CN115112332A - 一种多功能爆炸试验水池及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能爆炸试验水池及试验方法，属于水下爆炸模型试验技术领域。解决了现有的爆炸试验水池功能单一，结构复杂及水下拍摄困难的问题。它包括水池操作平台、爆炸水池主体、爆炸水池船坞、移动龙门吊滑轨、双驱电动龙门吊、电动龙门吊钢索、船坞平台滑轨、电动船坞操作平台、卷扬机和牵引钢索，在水池操作平台上开设相互连通的爆炸水池主体和爆炸水池船坞，在水池操作平台上固设两个移动龙门吊滑轨，在两个移动龙门吊滑轨上滑动设置两个双驱电动龙门吊，在爆炸水池船坞上端面上固设两个平行布置的船坞平台滑轨，在两个船坞平台滑轨上滑动设置电动船坞操作平台，在爆炸水池主体的边缘设有若干卷扬机。本发明适用于水下多功能爆炸。

Description

一种多功能爆炸试验水池及试验方法

技术领域

本发明创造属于水下爆炸模型试验技术领域，尤其是涉及一种多功能爆炸试验水池及试验方法。

背景技术

舰船、潜艇等水中目标在遭遇鱼雷、水雷等水中兵器攻击时，会对结构造成强冲击大变形，甚至威胁着舰艇的生命力。爆炸载荷结构耐冲击性以结构毁伤情况越来越受到各国海洋工程研究的重视，水下爆炸试验是检验舰船新型抗冲击结构的最直接的手段。由于实船水下爆炸试验对国家财力和试验的难度提出大量挑战，在充分考虑可行性和经济性后，进行缩比水下爆炸试验是研究舰船等结构水下爆毁伤等最佳方案，因此需要建设尽可能大尺寸的水下爆炸试验场地，来满足我国对水下爆炸试验项目的研究便利性和可行性。

现在国际上的水下爆炸试验水池功能单一，试验方法繁琐且成本较大；高速弹体跨介质出入水试验的建设也较为复杂，且对水下拍摄和打光提出了很大的挑战，没有可以直接做到试验区和操作功能区分开的拍摄和补光；水下高压气枪爆喷试验场地的建设亦是如此。因此如何设计一款即可满足水下大当量爆炸试验的功能需求，又不局限于只能做大当量的水下爆炸试验，又可进行直观可视化弹体高速跨介质试验和水下高压气枪爆喷试验集为一体的试验场地，是亟需解决的。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种多功能爆炸试验水池，以解决现有的爆炸试验水池功能单一，结构复杂及水下拍摄困难的问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种多功能爆炸试验水池，包括水池操作平台、爆炸水池主体、爆炸水池船坞、移动龙门吊滑轨、双驱电动龙门吊、电动龙门吊钢索、船坞平台滑轨、电动船坞操作平台、卷扬机和牵引钢索，在水池操作平台上开设相互连通的爆炸水池主体和爆炸水池船坞，在水池操作平台上固设两个平行布置的移动龙门吊滑轨，在两个平行布置的移动龙门吊滑轨上滑动设置两个双驱电动龙门吊，在双驱电动龙门吊上设有电动龙门吊钢索，在爆炸水池船坞上端面上固设两个平行布置的船坞平台滑轨，在两个船坞平台滑轨上滑动设置电动船坞操作平台，在爆炸水池主体的边缘设有若干卷扬机，每个卷扬机上设有一个用于牵引和调整爆炸试验模型位置的牵引钢索，在水池操作平台上设有跨介质弹体发射装置，所述跨介质弹体发射装置设置在两个平行布置的移动龙门吊滑轨之间且朝向爆炸水池船坞，所述跨介质弹体发射装置用于向爆炸水池船坞内发射弹体，通过电动船坞操作平台对高压气枪装置起吊和在爆炸水池船坞中的位置安放；

