CN114179741B - 一种车辆底部爆炸防护组件主动解耦系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种车辆底部爆炸防护组件主动解耦系统。包括底部爆炸事件检测装置，解耦触发装置，解耦动作装置和导向连接装置，底部爆炸事件检测装置位于车辆底部防护组件上，由多个并联分布式应力波或电磁波检测仪组成；解耦触发装置接收爆炸事件信号后做出对应处理，输出解耦动作信号；解耦动作装置接收到解耦动作信号后进行解耦动作；导向连接装置包括导向元件与限位元件，每组导向元件由嵌入式细杆和粗管组成，限位元件位于细杆外侧和粗圆管内壁。本申请利用爆炸事件检测装置检测车辆底部爆炸事件，通过解耦装置实现防护组件与车辆底甲板解耦分离，受到爆炸冲击后，利用防护组件解耦动作削减爆炸冲击伤害，提高车辆乘员保护能力。

Description

一种车辆底部爆炸防护组件主动解耦系统

技术领域

本发明属于车辆防护领域，具体涉及一种车辆底部爆炸防护组件主动解耦系统。

背景技术

当前军用车辆在非对称作战战场上面临的主要威胁为IED等车辆底部爆炸物，爆炸物爆炸瞬间产生超压冲击波作用于车辆底甲板，造成底甲板迅速大量变形并传递极高的加速度冲击至车内乘员，造成乘员受伤甚至死亡。

针对底部爆炸事件带来的威胁，世界各国目前大多采用加装底部防护组件的方式来提高装甲车辆在底部爆炸冲击中的乘员防护能力，目前底部防护组件主要形式有V型、蜂窝夹芯平板型等，底部防护组件的加入在一定程度上提高了装甲车辆的防护能力。

然而受制于有效载荷、机动性能和通过性能等因素约束，底部防护组件的重量不能无限制增加，导致装甲车的防护能力也只能在有限范围内提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆底部爆炸防护组件主动解耦装置，包括底部爆炸事件检测装置，解耦触发装置，解耦动作装置和导向连接装置；爆炸事件检测装置检测车辆底部爆炸事件，并将爆炸事件信号传递至解耦触发装置，解耦触发装置输出解耦动作信号至解耦动作装置，解耦动作装置接受信号后做出动作反应，在爆炸事件发生后数毫秒内完成底部防护组件解耦动作，同时通过导向连接装置控制解耦方向和深度。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种车辆底部爆炸防护组件主动解耦系统，包括爆炸事件检测装置、解耦触发装置、解耦动作装置和导向连接装置；

爆炸事件检测装置设置在防护组件最先接受冲击的面板一侧，用于检测爆炸事件；

所述解耦触发装置接收爆炸事件信号后，分析处理，输出解耦动作信号；

解耦动作装置接收到解耦动作信号后进行解耦动作，产生爆炸冲量；

导向连接装置用于将防护组件和车体底部连接，解耦动作装置产生的爆炸冲量作用于防护组件，使得防护组件和车体的固定关系断开、保持活动连接，产生与爆炸冲击相抵消的力。

进一步的，所述爆炸事件检测装置为应力波传感器、电磁传感器或光热传感器。

进一步的，所述爆炸事件检测装置包括均匀设置在防护组件面板上的电阻式应变片的应力波检测仪；

所述解耦触发装置包括多个并联设置的与应力波检测仪一一对应的稳压电路和信号处理器，每个所述稳压电路包括惠斯通电桥，稳压电路限流电阻，单向二极管和稳压二极管；

一个应力波检测仪的电阻式应变片接入惠斯通电桥的一个桥臂，惠斯通电桥的两端接电源，惠斯通电桥依次通过稳压电路限流电阻，单向二极管和稳压二极管与信号处理器连接，所述信号处理器用于产生解耦动作信号。

进一步的，所述解耦动作装置包括推进器。

进一步的，所述解耦动作装置包括圆筒，电触发引信，钝感炸药；

车体底部和防护组件之间关于车体中轴线对称设置偶数个解耦动作装置，圆筒底端固定在防护组件上，且上部与车体接触，每个圆筒中设有钝感炸药，钝感炸药中设有电触发引信，电触发引信由解耦动作信号触发。

