CN114838618A - 一种用于模拟高速冲击的实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于模拟高速冲击的实验装置。其包括平台支架、靶舱、炮管、炮管固定调节装置、发射装置、气源和导轨；导轨设置在平台支架顶面中部；炮管利用多个间隔设置的炮管固定调节装置安装在导轨的中部；发射装置安装在平台支架的顶面前端，且发射装置的前端与炮管的后端相连接，同时与气源相连通；靶舱设置在炮管的前侧。本发明可实现气室压力的准确调节，并进行远程操控，提高了实验的可靠性和安全性。同时，通过移动炮管固定调节装置可以实现炮管纵向、横向位置改变，使炮管与发射装置、支架板具有良好的同心度，并且调节自如。更换不同的衬套、轴套，可以适用于不同规格的炮管，从而发射不同规格尺寸的子弹，由此提高了实验装置的适用范围。
Description
技术领域
本发明属于冲击动力学技术领域，特别是涉及一种用于模拟高速冲击的实验装置。
背景技术
冲击是国防军事、航空航天、交通运输等领域常见的载荷作用形式，冲击载荷的特点是作用时间短、瞬间幅值高，因此会对材料和结构产生很强的破坏作用。为满足新型材料和结构应用的迫切需求，目前亟需开展对应变率效应和抗冲击机理等方面深层物理机制的试验研究。
目前，高速冲击试验一般利用非反应轻质气体(如被压缩的氮气和氦气)作为工作气体，当气室达到预定气压时，副气室气体瞬间释放，主气室气体向炮管内膨胀，气体压力作用到子弹底部，子弹被加速直到飞出炮口，最终撞击靶板。
但现有的冲击实验装置在实际使用过程中存在许多问题：
平台支架的设计是实现理想弹道轨迹和预设撞击位置的关键，但现有的平台支架多为固定式，因此对零部件加工精度及安装准确度要求较高，且后期无法调整。同时，一种规格的炮管只能适用于一种发射装置，因此具有局限性。另外，无法进行斜冲击实验。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于模拟高速冲击的实验装置。
为了达到上述目的，本发明提供的用于模拟高速冲击的实验装置包括平台支架、靶舱、炮管、炮管固定调节装置、发射装置、气源和导轨；其中，平台支架的下端设置在地面或操作台上；导轨设置在平台支架的顶面中部；炮管利用多个间隔设置的炮管固定调节装置安装在导轨的中部,内部用于放置子弹；发射装置安装在平台支架的顶面前端，并且发射装置的前端与炮管的后端相连接，同时与气源相连通；靶舱设置在炮管的前侧，并且发射装置、炮管和靶舱具有良好的同心度。
所述用于模拟高速冲击的实验装置还包括安装在位于炮管出口与靶舱之间导轨上的激光测速仪，用于无接触测量子弹5的速度。
所述平台支架包括支撑脚和基座，基座为铝合金框架，多个支撑脚安装在基座的边缘部位。
所述靶舱包括缓冲板、支架板和箱体；箱体的前端面设有与炮管相对应的入射口，侧面设有舵门，顶面和底面上沿横向间隔设有若干对相对应的卡槽；支架板的上下端分别卡在箱体顶面和底面上的任一个卡槽内且利用螺栓固定；缓冲板设置在箱体的后端面内侧。
所述炮管固定调节装置包括轴套、竖直定位螺栓、竖直紧固螺栓、固定夹具、聚瓷浮封环、水平定位螺栓、水平紧固螺栓、上垫板、下垫板和挡块；其中下垫板设置在导轨上；上垫板以平行方式设置在下垫板的上方；两个竖直定位螺栓分别贯穿上垫板和下垫板的两端中部而将上垫板和下垫板固定在导轨上；每个竖直紧固螺栓的下端贯穿上垫板的一个角后螺纹连接在下垫板的相应角部，用于调整上垫板和下垫板之间的竖直距离，从而实现炮管竖直位置的调节；固定夹具由上部夹具和下部夹具构成，下部夹具放置在上垫板的顶面中部；两块挡块以平行的方式设置在位于下部夹具两侧的上垫板顶面上，并且每块挡块的两端分别利用水平定位螺栓固定在上垫板上；每个水平紧固螺栓从外向内贯穿一块挡块的侧面中部后螺纹连接在下部夹具的外侧部位，由此来调节固定夹具的横向位置，从而实现炮管水平位置的调节；上部夹具和下部夹具的内侧设有轴套，轴套的内侧设有用于夹持炮管的聚瓷浮封环，上部夹具和下部夹具间利用螺栓夹紧。