在爆炸水池船坞的两侧面均设有操作区，在爆炸水池船坞的两侧壁面上均匀设有若干船坞水面处观察窗口和若干船坞水下观察窗口；在操作区设有补光装置和高速摄像机。

更进一步的，在相邻两观察窗口之间设有船坞横梁和船坞立柱。

更进一步的，在操作区设有用于试验人员移动的船坞操作区楼梯。

更进一步的，在爆炸水池船坞的操作区内设有若干船坞支撑横梁，若干船坞支撑横梁支撑爆炸水池船坞的两侧壁面。

更进一步的，所述爆炸水池主体为圆台状结构，爆炸水池主体尺寸顶部直径为110m，深度28m，爆炸水池主体的壁面为45度斜坡，爆炸水池主体的底部直径50m处位置下部采用圆弧过渡。

更进一步的，在爆炸水池主体的顶部圆周上设有五个卷扬机，其中一个卷扬机布置在爆炸水池船坞的正前方。

更进一步的，在所述爆炸试验模型上设有若干用于与龙门吊钢索及牵引钢索连接的吊环。

更进一步的，所述双驱电动龙门吊和电动船坞操作平台分别由一电机驱动。

更进一步的，爆炸水池船坞为宽12m、深12m和长24m的长方体结构。

本发明创造的另一目的在于提出一种多功能爆炸试验水池的试验方法，具体包括以下步骤：

当爆炸试验水池进行水下爆炸试验任务时，首先由运输车将爆炸试验模型运输到水池操作平台区域内双驱电动龙门吊的位置下，随后通过双驱电动龙门吊上的电动龙门吊钢索与爆炸试验模型上的吊环连接，通过改变双驱电动龙门吊的位置，使爆炸试验模型达到平衡稳定的状态后，将双驱电动龙门吊向爆炸水池船坞方向移动直至爆炸试验模型完全进入到爆炸水池船坞内部，随后缓慢放松电动龙门吊钢索使爆炸试验模型缓慢沉入水中，此时爆炸试验模型受到水的浮力作用，可以悬浮或保持固定姿态，此时将龙门吊钢索解除，再将防沉浮筒和爆炸试验模型连接上，保持试验最优姿态，随后通过位于爆炸水池船坞正前方的卷扬机上的牵引钢索与爆炸试验模型的固定吊环连接，收回牵引钢索使爆炸试验模型受到缓慢向前的牵引力，直至达到最佳试验区域，随后将其余卷扬机的牵引钢索伸出与爆炸试验模型连接，通过互相调整牵引钢索的长度，使模型达到最佳试验姿态和位置，然后引爆炸药，实现爆炸试验模型的爆炸；

当爆炸试验水池进行弹体高速跨介质出入水试验时，启动跨介质弹体发射装置发射弹体进入爆炸水池船坞，通过布置在操作区的高速摄像机对弹体的出入水进行任意时刻的记录和数据采集；

当爆炸试验水池进行高压气枪爆喷试验时，通过电动船坞操作平台对高压气枪装置的起吊和位置安放，将高压气枪装置放入爆炸水池船坞的所需位置处，启动高压气枪装置实现水下爆喷，通过布置在操作区的高速摄像机对高压气枪装置的爆喷进行任意时刻的记录和数据采集；

当爆炸试验水池进行小当量爆炸试验时，通过电动船坞操作平台将炸药或带有炸药的小尺寸的爆炸试验模型放入爆炸水池船坞的所需位置处，引爆炸药，通过布置在操作区的高速摄像机对爆炸试验模型的爆炸进行任意时刻的记录和数据采集。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种多功能爆炸试验水池及试验方法具有以下优势：

(1)本发明创造所述的一种多功能爆炸试验水池，它包括三个主要功能，第一个主要功能为可满足大型水下模型的爆炸试验，最高可满足100Kg当量的TNT水下爆炸试验，其中爆炸试验模型可浮于水面也可沉于水底也可通过浮筒吊装悬浮于水中，水池最深深度为28m；第二个主要功能为可满足弹体高速跨介质出入水试验，可满足最大直径200mm的弹体以速度240m/s高速出入水试验，同时可实现任意时刻的高速摄像机记录和数据采集；第三个主要功能是可进行高压气枪爆喷试验和不大于200g的小当量爆炸试验，同时可实现任意时刻的高速摄像机记录和相关数据的采集工作。