进一步的，所述圆筒倾斜设置，圆筒底端与防护组件相连，顶端朝向车体外部侧上方空间，从而使钝感炸药产生的爆炸冲量作用于防护组件，但不作用于车体。

进一步的，所述圆筒的材质为钢。

进一步的，所述导向连接装置为偶数个，设置在车体底部和防护组件之间，且关于车体中轴线对称设置。

进一步的，所述导向连接装置包括与车体固定连接的导向细杆和与防护组件固定连接的导向粗管，

所述导向粗管内部设有环形的导向粗管限位片，导向粗管的顶部设有内翻边，内翻边的中部为圆形孔，导向细杆穿过顶部圆形孔和环形限位片中部的圆形孔；

所述导向细杆的端部设有圆形的导向细杆限位片，导向细杆中部设有导向细杆支承片，导向细杆支承片通过固定螺栓与环形的导向粗管限位片连接；

在解耦动作装置产生的爆炸冲量作用下，导向细杆支承片断裂，断开防护组件和车体的固定连接，防护组件向下运动，圆形的导向细杆限位片卡在环形的导向粗管限位片下部，保持住防护组件。

一种利用上述的解耦系统进行爆炸防护的方法，包括如下步骤：

步骤(1)：通过应变片将检测位置处由应力波传播的应变信号转换为惠斯通电桥中电阻的变化，进而引起电桥桥臂中电流或电压信号输出，超过阈值后通过稳压电路发送给信号处理器；

步骤(2)：经信号处理器进行滤波、放大处理后，输出解耦动作信号传至解耦动作装置的电触发引信；

步骤(3)：解耦动作装置中电触发引信由解耦动作信号触发后，引爆低当量钝感炸药，钢制圆筒控制爆炸冲量冲击方向和作用区域，使爆炸冲量作用于防护组件，借助爆炸冲量断开导向连接装置中起固定连接作用的导向细杆支承片；

步骤(4)：防护组件与导向粗管在爆炸冲量的共同作用下向下运动，直至导向粗管限位片接触导向细杆限位片，防护组件不再运动，与车体之间保持可活动连接关系，避免爆炸结束后组件掉落对行车造成影响。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明通过在车体和防护组件之间设置解耦系统，借助于解耦动作的反向冲量，在有限增加防护组件质量的前提下，明显提升车辆底部爆炸防护能力与乘员生存能力。

(2)本发明应用应力波或电磁辐射传播原理检测底部爆炸事件，具备高精度、高反应速度的特点，充分利用了爆炸事件发生到冲击波作用于底甲板这段时间，解决了解耦结构在爆炸瞬间触发的反应延迟问题。

(3)分布式爆炸事件检测装置解决了底部不同位置爆炸事件检测延迟问题，并联式触发可以在第一时间将最先检测到的爆炸事件信号传递至解耦触发装置；同时解耦动作装置之间也采用并联方式，同时接受解耦触发装置发出的动作信息，同时起爆，避免了起爆时间差带来的防护组件运动偏置问题。

(4)解耦动作装置中低当量预制解耦钝感炸药爆炸时，对防护组件产生向下的推力，可以部分抵消底部爆炸带来的冲击；当解耦动作装置顶端不呈一定角度倾斜时，解耦动作对车体产生向上的推力，一方面增加爆炸源与底甲板之间的距离，衰减爆炸效果，另一方面将底甲板受击部位的局部强冲击转化为乘员舱的整体响应，降低受击点上方附近乘员的受伤害程度；解耦动作装置顶端呈一定角度倾斜朝向车体外侧时，解耦冲量将不作用于车体，将不存在叠加伤害问题，综合防护效果更优。

附图说明

图1为本发明实施例1解耦系统整体示意图。

图2为本发明实施例1爆炸事件检测装置和解耦触发装置示意图。

图3为本发明实施例1解耦动作装置和导向连接装置示意图。

图4为本发明实施例2解耦系统整体示意图。

附图标记说明：

1-车体，2-导向连接装置，3-解耦动作装置，4-爆炸事件检测装置，5-炸药，6-防护组件，7-解耦动作信号，8-解耦触发装置，9-爆炸事件信号，10-应力波检测仪，11-惠斯通电桥，12-信号处理器，13-稳压二极管，14-稳压电路，15-单向二极管，16-稳压电路限流电阻，17-电源，18-惠斯通电桥桥臂电阻，19-电触发引信，20-钝感炸药，21-导向细杆，22-导向粗管，23-导向粗管限位片，24-固定螺栓，25-导向细杆支承片，26-导向细杆限位片，27-圆筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施方式中爆炸事件检测装置采用应力波检测仪，解耦动作装置顶端朝向车体，无倾斜角度。

