CN114441082B - 一种全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置及测量方法，目的是解决测量方法准确性不高、布设难度大问题。测量装置由上球壳、N根嵌入杆、吸能构件、法兰盘、下球壳和基座组成。上球壳上挖有均匀分布的球壳通孔，球壳通孔中插有嵌入杆。法兰盘将上球壳和下球壳拼成球形壳体，内放吸能构件。基座用于支撑球形壳体与吸能构件。上球壳中嵌入杆受到爆炸冲击后将冲击波能量转换为自身动能，克服与球壳通孔之间的摩擦力做功而压缩吸能构件，通过嵌入杆在吸能构件中嵌入的位移与能量的对应关系得到冲击波能量，通过嵌入杆与垂直方向上的夹角可确定冲击波方向。本发明结构简单、布局方便，可在对冲击波能量进行测量的同时判定爆心位置。
Description
技术领域
本发明涉及爆炸场冲击波参数测量领域，具体涉及一种通过压溃式吸能的原理，可同时对爆炸冲击波能量和爆心方向进行测量的全向冲击波能量无源测量装置及测量方法。
背景技术
炸药在空气中爆炸时能够在瞬间释放出巨大的能量，产生的高温、高压气体产物首先破坏弹体形成向外高速飞散的破片，然后迅速向外膨胀，使原来静止的空气压力和温度突跃升高，周围空气发生强烈震荡，形成爆炸冲击波。爆炸冲击波以极高的功率对外界做功，使周围介质受到强烈的冲击、压缩而变形或碎裂。在距爆炸中心一定范围内，人员、设备和建筑物将会因冲击波的作用而受到破坏或造成伤害。为了评估爆炸冲击波的毁伤效应，需要对爆炸冲击波能量进行测量。测试爆炸冲击波的方法主要包括等效靶法、电测法和理论计算法等。等效靶法是利用具有相似毁伤机理的某种结构作为目标等效靶，通过爆炸试验测量等效靶板的破坏程度，从而评估炸药的威力和性能。但实际测量过程中等效靶法中难以消除等效靶与原目标抵抗冲击波的差异，且通过等效靶的毁伤程度难以反推冲击波压力和能量等爆炸场参数，测量的精度和准确性不高。电测法是通过电测传感器构成的电测系统对爆炸冲击波进行测试，由于爆炸场的测试环境十分恶劣，会产生强机械振动、冲击、热作用和电磁干扰等效应，这些干扰效应会影响电测传感器输出结果的稳定性和准确性。同时，电测法中电缆线的安装和布置过程较为复杂，容易受到环境因素的影响。在爆炸场冲击波参数的有源测试中，由于爆炸过程中会产生电磁波，电磁干扰会对测试数据的稳定性和准确性产生影响。另外，上述测试方法通常需要将等效靶、电测传感器正对爆心，如果存在偏斜，则很难获得有效结果，甚至无法获得结果。而在实际测试场景中，很多时候无法确切知道爆心的位置，这给爆炸冲击波参数的评测带来很大困难，现有的方法主要是通过加大等效靶或者传感器的数量来解决，但极大增加了布设难度和成本。如何解决这个难题，降低试验实施难度和成本，提高爆炸冲击波能量测量稳定性和准确性，并确定爆心位置是本领域技术人员极为关注的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对目前爆炸空气冲击波能量测量方法稳定性和准确性不高、布设难度大、成本高以及难以确定爆心位置的问题，提供一种全向测量爆炸空气冲击波能量的无源测量装置及测量方法。通过冲击波对物体的冲击作用将冲击波能量转换为材料的塑性变形能，从而实现对冲击波能量的测量及爆心位置的确定。
本发明由上球壳、下球壳、嵌入杆、吸能构件以及基座组成。上球壳和下球壳组成球形壳体，在爆炸冲击波的作用下球形壳体不产生形变。上球壳用于装配嵌入杆和保护吸能材料，由高强度合金制成。上球壳的屈服强度σ1和密度ρ1分别满足σ1>210MPa、ρ1>2.1g/cm3。上球壳的外直径为D1，D1满足0.05m<D1<0.5m，上球壳的内直径为D2，D2满足0.33D1<D2<0.5D1。上球壳的厚度为t1，t1满足t1＝D1-D2。上球壳上挖有呈网格状均匀分布的球壳通孔，球壳通孔用于装配嵌入杆。相邻两个球壳通孔之间的夹角相等，球壳通孔的数目为N。球壳通孔的直径为D3，D3满足0.001mm<D3<0.025mm。