(2)本发明创造所述的一种多功能爆炸试验水池，通过对爆炸水池的主体施工，满足大当量TNT爆炸试验的同时，又充分利用水池的船坞位置，修建了可满足跨介质试验、高压气枪及小当量的爆炸试验需求，功能全面。

(3)同时跨介质试验、高压气枪和小当量爆炸试验在水池的船坞内进行，船坞两侧面修建了操作区，船坞两壁面开有多个观察窗口，可进行强光补光和全视野的高速摄像机全过程录像捕捉。在船坞两侧壁面上方安装有船坞平台滑轨，可实现电动船坞操作平台在船坞上移动，满足人员试验的全方位保障。

(4)在爆炸水池的操作平台处安装有移动龙门吊滑轨和双驱电动龙门吊，在进行爆炸试验模型的水中爆炸试验时，可通过龙门吊在指定区域将模型吊起由双驱电动龙门吊进行位置和高度的调整，将模型从操作平台面放置在船坞内，再由爆炸水池圆周布置的5个卷扬机可将模型拖拽出船坞，达到指定的目标区域，节省了吊车的成本并提高了试验的可靠性和安全性。

附图说明

图1为本发明创造实施例所述的一种多功能爆炸试验水池的整体结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述的一种多功能爆炸试验水池的剖开状态的结构示意图；

图3为图2的主视图；

图4为本发明创造实施例所述的一种多功能爆炸试验水池进行水下爆炸试验任务时状态一示意图；

图5为本发明创造实施例所述的一种多功能爆炸试验水池进行水下爆炸试验任务时状态二示意图；

图6为本发明创造实施例所述的一种多功能爆炸试验水池进行水下爆炸试验任务时状态三示意图；

图7为本发明创造实施例所述的一种多功能爆炸试验水池的爆炸水池船坞的结构示意图；

图8为图7的主视图；

图9为本发明创造实施例所述的一种多功能爆炸试验水池的爆炸水池船坞的俯视图。

附图标记说明：

1、水池操作平台；2、爆炸水池主体；3、移动龙门吊滑轨；4、双驱电动龙门吊；5、船坞平台滑轨；6、电动船坞操作平台；7、卷扬机；8、牵引钢索；9、爆炸试验模型；10、防沉浮筒；11、跨介质弹体发射装置；12、弹体；13、高压气枪装置；14、水面；15、船坞水面处观察窗口；16、船坞水下观察窗口；17、船坞横梁；18、船坞立柱；19、船坞支撑横梁；20、船坞操作区楼梯；21、电动龙门吊钢索。

具体实施方式

如图1-图9所示，一种多功能爆炸试验水池，包括水池操作平台1、爆炸水池主体2、爆炸水池船坞、移动龙门吊滑轨3、双驱电动龙门吊4、电动龙门吊钢索21、船坞平台滑轨5、电动船坞操作平台6、卷扬机7和牵引钢索8，在水池操作平台1上开设相互连通的爆炸水池主体2和爆炸水池船坞，在水池操作平台1上固设两个平行布置的移动龙门吊滑轨3，在两个平行布置的移动龙门吊滑轨3上滑动设置两个双驱电动龙门吊4，在双驱电动龙门吊4上设有电动龙门吊钢索21，在爆炸水池船坞上端面上固设两个平行布置的船坞平台滑轨5，在两个船坞平台滑轨5上滑动设置电动船坞操作平台6，在爆炸水池主体2的边缘设有若干卷扬机7，每个卷扬机7上设有一个用于牵引和调整爆炸试验模型9位置的牵引钢索8，在水池操作平台1上设有跨介质弹体发射装置11，所述跨介质弹体发射装置11设置在两个平行布置的移动龙门吊滑轨3之间且朝向爆炸水池船坞，所述跨介质弹体发射装置11用于向爆炸水池船坞内发射弹体12，通过电动船坞操作平台6对高压气枪装置13起吊和在爆炸水池船坞中的位置安放；