如图1-3所示，一种车辆底部防护组件主动解耦系统，包括爆炸事件检测装置4、解耦触发装置8、解耦动作装置3和导向连接装置2；

爆炸事件检测装置4中包含采用电阻式应变片的应力波检测仪10，该应力波检测仪10位于底部防护组件6面板与背板之间，放置于面板一侧；

所述应力波检测仪10中应变片贴于或嵌入最先接受冲击的防护组件6的面板，应变片两端接入惠斯通电桥11的一个桥臂，车载或其他电源17作为电桥输入电源；

调节惠斯通电桥11的其他三个电桥桥臂电阻18使其与静置状态下应力波检测仪电阻值一致，则静置时惠斯通电桥11处于平衡状态；爆炸冲击导致应变片拉伸，阻值增大，电桥失衡，电桥输出端限流电阻16中有电流通过；

基于爆炸冲击作用于底部防护组件6面板带来的应力波传播效应，通过应变片将检测位置处由应力波传播的应变信号转换为惠斯通电桥11中电阻的变化，进而引起电桥桥臂中电流或电压信号输出；

为防止系统误触发，解耦触发装置8中设置稳压电路14，稳压电路14由稳压电路限流电阻16、单向二极管15、稳压二极管13和信号处理器12组成；

稳压电路14中单向二极管15保证只有应变片拉伸导致阻值增大时正向导通，避免环境等因素导致应变片压缩带来的反向电流通过；稳压二极管13则保证应变片只有承受爆炸冲击后发生大变形，导致爆炸事件电信号超过阈值后导通，防止微小碰撞、小型爆炸冲击等因素误触发；该电信号阈值通过调整电桥和选取相应的稳压二极管13进行匹配确定；

如图2所示，多组应力波检测仪10和解耦触发装置8中稳压电路14组成的爆炸事件信号电路相互并联，接入信号处理器12，任一应力波检测仪10中因爆炸冲击导致的爆炸事件信号9超过阈值后，经信号处理器12进行滤波、放大等处理后，均可以输出解耦动作信号7，通过相应的信号传输通道传至解耦动作装置3中；

如图3所示，爆炸事件信号9经由解耦触发装置8处理后，输出解耦动作信号7至解耦动作装置3中，解耦动作装置3中电触发引信19由解耦动作信号7触发后，引爆低当量钝感炸药20，钢制圆筒27控制爆炸冲量冲击方向和作用区域，使爆炸冲量仅作用于车体和防护组件，借助爆炸冲量断开导向连接装置2中起固定连接作用的导向细杆支承片25；

所述解耦动作装置3成对对称布置于底部防护组件与车身底甲板之间，整车布置两对及以上解耦动作装置；

如图3所示，导向连接装置2中导向细杆21和导向粗管22相互配合组成导向元件，导向粗管限位片23固连于导向粗管22内壁，导向粗管22顶端和导向粗管限位片23中心部位留有直径相同的圆孔，导向细杆21经由该圆孔嵌入导向粗管22内部，两个圆孔限制导向细杆21仅能沿纵向滑动；

如图3所示，导向细杆支承片25固连于导向细杆21中部，位于导向粗管限位片23下部，通过固定螺栓24与导向粗管限位片23连接，导向细杆支承片25采用铸铁一类低强度脆性薄片材料；非受击状态时，该连接为固定连接，保证防护组件6与车体1之间的连接关系，受击状态时，解耦爆炸冲量使铸铁一类低强度脆性薄片材料导向细杆支承片断裂，防护组件6与车体1固定连接关系断开；

导向细杆限位片26固连于导向细杆21端部，解耦动作使导向细杆支承片25断裂之后，防护组件6与导向粗管22在爆炸冲量的共同作用下向下运动，直至导向粗管限位片23接触导向细杆限位片26，防护组件6不再运动，与车体1之间保持可活动连接关系，避免爆炸结束后组件掉落对行车造成影响；导向连接装置2成对布置于每个解耦动作装置钢制圆筒一侧，沿车辆纵向轴线方向布置。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1不同之处在于：解耦动作装置3布置形式还可以为底端与防护组件相连，顶端呈一定角度倾斜，朝向车体外部侧上方空间。

Claims (1)