所述轴套具有多种不同的规格，以适用于不同直径的炮管7。
所述发射装置包括前端盖、进气电磁阀、出气电磁阀、后端盖、壳体、传感器和远程控制器；壳体的内部设有主气室和副气室；前端盖和后端盖分别安装在壳体的前后端，并且前端盖上设有法兰，法兰通过衬套与炮管的后端相连接；进气电磁阀安装在壳体上，并且同时与气源、主气室和副气室相连接；出气电磁阀安装在壳体上，并且与副气室相连接；传感器安装在主气室内；远程控制器分别与进气电磁阀、出气电磁阀和传感器无线连接。
所述进气电磁阀采用三位三通式电磁阀，一端通孔与气源相连，另一端两个通孔分别连接主气室和副气室，不通电时副气室和气源相通，接通电源时主气室和气源相通；出气电磁阀处于常闭状态，接通电源时出口与副气室相通。
所述衬套具有多种不同的规格，以适用于不同直径的炮管。
本发明提供的用于模拟高速冲击的实验装置具有如下有益效果：
可实现气室压力的准确调节，并进行远程操控，提高了实验的可靠性和安全性。同时，通过移动炮管固定调节装置可以实现炮管纵向、横向位置改变，使炮管与发射装置、支架板具有良好的同心度，并且调节自如。更换不同的衬套、轴套，可以适用于不同规格的炮管，从而发射不同规格尺寸的子弹，由此提高了实验装置的适用范围。此外，设有非接触式激光测速仪，与接触式测量方法相比，可以测得完整信号，且时间分辨率更高，可以捕捉到瞬间变化的动态过程。与其他实验装置相比，可以进行斜冲击实验。布局合理，结构紧凑，具有可靠性好，安全性高等优点。此外，该实验装置可以应用于材料层裂实验、材料中应力波传播规律研究、验证材料的高压状态方程、应力传感器标定等其他实验。
附图说明
图1为本发明提供的用于模拟高速冲击的实验装置立体图。
图2为本发明提供的用于模拟高速冲击的实验装置中炮管连接处结构放大图。
图3为本发明提供的用于模拟高速冲击的实验装置中炮管固定调节装置结构立体图。
图4为本发明提供的用于模拟高速冲击的实验装置中炮管固定调节装置俯视立体图。
图5为本发明提供的用于模拟高速冲击的实验装置进行斜冲击实验时支架板固定位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1-图5所示，本发明提供的用于模拟高速冲击的实验装置包括平台支架1、靶舱2、炮管7、炮管固定调节装置8、发射装置9、气源10和导轨11；其中，平台支架1的下端设置在地面或操作台上；导轨11设置在平台支架1的顶面中部；炮管7利用多个间隔设置的炮管固定调节装置8安装在导轨11的中部,内部用于放置子弹5；发射装置9安装在平台支架1的顶面前端，并且发射装置9的前端与炮管7的后端相连接，同时与气源10相连通；靶舱2设置在炮管7的前侧，并且发射装置9、炮管7和靶舱2具有良好的同心度。
所述用于模拟高速冲击的实验装置还包括安装在位于炮管7出口与靶舱2之间导轨11上的激光测速仪6，用于无接触测量子弹5的速度。
所述平台支架1包括支撑脚12和基座13，基座13为铝合金框架，多个支撑脚12安装在基座13的边缘部位。
所述靶舱2包括缓冲板3、支架板4和箱体22；箱体22的前端面设有与炮管7相对应的入射口，侧面设有舵门，顶面和底面上沿横向间隔设有若干对相对应的卡槽15；支架板4的上下端分别卡在箱体22顶面和底面上的任一个卡槽15内且利用螺栓固定；缓冲板3设置在箱体22的后端面内侧。
所述炮管固定调节装置8包括轴套19、竖直定位螺栓23、竖直紧固螺栓24、固定夹具25、聚瓷浮封环26、水平定位螺栓27、水平紧固螺栓28、上垫板29、下垫板30和挡块31；其中下垫板30设置在导轨11上；上垫板29以平行方式设置在下垫板30的上方；两个竖直定位螺栓23分别贯穿上垫板29和下垫板30的两端中部而将上垫板29和下垫板30固定在导轨11上；每个竖直紧固螺栓24的下端贯穿上垫板29的一个角后螺纹连接在下垫板30的相应角部，用于调整上垫板29和下垫板30之间的竖直距离，从而实现炮管7竖直位置的调节；固定夹具25由上部夹具和下部夹具构成，下部夹具放置在上垫板29的顶面中部；两块挡块31以平行的方式设置在位于下部夹具两侧的上垫板29顶面上，并且每块挡块31的两端分别利用水平定位螺栓27固定在上垫板29上；每个水平紧固螺栓28从外向内贯穿一块挡块31的侧面中部后螺纹连接在下部夹具的外侧部位，由此来调节固定夹具25的横向位置，从而实现炮管7水平位置的调节；上部夹具和下部夹具的内侧设有轴套19，轴套19的内侧设有用于夹持炮管7的聚瓷浮封环26，上部夹具和下部夹具间利用螺栓夹紧。