在爆炸水池船坞的两侧面均设有操作区，在操作区设有用于试验人员移动的船坞操作区楼梯20，船坞操作区楼梯20满足人员上下移动的便捷性；在爆炸水池船坞的两侧壁面上均匀设有若干船坞水面处观察窗口15和若干船坞水下观察窗口16；试验时，在操作区设有补光装置和高速摄像机；补光装置可以是补光灯，与高速摄像机配合，使得高速摄像机实现好的拍摄效果，高速摄像机通过观察窗口拍摄爆炸水池船坞内的试验情况；

爆炸水池船坞两个侧壁面开有多个观察窗口，可观察到水面14处现象，也可观察到水下处现象并实时可采用高速摄像机记录；

在船坞两侧壁顶端加装了船坞平台滑轨和电动船坞操作平台，可通过电动船坞操作平台实时调整试验需求位置和保障试验安全。

在相邻两观察窗口之间设有船坞横梁17和船坞立柱18，在爆炸水池船坞的操作区内设有若干船坞支撑横梁19，若干船坞支撑横梁19支撑爆炸水池船坞的两侧壁面；爆炸水池船坞的船坞壁面结构强度高，可满足跨介质试验和高压气枪以及小当量的爆炸试验需求。

本申请的跨介质弹体发射装置11和高压气枪装置13均是用于入水试验的现有结构，在此不再赘述其具体结构和工作原理。

在水池操作平台1处有两根长移动龙门吊滑轨3、双驱电动龙门吊4组成起吊装置，通过双驱电动龙门吊4可调整两个龙门吊的间距和钢索长度实现对不同结构及异形结构的起吊和位置调整，免去做试验时需要吊车配合工作的需求。

所述爆炸水池主体2为圆台状结构，爆炸水池主体2尺寸顶部直径为110m，深度28m，爆炸水池主体的壁面为45度斜坡，爆炸水池主体的底部直径50m处位置下部采用圆弧过渡，水池主体2整体做聚脲喷涂防水处理。

在爆炸水池主体2的顶部圆周上设有五个卷扬机7，其中一个卷扬机7布置在爆炸水池船坞的正前方，此卷扬机用于对爆炸试验模型9从爆炸水池船坞牵引至爆炸水池主体2内，在爆炸水池船坞的一侧未设置卷扬机。

在所述爆炸试验模型9上设有若干用于与龙门吊钢索及牵引钢索8连接的吊环，通过吊环与钢索的连接，有利于对爆炸试验模型的拖拽及位置的矫正及固定。

所述双驱电动龙门吊4和电动船坞操作平台6分别由一电机驱动。

爆炸水池船坞为宽12m、深12m和长24m的长方体结构，其中爆炸水池船坞两个侧壁面顶部分别安装了船坞平台滑轨5，船坞平台滑轨5上端安装有电动船坞操作平台6，电动船坞操作平台6可在船坞平台滑轨5上移动，以满足船坞内试验位置和方案的变换需求；

另外船坞两个侧壁面分别开有一系列的船坞水面处观察窗口15和船坞水下观察窗口16，在相邻观察窗中间分别放置了船坞横梁17和船坞立柱18加强船坞侧壁面的强度，观察窗视野范围可满足船坞内试验全部区域的可视化，便于光线增强和视频记录；