嵌入杆用于将爆炸冲击波能量转换为自身动能做功，并压缩吸能材料进行能量吸收。嵌入杆由高强度合金制成，屈服强度σ2和密度ρ2分别满足σ2>210MPa、ρ2>2.1g/cm3。嵌入杆的直径为d3，d3满足d3＝D3。嵌入杆的长度为L1，且L1满足L1＝D1-D2。嵌入杆的数目与球壳通孔的数目相同，在爆炸冲击作用前将各个相同的嵌入杆分别放置于各个球壳通孔中，并通过与球壳通孔内壁摩擦力的作用使嵌入杆处于静止状态。嵌入杆上标有刻度线，用于读取嵌入杆在爆炸冲击波作用后产生的位移，刻度线的分度值为1mm。爆炸冲击波作用时嵌入杆不产生形变，并且在爆炸冲击波作用时能够克服与球形壳体中球壳通孔内壁的摩擦力而产生位移。
吸能构件用于吸收爆炸冲击波的能量，吸能构件由具有良好的缓冲吸能性能和力学性能优良的吸能材料制成。吸能材料的能量吸收率大于0.8，吸能构件的屈服强度σ3和密度ρ3分别满足σ3<50MPa、ρ3<1g/cm3。屈服强度σ3低于嵌入杆(2)的屈服强度σ2，在嵌入杆作用的压缩载荷下，应变在0.05～0.6范围内有一段平坦的恒应力平台，压缩后不粉碎。吸能构件的几何形状为实心球体，吸能构件的直径为D4，D4满足D4＝D2。吸能构件的半径与球形壳体的内径相同，在冲击波测量过程中将吸能构件放置于球形壳体内。当冲击波作用于嵌入杆时，嵌入杆将冲击波能量转换为自身动能并克服摩擦力做功。由于嵌入杆的屈服强度大于吸能构件的屈服强度，嵌入杆获得动能后压缩吸能构件。根据压溃式吸能的原理，吸能构件被压缩后产生塑性变形，并吸收大量的能量。根据嵌入杆压缩吸能材料的位移以及能量与位移的对应关系式，可计算得到冲击波的能量。
法兰盘用于连接上球壳与下球壳，并确保上球壳与下球壳之间处于密封状态。法兰盘的外径为D5，D5满足1.1D1<D5<1.3D1。法兰盘的内径为d5，且满足d5＝D1。厚度为t2，t2满足14mm<t2<30mm，法兰盘上螺栓孔的个数为M，其中M可取4或8或16。
下球壳用于支撑上球壳与吸能材料，下球壳的外直径和内直径均与上球壳相同。下球壳采用与上球壳(1)相同的高强度合金制成。下球壳底部有用于连接基座的内螺纹，内螺纹的直径为D6，D6满足0.05D1<D6<0.1D1。下球壳的内螺纹深度为t3，t3满足0.3t1<t3<0.7t1。
基座用于支撑球形壳体与吸能构件，并与地面上的支撑架相连接，从而将全向冲击波能量无源测量装置固定放置于爆炸场中。基座由高强度合金制成，屈服强度σ4和密度ρ4分别满足σ4>210MPa、ρ4>2.1g/cm3。基座为圆柱体，基座的直径为D7，D7满足1.2D1<D7<2D1，基座的厚度为t4，t4满足0.035mm<t4<0.35mm。基座上有用于与球形壳体底部内螺纹相匹配的基座螺柱，用于连接下球壳与基座。基座螺柱的长度为t5，t5满足t5＝t3。
