间，将其底部在上、头部在下同轴放置，将聚氨酯通过注塑从头部间隙注入到两层尼龙之间，使树脂在玻璃纤维间充分填充，固化约5-7分钟；
步骤五：将D30缓冲泡沫通过胶粘剂贴合在内尼龙层内壁上；
步骤六：将丁腈橡胶层通过胶粘剂贴合到缓冲泡沫上。
2.如权利要求1所述的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，其特征在于：所述内、外尼龙层均为牌号PA46，利用其较好的耐热性和刚度，保护防护装置不产生变形。
3.如权利要求1所述的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，其特征在于：所述玻璃纤维增强树脂层由两层玻璃纤维编织布组成，将液态的树脂填充到编织布层中，固化后具有良好的抗冲击性能。
4.如权利要求1所述的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，其特征在于：所述树脂的材料为聚氨酯，具有良好的隔热与抗冲击性能。
5.如权利要求1所述的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，其特征在于：所述缓冲泡沫层采用D30材料制成，D30缓冲材料由粘胶液与一种聚合物化合而来，属于膨胀性泡沫，具有极强的缓冲能力，有效减少破片传递到传感器的动能。
6.如权利要求1所述的一种用于实船打靶试验的传感器防护装置，其特征在于：所述橡胶层为丁腈橡胶。
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