CN115143850A - 一种空间异型爆炸载荷生成装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为解决现有结构表面爆炸载荷生成装置及方法，存在仅能生成平面波载荷、对炸药制备和起爆工艺要求高或试验成本较高的问题，提供了一种用于结构抗爆性能考核的空间异型爆炸载荷生成装置及方法。该装置包括M个薄片炸药加载单元、定位面板、多级传爆网络、雷管以及起爆器；所述薄片炸药加载单元包括由模具压制为一体的薄片炸药、支座和导爆索；所述定位面板上预制定位孔，导爆索和支座穿过定位孔，固定在定位面板上；所述定位面板加工为与待考核结构的外表形状匹配的形状；所述多级传爆网络至少为两级，导爆索的另一端与第一级传爆网络相连，最后一级通过雷管与起爆器相连，基于异型结构多点起爆离散薄片炸药，实现空间异型爆炸载荷生成。
Description
技术领域
本发明属于空间异型爆炸载荷生成技术，具体涉及一种用于结构抗爆性能考核的空间异型爆炸载荷生成装置及方法。
背景技术
结构抗爆性能是军事武器和民用防护装置的重要考核指标。对结构进行抗爆性能考核时需在待考核结构表面施加爆炸载荷来模拟结构可能面临的爆炸环境，为此需要建立可靠的爆炸载荷生成装置及方法。为实现对多种爆炸环境的模拟以及对多种形状结构的考核，载荷生成的过程需具备载荷幅值、脉宽、时序和空间构型灵活可调。
目前常用的结构表面爆炸载荷生成方法包括大当量爆炸直接加载、平面波透镜加载、激波管加载、光敏炸药加载等，各有优势和缺点。大当量爆炸直接加载的载荷还原度较高，但试验成本较高；平面波透镜加载可生成较为理想的平面波载荷，但难以生成曲面等异型载荷；激波管加载所生成载荷的幅值、脉宽灵活可调，但加载面积受激波管内径尺寸限制，且仅能生成平面波载荷；光敏炸药具备异型载荷生成和加载的能力，且载荷幅值、脉宽、时序等灵活可调，但对光敏炸药制备和起爆工艺要求较高。
发明内容
本发明的目的是解决现有结构表面爆炸载荷生成装置及方法，存在仅能生成平面波载荷、对炸药制备和起爆工艺要求高或试验成本较高的问题，提供了一种用于结构抗爆性能考核的空间异型爆炸载荷生成装置及方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种空间异型爆炸载荷生成装置，用于结构抗爆性能考核，其特殊之处在于：包括M个薄片炸药加载单元、定位面板、多级传爆网络、雷管以及起爆器；M≥1，且为整数；
所述薄片炸药加载单元包括由模具压制为一体的薄片炸药、支座和导爆索；所述支座包括支撑面以及设置在支撑面中心的支撑柱，支撑面中心开设通孔并沿轴向贯穿支撑柱；所述薄片炸药设置在支撑面上，导爆索的一端穿过支撑面和支撑柱中心的通孔与薄片炸药无缝连接；
所述定位面板上预制定位孔，支座穿过定位孔，固定在定位面板上；所述定位面板外表形状与待考核结构的外表形状相匹配；
所述多级传爆网络为依次相连的至少两级传爆网络，导爆索的另一端与第一级传爆网络相连，最后一级传爆网络通过雷管与起爆器相连。
优选地，所述多级传爆网络由N个继发器和连接继发器的导爆索构成k级传爆网络，k≥2；第1级传爆网络的继发器的一端连接m1根导爆索，另一端连接一根导爆索；
其中，n≥m1>1，n为继发器容纳导爆索(3)的最大数量；
第i级传爆网络的继发器的一端连接mi根导爆索，另一端连接一根导爆索，i＝2,3…k，n≥mi>1；
第1级传爆网络的继发器的数量N1＝M/m1；
第i级传爆网络的继发器的数量Ni＝M/(m1…mi)；
第k级传爆网络的继发器的数量Nk＝1。
优选地，所述多级传爆网络中每级继发器之间的导爆索长度相同，误差小于1mm。
优选地，所述薄片炸药为圆形、方形或十字型。
本发明还提供了一种基于上述的空间异型爆炸载荷生成装置的空间异型爆炸载荷生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据待考核结构抗爆性能考核生成载荷的幅值要求，计算薄片炸药的布药面密度和定位面板与待考核结构的加载距离；