在爆炸冲击波能量测量试验中，炸药爆炸时产生向不同方向高速飞散的破片，同时冲击波也向各个方向传播。当冲击波作用于全向冲击波能量无源测量装置时，球形壳体不受冲击波的影响而不产生形变和位移。当冲击波作用于球形壳体中球壳通孔内的嵌入杆时，嵌入杆受到强烈的冲击后将冲击波能量转换为自身的动能。嵌入杆将克服与球壳通孔内壁的摩擦而做功，并嵌入到吸能构件中。爆炸试验结束后对嵌入杆上的刻度线进行读数，可得到嵌入杆嵌入到吸能构件中的位移为Δl(单位为m)。根据位移能量转换公式E＝k·Δl可得到冲击波能量，其中k为能量转换系数。k的值与嵌入杆压缩吸能构件做功时的能量损耗有关，受通孔内壁的摩擦以及嵌入杆与吸能构件之间的摩擦的影响，k的值可通过标定试验确定。在球形壳体中嵌入杆从不同方向上嵌入到吸能构件中，从而得到全向的冲击波能量。改变全向冲击波能量无源测量装置的几何尺寸大小，可改变嵌入杆压缩吸能构件的位移变化区间，可以得到不同量程的全向冲击波能量无源测量装置，从而对不同大小的爆炸冲击波能量进行测量。通过改变各个通孔与垂直方向上的夹角而改变嵌入杆的数量，可以改变在空间上测量冲击波的范围，可得到不同规格的全向冲击波能量无源测量装置。当嵌入杆在球形壳体中的分布较为密集时，更能较为准确地反映冲击波能量的空间分布。在不同方向上，将嵌入杆压缩吸能构件的位移Δli(i＝1,2,3…N)进行对比，可预估爆心的方向。
采用全向冲击波能量无源测量装置对冲击波能量进行测量的方法是：
第一步，通过气体驱动撞击技术(参阅:王金贵.气体炮原理及技术[M].国防工业出版社,2001:40-54.)标定出全向爆炸冲击波能量无源测量装置的能量转换系数k(单位为kg·m/s2)。轻气炮系统依靠压缩气体膨胀做功发射弹丸，弹丸获得初速度后垂直撞击球壳通孔中的嵌入杆，嵌入杆压缩吸能构件。弹丸的质量为m0，嵌入杆的质量为m1，利用激光测速仪测量得到弹丸的初速度v0。在标定实验中弹丸与嵌入杆之间的碰撞为弹性碰撞，并忽略弹丸与嵌入杆的变形能。根据弹性碰撞公式计算出碰撞后嵌入杆的速度v1＝2m0v0/(m0+m1)，嵌入杆获得的动能为E1＝m1v1 2/2，读取嵌入杆上的刻度线得到嵌入杆嵌入到吸能构件中的位移Δl。根据能量E1与位移Δl之间的对应关系式E1＝k·Δl，从而得到能量转换系数k的值。
第二步，将全向爆炸冲击波能量无源测量装置通过基座及支架的固定放置于爆炸场中。
第三步，炸药爆炸，产生向不同方向高速飞散的破片，同时冲击波也向各个方向传播。冲击波作用于全向爆炸冲击波能量无源测量装置，球形壳体不受冲击波的影响而不产生形变和位移。当冲击波作用于球形壳体中球壳通孔内的嵌入杆时，嵌入杆受到强烈的冲击后将冲击波能量转换为自身的动能。嵌入杆克服与球壳通孔内壁的摩擦而做功，并嵌入到吸能构件中。
第四步，爆炸试验结束后，对N根嵌入杆上的刻度线进行读数，分别得到N根嵌入杆嵌入到吸能构件中的位移Δl1，…，Δln，…，ΔlN，Δln为第n根嵌入杆嵌入到吸能构件中的位移，1≤n≤N。
第五步，根据位移能量转换公式得到N根嵌入杆分别嵌入到吸能构件中时产生的冲击波能量E1，…，En，…，EN，其中第n根嵌入杆嵌入到吸能构件中时产生的冲击波能量En根据位移能量转换公式En＝k·Δln得到。
因此在球形壳体中嵌入杆从不同方向嵌入到吸能构件中，从而得到全向的冲击波能量。
第六步，在不同方向上，将N根嵌入杆压缩吸能构件得到的位移Δl1，…，Δln，…，ΔlN进行对比，若某一方向上嵌入杆的嵌入位移最大，令Δln为Δl1，…，Δln，…，ΔlN中最大值，则预估爆心位于产生Δln的嵌入杆所在方向上。
采用本发明可以达到以下技术效果：
1.在爆炸冲击波的作用下，嵌入杆获得动能并压缩吸能构件做功。通过读取嵌入杆上的刻度线，得到嵌入杆嵌入到吸能构件中的位移。再根据标定实验中得到的能量与位移的关系式，从而得到爆炸冲击波的能量。
2.本发明测量装置的嵌入杆分布在上球壳中的不同方向上，能够响应从不同方向上入射的冲击波。根据不同方向上嵌入杆嵌入到吸能材料中的位移，可测量得到全向的冲击波能量。由此可分析冲击波能量在空间中的分布规律，通过将不同方向上所测的冲击波能量大小进行分析对比，由冲击波能量最大值所处的方向可判定出爆心位于该方向上。