所述轴套19具有多种不同的规格，以适用于不同直径的炮管7。
所述发射装置9包括前端盖14、进气电磁阀16、出气电磁阀17、后端盖18、壳体20、传感器和远程控制器；壳体20的内部设有主气室和副气室；前端盖14和后端盖18分别安装在壳体20的前后端，并且前端盖14上设有法兰，法兰通过衬套21与炮管7的后端相连接；进气电磁阀16安装在壳体20上，并且同时与气源10、主气室和副气室相连接；出气电磁阀17安装在壳体20上，并且与副气室相连接；传感器安装在主气室内；远程控制器分别与进气电磁阀16、出气电磁阀17和传感器无线连接。
所述进气电磁阀16采用三位三通式电磁阀，一端通孔与气源10相连，另一端两个通孔分别连接主气室和副气室，不通电时副气室和气源10相通，接通电源时主气室和气源10相通；出气电磁阀17处于常闭状态，接通电源时出口与副气室相通。
所述衬套21具有多种不同的规格，以适用于不同直径的炮管7。
现将本发明提供的用于模拟高速冲击的实验装置的工作原理阐述如下：
首先由实验人员将支架板4从箱体22上的舵门放入箱体22的内部，并根据实验目的将支架板4的上下端分别卡在箱体22顶面和底面上的一个卡槽15内，此时支架板4呈垂直或倾斜状，后者用于进行不同角度的斜撞击实验；然后利用炮管固定调节装置8调整炮管7以及人工调整支架板4的竖立、水平位置，确保支架板4、炮管7和发射装置9具有良好的同心度；利用炮管固定调节装置8调整炮管7的具体方法如下：首先将炮管固定调节装置8沿导轨11移动，通过竖直定位螺栓23确定其在导轨11上的整体安装位置，然后通过改变竖直紧固螺栓24的紧固圈数调整上垫板29和下垫板30之间的竖直距离，从而实现炮管7竖立位置的调节；水平位置通过水平定位螺栓27和水平紧固螺栓28调节，首先利用水平定位螺栓27固定住挡块31，从而在水平方向对炮管固定调节装置8进行初步定位，然后通过旋转左右两端的水平固定螺栓28改变螺栓伸入长度而动态调整固定夹具25的水平位置，并且同时起到加紧的作用。之后将支架板4的上下端利用螺栓固定在箱体22上，然后将靶板固定在支架板4的前端面上，关好舱门；接着将子弹5装入炮管7的后端，打开气源10和远程控制器，输入气压值，接通进气电磁阀16的电源，这时来自气源10的诸如高压氮气等工作气体将经进气电磁阀16进入主气室内部而进行充气；在充气过程中传感器将实时检测主气室内的气压值并传送给远程控制器，远程控制器再根据上述气压值通过控制进气电磁阀16的开关来调节到理想气压，然后接通出气电磁阀17的电源而释放副气室内的工作气体，这时子弹5将从炮管7内向外射出，并经箱体22上的入射口进入箱体22的内部，最后高速撞击在靶板上；最后打开舱门，取下靶板，回收子弹5和碎片，实验结束。在实验中，可利用激光测速仪6检测子弹5的速度，以实现靶板自由表面速度的非接触式测量。此外，可通过选用不同规格的衬套21和轴套19来适用于不同直径的炮管7，从而能够发射不同尺寸的子弹5。
Claims (9)
1.一种用于模拟高速冲击的实验装置，其特征在于：所述用于模拟高速冲击的实验装置包括平台支架(1)、靶舱(2)、炮管(7)、炮管固定调节装置(8)、发射装置(9)、气源(10)和导轨(11)；其中，平台支架(1)的下端设置在地面或操作台上；导轨(11)设置在平台支架(1)的顶面中部；炮管(7)利用多个间隔设置的炮管固定调节装置(8)安装在导轨(11)的中部,内部用于放置子弹(5)；发射装置(9)安装在平台支架(1)的顶面前端，并且发射装置(9)的前端与炮管(7)的后端相连接，同时与气源(10)相连通；靶舱(2)设置在炮管(7)的前侧，并且发射装置(9)、炮管(7)和靶舱(2)具有良好的同心度。