步骤2、将薄片炸药裁剪成给定形状，将薄片炸药、支座和导爆索压制成薄片炸药加载单元；
步骤3、根据待考核结构的外表形状，加工对应的定位面板，并预制数量与定位孔；
步骤4、将薄片炸药加载单元依次穿过加工好的定位面板，并通过胶接的方式将其固定在定位面板上；
步骤5、连接多级传爆网络、雷管和起爆器；
步骤6、通过起爆器引爆雷管，再通过多级传爆网络引爆薄片炸药，从而生成空间爆炸载荷，对待考核结构进行加载。
优选地，步骤1中，所述生成载荷的幅值通过薄片炸药的布药面密度调节，或通过定位面板与待考核结构的加载距离调节。
优选地，步骤1中，所述薄片炸药的布药面密度与薄片炸药的厚度、尺寸和布设密度相关，薄片炸药的厚度越大、尺寸越大、布设密度越大，则布药面密度越大；
当定位面板与待考核结构的加载距离不变时，薄片炸药的布药面密度越大，爆炸生成载荷的幅值就越大；
当薄片炸药的布药面密度不变时，定位面板与待考核结构的加载距离越小，爆炸生成载荷的幅值越大。
优选地，步骤1中，所述定位面板与待考核结构的加载距离大于等于定位面板上定位孔间距的1倍。
与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果如下：
1、本发明提供的一种空间异型爆炸载荷生成装置及方法，通过设计压制工艺，实现导爆索与薄片炸药的无缝连接，保证导爆索能够可靠起爆薄片炸药，从而保证了爆炸载荷生成的可靠性，试验研究表明，起爆可靠性高于95％。
2、本发明提供的一种空间异型爆炸载荷生成装置及方法，通过事先加工形状与设定载荷空间形状相同的定位面板，再将各薄片炸药加载单元布设于定位面板上，实现了空间异型爆炸载荷生成，满足了对不规则的异型结构进行加载考核的需求。
3、本发明提供的一种空间异型爆炸载荷生成装置及方法，起爆同步性高。在进行考核试验时，往往需要对结构的不同部位进行同步加载，本发明通过控制各薄片炸药加载单元传爆路径上的导爆索长度来保证起爆的同步性。并且导爆索的长度误差可控制在1mm以内，导爆索爆速约为6.7km/s，则各薄片炸药加载单元的起爆不同步性理论上不超过0.15μs。
4、本发明提供的一种空间异型爆炸载荷生成装置及方法，生成载荷的幅值灵活可调。爆炸所生成载荷的幅值与薄片炸药的厚度、尺寸、布设密度和加载距离有关，炸药厚度越大、尺寸越大、布设密度越大、加载距离越小，生成载荷的幅值越大。
5、本发明提供的一种空间异型爆炸载荷生成装置及方法，生成载荷的时序灵活可调。当有些场合需要对结构进行不同步加载，利用本发明的装置仅需调节各薄片炸药加载单元传爆路径上的导爆索总长度即可，长度越长，起爆时间越晚，长度越短，起爆时间越早。
附图说明
图1为本发明空间异型爆炸载荷生成装置实施例中薄片炸药加载单元结构示意图；
图2为本发明实施例中多点起爆离散薄片炸药平面载荷生成结构示意图；
图3为本发明实施例中多点起爆离散薄片炸药曲面载荷生成结构示意图；
附图标记：
1-薄片炸药，2-支座，3-导爆索，4-薄片炸药加载单元，5-定位面板，6-继发器，7-雷管，8-起爆器，9-待考核结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种空间异型爆炸载荷生成装置及方法作进一步详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。
一种空间异型爆炸载荷生成装置，用于结构抗爆性能考核，包括M个薄片炸药加载单元4、定位面板5、多级传爆网络、雷管7以及起爆器8，M≥1，且为整数。
薄片炸药加载单元4通过胶接的方式固定于定位面板5上，薄片炸药加载单元4依次连接多级传爆网络、雷管7和起爆器8。