3.通过改变全向冲击波能量无源测量装置的几何尺寸大小，可改变嵌入杆压缩吸能构件的位移变化区间，从而对不同大小的爆炸冲击波进行测量。
4.嵌入杆的数量N越大，对于冲击波爆心方位测量的精度越高。通过改变球形壳体中各个通孔之间的夹角可调整嵌入杆的数量N，得到不同规格的全向冲击波能量无源测量装置，从而满足对爆心方位测量精度的不同需求。
5.本发明结构简单、布局方便，易于操作。本发明为无源测量装置，完全通过吸收被测对象的能量来输出信号，不需要外部提供电源。不受爆炸场中的电磁干扰，测量结果具有稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明总体结构示意图。
图2是本发明受爆炸冲击前的沿基座中心轴剖面的几何尺寸图。(加t1)
图3是本发明的俯视图。
图4是本发明受爆炸冲击前球形壳体中嵌入杆的受力分析图。
图5是本发明在一个方向上受爆炸冲击后沿基座中心轴的剖面图。
图6是本发明在多个方向上受爆炸冲击后沿基座中心轴的剖面图。附图标记说明：
1.上球壳，11.球壳通孔，2.嵌入杆，21.刻度线，3.吸能构件，4.法兰盘，5.活动螺栓，6.下球壳，61.连接孔，7.螺母，8.基座，81.基座螺柱，9.爆炸点。
具体实施方式
本发明根据嵌入杆压缩吸能构件吸收冲击波能量的基本设计原理，考虑了各个部件的几何尺寸及各个部件之间的配合关系，设计了全向冲击波能量无源测量装置及方法。为了便于理解，通过附图对具体实施方式进行介绍。
图1为本发明总体结构示意图。如图1所示，本发明由上球壳1、N根嵌入杆2、吸能构件3、法兰盘4、M个活动螺栓5、下球壳6、M个螺母7和基座8组成。如图1所示，在上球壳1上钻有N个均匀分布的球壳通孔11，下球壳6中无球壳通孔，上球壳1的N个球壳通孔11中均分别插入有1根嵌入杆2。上球壳1与下球壳6组成球形壳体，上球壳1与下球壳6通过法兰盘4及螺栓5、螺母7进行连接和密封，吸能构件3放置于球形壳体内部。下球壳6的中心挖有连接孔61，连接孔61加工有内螺纹，基座8上表面中心有一根基座螺柱81，基座螺柱81加工有外螺纹，基座螺柱81插到连接孔61中通过螺纹实现下球壳6与基座8的连接。
图2是本发明受爆炸冲击前沿基座中心轴(与基座螺柱81同轴)的剖视图。在图2中，上球壳1与下球壳6共同组成球形壳体。上球壳1用于支撑嵌入杆2，当受到爆炸冲击作用时嵌入杆2对吸能构件3产生压缩作用，而上球壳1不产生形变和位移，从而能根据嵌入杆2的压缩长度计算能量。上球壳1由高强度合金制成，在爆炸冲击作用时不产生形变，其屈服强度σ1和密度ρ1分别满足σ1>210MPa、ρ1>2.1g/cm3。上球壳1的外直径D1满足0.05m<D1<0.5m，上球壳1的内直径D2满足0.33D1<D2<0.5D1，上球壳1的厚度t1满足t1＝(D1-D2)/2。上球壳1中钻有N个球壳通孔11，球壳通孔11在上球壳1中的位置呈网格状分布，球壳通孔11的直径为D3，满足0.001mm<D3<0.025mm。球壳通孔11内壁的粗糙程度满足嵌入杆2与球壳通孔之间的摩擦系数μ的范围为0.65<μ<0.85。嵌入杆2插入球壳通孔11中，用于转换冲击波能量做功。嵌入杆2是由高强度合金制成圆柱，屈服强度σ2和密度ρ2分别满足σ2>210MPa、ρ2>2.1g/cm3。嵌入杆2的直径d3满足d3＝D3，嵌入杆2的长度L1满足L1＝D1-D2＝t1。N根嵌入杆2分别插在N个球壳通孔11中，用于转换冲击波能量做功。嵌入杆2上标有刻度线21，刻度线的分度值为1mm。