1.一种利用车辆底部爆炸防护组件主动解耦系统进行爆炸防护的方法，其特征在于，车辆底部爆炸防护组件主动解耦系统，其特征在于，包括爆炸事件检测装置(4)、解耦触发装置(8)、解耦动作装置(3)和导向连接装置(2)；爆炸事件检测装置(4)设置在防护组件(6)最先接受冲击的面板一侧，用于检测爆炸事件；所述解耦触发装置(8)接收爆炸事件信号后，分析处理，输出解耦动作信号；解耦动作装置(3)接收到解耦动作信号后进行解耦动作，产生爆炸冲量；导向连接装置(2)用于将防护组件和车体底部连接，解耦动作装置(3)产生的爆炸冲量作用于防护组件，使得防护组件(6)和车体的固定关系断开、保持活动连接，产生与爆炸冲击相抵消的力；所述爆炸事件检测装置(4)为应力波传感器、电磁传感器或光热传感器；所述爆炸事件检测装置(4)包括均匀设置在防护组件面板上的电阻式应变片的应力波检测仪(10)；所述解耦触发装置(8)包括多个并联设置的与应力波检测仪(10)一一对应的稳压电路(14)和信号处理器(12)，每个所述稳压电路包括惠斯通电桥(11)，稳压电路限流电阻(16)，单向二极管(15)和稳压二极管(13)；一个应力波检测仪(10)的电阻式应变片接入惠斯通电桥(11)的一个桥臂，惠斯通电桥(11)的两端接电源(17)，惠斯通电桥(11)依次通过稳压电路限流电阻(16)，单向二极管(15)和稳压二极管(13)与信号处理器(12)连接，所述信号处理器(12)用于产生解耦动作信号；所述解耦动作装置(3)包括推进器；所述解耦动作装置(3)包括圆筒(27)，电触发引信(19)，钝感炸药(20)；车体(1)底部和防护组件(6)之间关于车体中轴线对称设置偶数个解耦动作装置(3)，圆筒(27)底端固定在防护组件上，且上部与车体接触，每个圆筒(27)中设有钝感炸药(20)，钝感炸药(20)中设有电触发引信(19)，电触发引信(19)由解耦动作信号(7)触发；所述圆筒(27)倾斜设置，圆筒底端与防护组件相连，顶端朝向车体外部侧上方空间，从而使钝感炸药(20)产生的爆炸冲量作用于防护组件，但不作用于车体(1)；所述导向连接装置(2)为偶数个，设置在车体(1)底部和防护组件(6)之间，且关于车体中轴线对称设置；所述导向连接装置(2)包括与车体固定连接的导向细杆(21)和与防护组件固定连接的导向粗管(22)，所述导向粗管(22)内部设有环形的导向粗管限位片(23)，导向粗管(22)的顶部设有内翻边，内翻边的中部为圆形孔，导向细杆(21)穿过顶部圆形孔和环形限位片中部的圆形孔；所述导向细杆(21)的端部设有圆形的导向细杆限位片(26)，导向细杆(21)中部设有导向细杆支承片(25)，导向细杆支承片(25)通过固定螺栓(24)与环形的导向粗管限位片(23)连接；在解耦动作装置(3)产生的爆炸冲量作用下，导向细杆支承片(25)断裂，断开防护组件和车体的固定连接，防护组件向下运动，圆形的导向细杆限位片(26)卡在环形的导向粗管限位片(23)下部，保持住防护组件；

方法包括如下步骤：

步骤(1)：通过应变片将检测位置处由应力波传播的应变信号转换为惠斯通电桥(11)中电阻的变化，进而引起电桥桥臂中电流或电压信号输出，超过阈值后通过稳压电路(4)发送给信号处理器(12)；

步骤(2)：经信号处理器(12)进行滤波、放大处理后，输出解耦动作信号(7)传至解耦动作装置(3)的电触发引信(19)；

步骤(3)：解耦动作装置(3)中电触发引信(19)由解耦动作信号(7)触发后，引爆低当量钝感炸药(20)，钢制圆筒(27)控制爆炸冲量冲击方向和作用区域，使爆炸冲量作用于防护组件(6)，借助爆炸冲量断开导向连接装置(2)中起固定连接作用的导向细杆支承片(25)；

步骤(4)：防护组件(6)与导向粗管(22)在爆炸冲量的共同作用下向下运动，直至导向粗管限位片(23)接触导向细杆限位片(26)，防护组件(6)不再运动，与车体(1)之间保持可活动连接关系，避免爆炸结束后组件掉落对行车造成影响。