如图1所示，薄片炸药加载单元4是由薄片炸药1、支座2和导爆索3通过特制模具压制成。薄片炸药1裁剪成给定形状，如圆形、方形、十字型或其他几何形状等。导爆索3的一端抵在薄片炸药1的一面，且与薄片炸药1之间无缝连接，以保证起爆可靠性。支座2包括支撑面以及设置在支撑面中心的支撑柱，支撑面形状与薄片炸药1形状相同，支撑面中心开设通孔并沿轴向贯穿支撑柱；薄片炸药1设置在支撑面上，导爆索3的一端穿过支撑面和支撑柱中心的通孔与薄片炸药1无缝连接。
薄片炸药加载单元4具体制作方法为：
(1)先将导爆索3穿过支座2的细孔，使导爆索的一端伸出支座2的支撑端面约0.5mm，然后使用502胶将导爆索3与支座2固定；
(2)使用夹具夹住支座2和导爆索3，将薄片炸药贴附在支座2的支撑端面上，使用与薄片炸药形状相同的压头将薄片炸药紧紧压在支座2的支撑端面上，此时，薄片炸药与导爆索可实现无缝连接，从而保证导爆索能够可靠引爆薄片炸药。
定位面板5可根据待考核结构9的外表形状加工为与其相匹配的形状，定位面板5上预制定位孔，导爆索3和支座2从定位孔中穿过，以实现各个薄片炸药加载单元4的定位。
多级传爆网络为依次相连的至少为两级传爆网络，导爆索3的另一端与第一级传爆网络相连，最后一级传爆网络通过雷管7与起爆器8相连。多级传爆网络由N个最多容纳n根导爆索3的继发器6和连接继发器6的导爆索3构成，k级传爆网络，k≥2；第1级传爆网络的继发器6的一端连接m1根导爆索3，另一端连接一根导爆索3，第1级传爆网络的继发器6的数量N1＝M/m1；依次类推，第i级传爆网络的继发器6的一端连接mi根导爆索3，另一端连接一根导爆索3，第i级传爆网络的继发器6的数量Ni＝M/(m1…mi)，i＝2,3…k，n≥mi>1；第k级传爆网络的继发器6的数量Nk＝1。
每级继发器6之间的导爆索3长度相同，误差小于1mm，导爆索3的爆速为6.7km/s，因此起爆时序的控制误差不超过1μs。
通过薄片炸药1的布药面密度或定位面板5与待考核结构9的加载距离可以调节生成载荷的幅值。
1)、通过改变薄片炸药1的厚度、尺寸、布设密度来调节曲面上的布药面密度(即单位面积内的炸药量)；薄片炸药1的厚度越大、尺寸越大、布设密度越大，则布药面密度越大，定位面板5与待考核结构9的加载距离不变时，布药面密度越大，爆炸生成载荷的幅值就越大；
2)、通过改变定位面板5与待考核结构9的加载距离也可以调节载荷的幅值，加载距离越小，爆炸生成载荷的幅值越大；但是，由于薄片炸药是离散分布的，加载距离越小，载荷均匀性越差，一般使用时，加载距离至少需大于一倍的定位面板5上定位孔间距；
3)加载前，首先通过标定实验明确某加载构型下产生的载荷特性，然后根据步骤1)和步骤2)中的规律进行相应的载荷调节，直到所生成载荷满足需求为止。
如图2所示，模拟多点起爆离散薄片炸药平面载荷生成时，定位面板5为平面结构。如图3所示，模拟多点同步起爆片炸药曲面载荷生成时，待考核结构9外表为圆柱形，此时定位面板5配套加工成圆弧状，从而可实现曲面载荷生成。
利用上述空间异型爆炸载荷生成装置，进行爆炸载荷生成的方法，具体步骤如下：
1、根据待考核结构9抗爆性能考核生成载荷的幅值要求，计算薄片炸药1的布药面密度和定位面板5与待考核结构9的加载距离；
2、将薄片炸药1裁剪成给定形状，如圆形、方形或十字型；通过定制模具将薄片炸药1、支座2和导爆索3压制成薄片炸药加载单元4；
3、根据待考核结构9的外表形状，加工对应的定位面板5，并预制定位孔；
4、将薄片炸药加载单元4依次穿过加工好的定位面板5，并通过胶接的方式将其固定在定位面板5上；
5、连接多级传爆网络、雷管7和起爆器8；
6、开始模拟，通过起爆器8引爆雷管7，进一步通过多级传爆网络引爆薄片炸药1，从而形成空间爆炸载荷，对待考核结构9进行载荷生成。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种空间异型爆炸载荷生成装置，用于结构抗爆性能考核，其特征在于：包括M个薄片炸药加载单元(4)、定位面板(5)、多级传爆网络、雷管(7)以及起爆器(8)；M≥1，且为整数；