如图2所示，吸能构件3的几何形状为实心球体，吸能构件3的直径D4满足D4＝D2。吸能构件3由吸能材料制成，用于吸能冲击波能量。吸能构件3的屈服强度σ3低于嵌入杆2的屈服强度σ2，在爆炸冲击时吸能构件3能够在嵌入杆2的压力下产生塑性变形并吸收能量。
如图1所示，结合图2，法兰盘4为环形盘，外直径D5满足1.1D1<D5<1.3D1，内直径d5满足d5＝D1，厚度t2满足14mm<t2<30mm。法兰盘4上有M个螺栓孔，螺栓孔中插有活动螺栓5和螺母7，M可取4或8或16。法兰盘4位于上球壳1和上球壳6之间，通过活动螺栓5和螺母7将上球壳1和上球壳6密封成球形壳体。下球壳6用于保护吸能构件3，支撑上球壳1并连接基座8。下球壳6采用与上球壳(1)相同的高强度合金制成。下球壳6的外直径等于D1，内直径等于D2，下球壳6底部的连接孔61的直径D6满足0.05D1<D6<0.1D1，连接孔61的深度t3满足0.3t1<t3<0.7t1。
如图1所示，结合图2，基座8的几何形状为圆柱体，基座8的直径D7满足1.2D1<D7<2D1，基座8的厚度t4满足0.035mm<t4<0.35mm。基座8由高强度合金制成，屈服强度σ4和密度ρ4分别满足σ4>210MPa、ρ4>2.1g/cm3。基座8的上表面中心有基座螺柱81，基座螺柱81的直径与下球壳6的连接孔61直径匹配，基座螺柱81长度t5满足t5＝t3。基座8通过基座螺柱81与下球壳6底部的连接孔61相连。
图3为本发明测量装置的俯视图。如图3所示，上球壳1的N个球壳通孔11分布均匀，相邻两个球壳通孔11之间的夹角相等，均为α，在上球壳1表面的环向方向上，若圆心在同一平面上的球壳通孔11的个数为N1，则相邻两个球壳通孔11之间的夹角α＝360°/N1。球壳通孔11的均匀分布有利于实现将爆炸场中不同方向上任意区域内的冲击波能量分布进行分析对比。
图4为本发明中受爆炸冲击前剖面上嵌入杆2的受力分析，上球壳1的中心轴线OO′上左右两侧嵌入杆2的受力形式相同。如图4所示，嵌入杆2在球壳通孔11中处于静止状态，上球壳1的中心轴线OO′右侧的嵌入杆2在受爆炸冲击前的受力情况是：球形壳体顶部垂直于基座8上表面的嵌入杆2受垂直向下的重力和向上的摩擦力的作用，摩擦力f与重力mg大小相等方向相反，所受合力为零。当嵌入杆2与垂直方向上的夹角为α或2α时，嵌入杆2受球壳通孔11内壁的支撑力FN、重力mg以及摩擦力f的作用，嵌入杆2处于静止状态时所受合力为零。本发明通过改变球壳通孔11内壁的粗糙程度使得嵌入杆2与球壳通孔之间的摩擦系数μ的范围为0.65<μ<0.85，从而改变嵌入杆2所受的摩擦力，从而实现嵌入杆2在爆炸冲击前处于静止状态。
图5为本发明在一个方向上受爆炸冲击后沿基座中心轴剖面图。图5中全向冲击波能量无源测量装置只受到了OO′一个方向爆炸冲击波的作用。爆炸冲击波的动能转化为嵌入杆2的动能，嵌入杆2获得动能后做功对吸能构件3的局部施加压力。由于嵌入杆2的强度大于吸能构件3的强度，嵌入杆2嵌入到吸能构件3中，嵌入杆2的在垂直方向上的位移为Δl。根据位移与能量的对应关系式可计算出冲击波的能量E＝k·Δl。
图6为本发明在多个方向上受爆炸冲击后沿基座中心轴剖面图。图6中全向冲击波能量无源测量装置在OO′、OP1、OP2、OP3多个方向上的受到了爆炸冲击波的作用，当嵌入杆2与垂直方向OO′的夹角为θ时，嵌入杆2受到冲击波作用后在水平方向和垂直方向上均存在位移，合位移为Δl2。在本发明中，通过读取嵌入杆2上的刻度线21得到嵌入杆2嵌入吸能构件3中的位移，根据嵌入杆2与垂直方向OO′的夹角θ可判定冲击波作用的方向，可预估爆心的方向。