在船坞后侧的水池操作平台1上安装跨介质弹体发射装置11，可将直径不小于200mm的弹体12以240m/s的速度高速发射进船坞内。

一种多功能爆炸试验水池的试验方法，具体包括以下步骤：

当爆炸试验水池进行水下爆炸试验任务时，首先由运输车将试验模型运输到水池操作平台1区域内双驱电动龙门吊4的位置下，随后通过双驱电动龙门吊4上的电动龙门吊钢索21与爆炸试验模型9上的吊环连接，通过单独驱动和并联驱动双驱电动龙门吊4的位置，使爆炸试验模型9达到平衡稳定的状态后，将双驱电动龙门吊4向船坞方向移动直至爆炸试验模型9可以完全进入到船坞内部尺寸，随后缓慢放松电动龙门吊钢索21使爆炸试验模型9缓慢沉入水中，此时模型受到水的浮力作用，可以悬浮或保持固定姿态，此时将双驱电动龙门吊4后部的龙门吊钢索解除，然后单独向后驱动双驱电动龙门吊4使双驱电动龙门吊4移动至初始位置，将防沉浮筒10和爆炸试验模型9连接上，此时在防沉浮筒10的作用下，爆炸试验模型9自由下沉达到试验最优姿态，随后通过爆炸水池圆周处的位于爆炸水池船坞正前方的卷扬机7上的牵引钢索8与爆炸试验模型9的固定吊环连接，收回牵引钢索8使爆炸试验模型9受到缓慢向前的牵引力，直至达到最佳试验区域，随后将其余卷扬机7的牵引钢索8伸出与爆炸试验模型9连接，通过互相调整牵引钢索8的长度，使爆炸试验模型9达到最佳试验姿态和位置，同时牵引钢索8可以在爆炸试验模型方位调整和沉浮起到牵引拖拽的作用，然后引爆炸药，此水下爆炸试验最高可满足100Kg当量的TNT水下爆炸试验；

当爆炸试验水池进行弹体高速跨介质出入水试验时，启动跨介质弹体发射装置发射弹体进入爆炸水池船坞，通过布置在操作区的高速摄像机对弹体的出入水进行任意时刻的记录和数据采集；

当爆炸试验水池进行高压气枪爆喷试验时，通过电动船坞操作平台6对高压气枪装置13的起吊和位置安放，将高压气枪装置13放入爆炸水池船坞的所需位置处，启动高压气枪装置实现水下爆喷，通过布置在操作区的高速摄像机对高压气枪装置的爆喷进行任意时刻的记录和数据采集；

当爆炸试验水池进行小当量爆炸试验时，通过电动船坞操作平台6将炸药或带有炸药的小尺寸的爆炸试验模型放入爆炸水池船坞的所需位置处，引爆炸药，通过布置在操作区的高速摄像机对爆炸试验模型的爆炸进行任意时刻的记录和数据采集，此试验时的炸药为属于不大于200g的小当量，此试验属于不大于200g的小当量爆炸试验。

Claims (10)

1.一种多功能爆炸试验水池，其特征在于：包括水池操作平台(1)、爆炸水池主体(2)、爆炸水池船坞、移动龙门吊滑轨(3)、双驱电动龙门吊(4)、电动龙门吊钢索(21)、船坞平台滑轨(5)、电动船坞操作平台(6)、卷扬机(7)和牵引钢索(8)，在水池操作平台(1)上开设相互连通的爆炸水池主体(2)和爆炸水池船坞，在水池操作平台(1)上固设两个平行布置的移动龙门吊滑轨(3)，在两个平行布置的移动龙门吊滑轨(3)上滑动设置两个双驱电动龙门吊(4)，在双驱电动龙门吊(4)上设有电动龙门吊钢索(21)，在爆炸水池船坞上端面上固设两个平行布置的船坞平台滑轨(5)，在两个船坞平台滑轨(5)上滑动设置电动船坞操作平台(6)，在爆炸水池主体(2)的边缘设有若干卷扬机(7)，每个卷扬机(7)上设有一个用于牵引和调整爆炸试验模型(9)位置的牵引钢索(8)，在水池操作平台(1)上设有跨介质弹体发射装置(11)，所述跨介质弹体发射装置(11)设置在两个平行布置的移动龙门吊滑轨(3)之间且朝向爆炸水池船坞，所述跨介质弹体发射装置用于向爆炸水池船坞内发射弹体(12)，通过电动船坞操作平台(6)对高压气枪装置(13)起吊和在爆炸水池船坞中的位置安放；

在爆炸水池船坞的两侧面均设有操作区，在爆炸水池船坞的两侧壁面上均匀设有若干船坞水面处观察窗口(15)和若干船坞水下观察窗口(16)；在操作区设有补光装置和高速摄像机。