所述薄片炸药加载单元(4)包括由模具压制为一体的薄片炸药(1)、支座(2)和导爆索(3)；所述支座(2)包括支撑面以及设置在支撑面中心的支撑柱，支撑面中心开设通孔并沿轴向贯穿支撑柱；所述薄片炸药(1)设置在支撑面上，导爆索(3)的一端穿过支撑面和支撑柱中心的通孔与薄片炸药(1)无缝连接；
所述定位面板(5)上预制定位孔，支座(2)穿过定位孔，固定在定位面板(5)上；所述定位面板(5)外表形状与待考核结构(9)的外表形状相匹配；
所述多级传爆网络为依次相连的至少两级传爆网络，导爆索(3)的另一端与第一级传爆网络相连，最后一级传爆网络通过雷管(7)与起爆器(8)相连。
2.根据权利要求1所述的空间异型爆炸载荷生成装置，其特征在于：
所述多级传爆网络由N个继发器(6)和连接继发器(6)的导爆索(3)构成k级传爆网络，k≥2；第1级传爆网络的继发器(6)的一端连接m1根导爆索(3)，另一端连接一根导爆索(3)；
其中，n≥m1>1，n为继发器(6)容纳导爆索(3)的最大数量；
第i级传爆网络的继发器(6)的一端连接mi根导爆索(3)，另一端连接一根导爆索(3)，i＝2,3…k，n≥mi>1；
第1级传爆网络的继发器(6)的数量N1＝M/m1；
第i级传爆网络的继发器(6)的数量Ni＝M/(m1…mi)；
第k级传爆网络的继发器(6)的数量Nk＝1。
3.根据权利要求2所述的空间异型爆炸载荷生成装置，其特征在于：
所述多级传爆网络中每级继发器(6)之间的导爆索(3)长度相同，误差小于1mm。
4.根据权利要求3所述的空间异型爆炸载荷生成装置，其特征在于：
所述薄片炸药(1)为圆形、方形或十字型。
5.一种基于权利要求1-4任一所述的空间异型爆炸载荷生成装置的空间异型爆炸载荷生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据待考核结构(9)抗爆性能考核生成载荷的幅值要求，计算薄片炸药(1)的布药面密度和定位面板(5)与待考核结构(9)的加载距离；
步骤2、将薄片炸药(1)裁剪成给定形状，将薄片炸药(1)、支座(2)和导爆索(3)压制成薄片炸药加载单元(4)；
步骤3、根据待考核结构(9)的外表形状，加工对应的定位面板(5)，并预制数量与定位孔；
步骤4、将薄片炸药加载单元(4)依次穿过加工好的定位面板(5)，并通过胶接的方式将其固定在定位面板(5)上；
步骤5、连接多级传爆网络、雷管(7)和起爆器(8)；
步骤6、通过起爆器(8)引爆雷管(7)，再通过多级传爆网络引爆薄片炸药(1)，从而生成空间爆炸载荷，对待考核结构(9)进行加载。
6.根据权利要求5所述的空间异型爆炸载荷生成方法，其特征在于：
步骤1中，所述生成载荷的幅值通过薄片炸药(1)的布药面密度调节，或通过定位面板(5)与待考核结构(9)的加载距离调节。
7.根据权利要求6所述的空间异型爆炸载荷生成方法，其特征在于：
步骤1中，所述薄片炸药(1)的布药面密度与薄片炸药(1)的厚度、尺寸和布设密度相关，薄片炸药(1)的厚度越大、尺寸越大、布设密度越大，则布药面密度越大；
当定位面板(5)与待考核结构(9)的加载距离不变时，薄片炸药(1)的布药面密度越大，爆炸生成载荷的幅值就越大；
当薄片炸药(1)的布药面密度不变时，定位面板(5)与待考核结构(9)的加载距离越小，爆炸生成载荷的幅值越大。
8.根据权利要求7所述的空间异型爆炸载荷生成方法，其特征在于：
步骤1中，所述定位面板(5)与待考核结构(9)的加载距离大于等于定位面板(5)上定位孔间距的1倍。
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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 | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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