采用全向冲击波能量无源测量装置对冲击波能量进行测量的方法是：
第一步，通过气体驱动撞击技术(参阅:王金贵.气体炮原理及技术[M].国防工业出版社,2001:40-54.)标定出全向爆炸冲击波能量无源测量装置的能量转换系数k(单位为kg·m/s2)。轻气炮系统依靠压缩气体膨胀做功发射弹丸，弹丸获得初速度后垂直撞击球壳通孔中的嵌入杆，嵌入杆压缩吸能构件。弹丸的质量为m0，嵌入杆的质量为m1，利用激光测速仪测量得到弹丸的初速度v0。在标定实验中弹丸与嵌入杆之间的碰撞为弹性碰撞，并忽略弹丸与嵌入杆的变形能。根据弹性碰撞公式计算出碰撞后嵌入杆的速度v1＝2m0v0/(m0+m1)，嵌入杆获得的动能为E1＝m1v1 2/2，读取嵌入杆上的刻度线得到嵌入杆嵌入到吸能构件中的位移Δl。根据能量E1与位移Δl之间的对应关系式E1＝k·Δl，从而得到能量转换系数k的值。
第二步，将全向爆炸冲击波能量无源测量装置通过基座及支架的固定放置于爆炸场中。
第三步，炸药爆炸，产生向不同方向高速飞散的破片，同时冲击波也向各个方向传播。冲击波作用于全向爆炸冲击波能量无源测量装置，球形壳体不受冲击波的影响而不产生形变和位移。当冲击波作用于球形壳体中球壳通孔11内的嵌入杆2时，嵌入杆2受到强烈的冲击后将冲击波能量转换为自身的动能。嵌入杆2克服与球壳通孔11内壁的摩擦而做功，并嵌入到吸能构件3中。
第四步，爆炸试验结束后，对N根嵌入杆2上的刻度线进行读数，分别得到N根嵌入杆2嵌入到吸能构件3中的位移Δl1，…，Δln，…，ΔlN，Δln为第n根嵌入杆2嵌入到吸能构件3中的位移，1≤n≤N。
第五步，根据位移能量转换公式得到N根嵌入杆2分别嵌入到吸能构件3中时产生的冲击波能量E1，…，En，…，EN，其中第n根嵌入杆2嵌入到吸能构件3中时产生的冲击波能量En根据位移能量转换公式En＝k·Δln得到。
第六步，在不同方向上，将N根嵌入杆2压缩吸能构件3得到的位移Δl1，…，Δln，…，ΔlN进行对比，若某一方向上嵌入杆的嵌入位移最大，令Δln为Δl1，…，Δln，…，ΔlN中最大值，则预估爆心位于产生Δln的嵌入杆2所在方向上。
以上实施范例仅为本发明的一种实施方式。其具体结构和尺寸可根据实际需要进行相应的调整。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明专利的保护范围。
Claims (11)
1.一种全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置，其特征在于全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置由上球壳(1)、N根嵌入杆(2)、吸能构件(3)、法兰盘(4)、M个活动螺栓(5)、下球壳(6)、M个螺母(7)和基座(8)组成；上球壳(1)上钻有N个均匀分布的球壳通孔(11)，每个球壳通孔(11)中插有1根嵌入杆(2)；上球壳(1)与下球壳(6)组成球形壳体，上球壳(1)与下球壳(6)通过法兰盘(4)及螺栓5、螺母(7)进行连接和密封，吸能构件(3)放置于球形壳体内部；下球壳(6)的中心与基座(8)上表面中心通过螺纹连接；
上球壳(1)用于支撑嵌入杆(2)，由高强度合金制成，当受到爆炸冲击作用时嵌入杆(2)对吸能构件(3)产生压缩作用，而上球壳(1)不产生形变和位移；上球壳(1)的外直径为D1，上球壳(1)的内直径为D2，上球壳(1)的厚度t1＝(D1-D2)/2；球壳通孔(11)在上球壳(1)中的位置呈网格状均匀分布，相邻两个球壳通孔(11)之间的夹角相等，球壳通孔(11)的直径为D3；