2.根据权利要求1所述的用于模拟高速冲击的实验装置，其特征在于：所述用于模拟高速冲击的实验装置还包括安装在位于炮管(7)出口与靶舱(2)之间导轨(11)上的激光测速仪(6)，用于无接触测量子弹(5)的速度。
3.根据权利要求1所述的用于模拟高速冲击的实验装置，其特征在于：所述平台支架(1)包括支撑脚(12)和基座(13)，基座(13)为铝合金框架，多个支撑脚(12)安装在基座(13)的边缘部位。
4.根据权利要求1所述的用于模拟高速冲击的实验装置，其特征在于：所述靶舱(2)包括缓冲板(3)、支架板(4)和箱体(22)；箱体(22)的前端面设有与炮管(7)相对应的入射口，侧面设有舵门，顶面和底面上沿横向间隔设有若干对相对应的卡槽(15)；支架板(4)的上下端分别卡在箱体(22)顶面和底面上的任一个卡槽(15)内且利用螺栓固定；缓冲板(3)设置在箱体(22)的后端面内侧。
5.根据权利要求1所述的用于模拟高速冲击的实验装置，其特征在于：所述炮管固定调节装置(8)包括轴套(19)、竖直定位螺栓(23)、竖直紧固螺栓(24)、固定夹具(25)、聚瓷浮封环(26)、水平定位螺栓(27)、水平紧固螺栓(28)、上垫板(29)、下垫板(30)和挡块(31)；其中下垫板(30)设置在导轨(11)上；上垫板(29)以平行方式设置在下垫板(30)的上方；两个竖直定位螺栓(23)分别贯穿上垫板(29)和下垫板(30)的两端中部而将上垫板(29)和下垫板(30)固定在导轨(11)上；每个竖直紧固螺栓(24)的下端贯穿上垫板(29)的一个角后螺纹连接在下垫板(30)的相应角部，用于调整上垫板(29)和下垫板(30)之间的竖直距离，从而实现炮管(7)竖直位置的调节；固定夹具(25)由上部夹具和下部夹具构成，下部夹具放置在上垫板(29)的顶面中部；两块挡块(31)以平行的方式设置在位于下部夹具两侧的上垫板(29)顶面上，并且每块挡块(31)的两端分别利用水平定位螺栓(27)固定在上垫板(29)上；每个水平紧固螺栓(28)从外向内贯穿一块挡块(31)的侧面中部后螺纹连接在下部夹具的外侧部位，由此来调节固定夹具(25)的横向位置，从而实现炮管(7)水平位置的调节；上部夹具和下部夹具的内侧设有轴套(19)，轴套(19)的内侧设有用于夹持炮管(7)的聚瓷浮封环(26)，上部夹具和下部夹具间利用螺栓夹紧。
6.根据权利要5所述的用于模拟高速冲击的实验装置，其特征在于：所述轴套(19)具有多种不同的规格，以适用于不同直径的炮管7。
7.根据权利要求1所述的用于模拟高速冲击的实验装置，其特征在于：所述发射装置(9)包括前端盖(14)、进气电磁阀(16)、出气电磁阀(17)、后端盖(18)、壳体(20)、传感器和远程控制器；壳体(20)的内部设有主气室和副气室；前端盖(14)和后端盖(18)分别安装在壳体(20)的前后端，并且前端盖(14)上设有法兰，法兰通过衬套(21)与炮管(7)的后端相连接；进气电磁阀(16)安装在壳体(20)上，并且同时与气源(10)、主气室和副气室相连接；出气电磁阀(17)安装在壳体(20)上，并且与副气室相连接；传感器安装在主气室内；远程控制器分别与进气电磁阀(16)、出气电磁阀(17)和传感器无线连接。
8.根据权利要求7所述的用于模拟高速冲击的实验装置，其特征在于：所述进气电磁阀(16)采用三位三通式电磁阀，一端通孔与气源(10)相连，另一端两个通孔分别连接主气室和副气室，不通电时副气室和气源(10)相通，接通电源时主气室和气源(10)相通；出气电磁阀(17)处于常闭状态，接通电源时出口与副气室相通。
9.根据权利要求7所述的用于模拟高速冲击的实验装置，其特征在于：所述衬套(21)具有多种不同的规格，以适用于不同直径的炮管(7)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220802 |