2.根据权利要求1所述的一种多功能爆炸试验水池，其特征在于：在相邻两观察窗口之间设有船坞横梁(17)和船坞立柱(18)。

3.根据权利要求1所述的一种多功能爆炸试验水池，其特征在于：在操作区设有用于试验人员移动的船坞操作区楼梯(20)。

4.根据权利要求1所述的一种多功能爆炸试验水池，其特征在于：在爆炸水池船坞的操作区内设有若干船坞支撑横梁(19)，若干船坞支撑横梁(19)支撑爆炸水池船坞的两侧壁面。

5.根据权利要求1所述的一种多功能爆炸试验水池，其特征在于：所述爆炸水池主体(2)为圆台状结构，爆炸水池主体(2)尺寸顶部直径为110m，深度28m，爆炸水池主体的壁面为45度斜坡，爆炸水池主体的底部直径50m处位置下部采用圆弧过渡。

6.根据权利要求5所述的一种多功能爆炸试验水池，其特征在于：在爆炸水池主体(2)的顶部圆周上设有五个卷扬机(7)，其中一个卷扬机(7)布置在爆炸水池船坞的正前方。

7.根据权利要求1所述的一种多功能爆炸试验水池，其特征在于：在所述爆炸试验模型(9)上设有若干用于与龙门吊钢索及牵引钢索(8)连接的吊环。

8.根据权利要求1所述的一种多功能爆炸试验水池，其特征在于：所述双驱电动龙门吊(4)和电动船坞操作平台(6)分别由一电机驱动。

9.根据权利要求1所述的一种多功能爆炸试验水池，其特征在于：爆炸水池船坞为宽12m、深12m和长24m的长方体结构。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种多功能爆炸试验水池的试验方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

当爆炸试验水池进行水下爆炸试验任务时，首先由运输车将爆炸试验模型(9)运输到水池操作平台(1)区域内双驱电动龙门吊(4)的位置下，随后通过双驱电动龙门吊(4)上的电动龙门吊钢索(21)与爆炸试验模型(9)上的吊环连接，通过改变双驱电动龙门吊(4)的位置，使爆炸试验模型(9)达到平衡稳定的状态后，将双驱电动龙门吊(4)向爆炸水池船坞方向移动直至爆炸试验模型(9)完全进入到爆炸水池船坞内部，随后缓慢放松电动龙门吊钢索(21)使爆炸试验模型(9)缓慢沉入水中，此时爆炸试验模型(9)受到水的浮力作用，可以悬浮或保持固定姿态，此时将龙门吊钢索解除，再将防沉浮筒(10)和爆炸试验模型(9)连接上，保持试验最优姿态，随后通过位于爆炸水池船坞正前方的卷扬机(7)上的牵引钢索(8)与爆炸试验模型(9)的固定吊环连接，收回牵引钢索(8)使爆炸试验模型(9)受到缓慢向前的牵引力，直至达到最佳试验区域，随后将其余卷扬机(7)的牵引钢索(8)伸出与爆炸试验模型(9)连接，通过互相调整牵引钢索(8)的长度，使模型达到最佳试验姿态和位置，然后引爆炸药，实现爆炸试验模型(9)的爆炸；

当爆炸试验水池进行弹体高速跨介质出入水试验时，启动跨介质弹体发射装置(11)发射弹体(12)进入爆炸水池船坞，通过布置在操作区的高速摄像机对弹体(12)的出入水进行任意时刻的记录和数据采集；

当爆炸试验水池进行高压气枪爆喷试验时，通过电动船坞操作平台(6)将高压气枪装置(13)放入爆炸水池船坞的所需位置处，启动高压气枪装置(13)实现水下爆喷，通过布置在操作区的高速摄像机对高压气枪装置(13)的爆喷进行任意时刻的记录和数据采集；

当爆炸试验水池进行小当量爆炸试验时，通过电动船坞操作平台(6)将炸药或带有炸药的小尺寸的爆炸试验模型放入爆炸水池船坞的所需位置处，引爆炸药，通过布置在操作区的高速摄像机对爆炸试验模型的爆炸进行任意时刻的记录和数据采集。

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