嵌入杆(2)是由高强度合金制成圆柱；嵌入杆(2)的直径d3＝D3，嵌入杆(2)的长度L1＝t1；N根嵌入杆(2)分别插在N个球壳通孔(11)中，爆炸冲击作用前通过与球壳通孔(11)内壁摩擦力的作用使嵌入杆(2)处于静止状态，爆炸冲击波作用时嵌入杆(2)不产生形变，且克服与球壳通孔(11)内壁的摩擦力而产生位移，将爆炸冲击波能量转换为自身动能做功；嵌入杆(2)上标有刻度线(21)；
吸能构件(3)的几何形状为实心球体，吸能构件(3)的直径D4＝D2；吸能构件(3)由吸能材料制成，用于吸能冲击波能量；吸能构件(3)的屈服强度σ3低于嵌入杆(2)的屈服强度σ2，在爆炸冲击时吸能构件(3)在嵌入杆(2)的压力下产生塑性变形并吸收能量；
法兰盘(4)为环形盘，外直径为D5大于D1，内直径d5＝D1，厚度为t2；法兰盘(4)上有M个螺栓孔，螺栓孔中插有活动螺栓(5)和螺母(7)，M为偶数；法兰盘(4)位于上球壳(1)和下球壳(6)之间，通过活动螺栓(5)和螺母(7)将上球壳(1)和下球壳(6)密封成球形壳体；
下球壳(6)用于保护吸能构件(3)，支撑上球壳(1)并连接基座(8)；下球壳(6)采用与上球壳(1)相同的高强度合金制成；下球壳(6)的外直径等于D1，内直径等于D2；
基座(8)的几何形状为圆柱体，基座(8)的直径D7大于D1，基座(8)的厚度为t4；基座(8)由高强度合金制成。
2.如权利要求1所述的一种全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述下球壳(6)的中心挖有连接孔(61)，连接孔(61)加工有内螺纹，基座(8)上表面中心有一根基座螺柱(81)，基座螺柱(81)加工有外螺纹，基座螺柱(81)插到连接孔(61)中通过螺纹实现下球壳(6)与基座(8)的连接。
3.如权利要求1所述的一种全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述上球壳(1)采用的高强度合金屈服强度σ1和密度ρ1分别满足σ1>210MPa、ρ1>2.1g/cm3；上球壳(1)的外直径D1满足0.05m<D1<0.5m，上球壳(1)的内直径D2满足0.33D1<D2<0.5D1，上球壳(1)的厚度t1满足t1＝(D1-D2)/2。
4.如权利要求1所述的一种全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述球壳通孔(11)的直径D3满足0.001mm<D3<0.025mm；球壳通孔(11)内壁的粗糙程度满足嵌入杆(2)与球壳通孔(11)之间的摩擦系数μ的范围为0.65<μ<0.85；相邻两个球壳通孔(11)之间的夹角a＝360°/N1，N1为在上球壳(1)表面的环向方向上，圆心在同一平面上的球壳通孔(11)的个数。
5.如权利要求1所述的一种全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述嵌入杆(2)采用的高强度合金的屈服强度σ2和密度ρ2分别满足σ2>210MPa、ρ2>2.1g/cm3；嵌入杆(2)上标的刻度线(21)的分度值为1mm。
6.如权利要求1所述的一种全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置，其特征在于制备吸能构件(3)的吸能材料的能量吸收率大于0.8，且在嵌入杆作用的压缩载荷下，应变在0.05～0.6范围内有一段平坦的恒应力平台，保证压缩后不粉碎。
7.如权利要求1所述的一种全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述法兰盘(4)的外直径D5满足1.1D1<D5<1.3D1，厚度t2满足14mm<t2<30mm；法兰盘(4)上的螺栓孔数M取4或8或16。
8.如权利要求1所述的一种全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述基座(8)的直径D7满足1.2D1<D7<2D1，基座(8)的厚度t4满足0.035mm<t4<0.35mm；基座(8)采用的高强度合金的屈服强度σ4和密度ρ4分别满足σ4>210MPa、ρ4>2.1g/cm3。
9.如权利要求2所述的一种全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述连接孔(61)的直径D6满足0.05D1<D6<0.1D1，连接孔(61)的深度t3满足0.3t1<t3<0.7t1；所述基座螺柱(81)的直径与连接孔(61)直径匹配，基座螺柱(81)长度t5＝t3。
10.一种采用如权利要求1所述的全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置对冲击波能量进行测量的方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，通过气体驱动撞击技术标定出全向爆炸冲击波能量无源测量装置的能量转换系数k，单位为kg·m/s2；
第二步，将全向爆炸冲击波能量无源测量装置通过基座及支架的固定放置于爆炸场中；
第三步，炸药爆炸，产生向不同方向高速飞散的破片，同时冲击波也向各个方向传播；冲击波作用于全向爆炸冲击波能量无源测量装置，球形壳体不受冲击波的影响而不产生形变和位移；当冲击波作用于球形壳体中球壳通孔(11)内的嵌入杆(2)时，嵌入杆(2)受到强烈的冲击后将冲击波能量转换为自身的动能；嵌入杆(2)克服与球壳通孔(11)内壁的摩擦而做功，并嵌入到吸能构件(3)中；
第四步，爆炸试验结束后，对N根嵌入杆(2)上的刻度线进行读数，分别得到N根嵌入杆(2)嵌入到吸能构件(3)中的位移Δl1，…，Δln，…，ΔlN，Δln为第n根嵌入杆(2)嵌入到吸能构件(3)中的位移，1≤n≤N；
第五步，根据位移能量转换公式得到N根嵌入杆(2)分别嵌入到吸能构件(3)中时产生的冲击波能量E1，…，En，…，EN，其中第n根嵌入杆(2)嵌入到吸能构件(3)中时产生的冲击波能量En根据位移能量转换公式En＝k·Δln得到；从而得到全向的冲击波能量；
第六步，在不同方向上，将N根嵌入杆(2)压缩吸能构件(3)得到的位移Δl1，…，Δln，…，ΔlN进行对比，若某一方向上嵌入杆(2)的嵌入位移最大，令Δln为Δl1，…，Δln，…，ΔlN中最大值，则预估爆心位于产生Δln的嵌入杆(2)所在方向上。
11.如权利要求10所述的采用全向爆炸空气冲击波能量无源测量装置对冲击波能量进行测量的方法，其特征在于第一步标定能量转换系数k的具体方法是：轻气炮中气体驱动加载弹丸，弹丸获得动能后垂直撞击球壳通孔(11)中的嵌入杆(2)，嵌入杆(2)压缩吸能构件(3)；弹丸的质量为m0，嵌入杆的质量为m1，利用激光测速仪测量得到弹丸的初速度v0；根据弹性碰撞公式计算出碰撞后嵌入杆(2)的速度v1＝2m0v0/(m0+m1)，嵌入杆(2)获得的动能为E1＝m1v1 2/2，读取嵌入杆(2)上的刻度线得到位移Δl；根据E1与Δl之间的对应关系式E1＝k·Δl，得到能量转换系数k的值。
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