CN115200427B - 一种炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，本方法首先获取测试炸药样品水下爆炸冲击波传播到水面时所形成的水冢随时间变化图像，并通过与对比炸药样品结果的对比和分析计算，从而得到从做功和功率的角度评价冲击波能当量的测试结果，为水下炸药冲击波能的相关研究提供基础数据支撑。本发明具有测试准确、稳定可靠、测试成本低以及便于操作等优点。

Description

一种炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法
技术领域
本发明属于水下炸药冲击波能测试及表征领域，涉及一种炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法。
背景技术
通常炸药的能量水平采用其爆轰参数来表征，包括爆热、爆速、爆压、爆容和爆温，然而对于炸药水下爆炸能量输出来说，仅仅从爆轰参数的角度去评价其能量水平具有明显的局限性。并且，随着近些年军事科技的迅猛发展，能量数值的绝对大小与炸药对水中目标的实际毁伤效果往往是不完全对等的。对于水下炸药，由于其能量传播介质的不同，首先要重点关注水下爆炸的冲击波能和气泡能，其次，从炸药爆炸后对介质和目标的做功以及对应的功率角度来综合评价其毁伤效果更为科学客观。
相比于气泡作用，冲击波具有超压高、持续时间短、比冲量大的特点，更易对目标造成局部损伤，且传播速度比气泡更快。通常冲击波能的测试多采用在水中一定位置布置压力传感器的方式来获得爆炸后的压力-时间曲线，再根据冲击波能的表达式计算能量的大小。然而，由于冲击波和气泡脉动信号的时间尺度相差很大，通常是毫秒量级和微秒量级的差别，导致压力传感器要同时测试低压低速和高压高速的信号，这对压力传感器提出了很高的要求，测试精度和测试结果稳定性也因此受到较大的影响，同时，昂贵的水下测试压力传感器也带来了更高的测试成本。
由于炸药能量水平的表征往往更关心相对量的大小，能量绝对值的获取意味着更高的研究成本。为了改进现有测试方法，提高测试效率并降低成本，并从炸药水下爆炸做功和功率的角度出发，提出一种新型炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，对于更直观地表征水下爆炸冲击波毁伤威力的相对大小、提高测试精度并降低测试成本具有重要指导意义。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，以改进现有测试方法，提高测试效率并降低成本。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，包括以下步骤：
步骤1，将待测炸药样品制成圆柱形药柱，药柱上留有雷管孔；
步骤2，将雷管与炸药样品相连，并与起爆线路连接；
步骤3，水池内续满水，将炸药样品通过升降装置吊放至总水深的2/3处；
步骤4，通过控制及数据处理装置精确控制样品的起爆，并同步启动摄影机，摄影机的位置与水池内水平面保持等高，记录从水下爆炸冲击波传播到水面后到形成水冢的全过程，并获取对应不同时间的水冢图像；
步骤5，同样，针对相同质量的对比炸药样品，按照步骤1～4在相同条件下开展测试，并采集测试图像；
步骤6，筛选出测试样品和对比样品水冢面积达到最大时的图像，并获取水冢从开始形成到面积最大时所经历的时间，并记为T，对筛选出的测试图像进行处理，以水平面为X轴，水冢竖直方向的对称轴为Y轴构建二维坐标系，获得对应的二维曲线图；
步骤7，采用Origin软件对获得的二维曲线图进行积分，得到爆炸所形成水冢的最大积分面积，并记为S；
步骤8，用测试样品与对比样品形成水冢最大积分面积的比值W来从做功的角度表示测试炸药相对于对比炸药的水下爆炸冲击波能当量，W的定义式为：
Figure BDA0003705300160000021
步骤9，分别用测试样品与对比样品形成水冢最大面积与对应水冢形成所经历的时间相除后的比值P来从功率的角度表示测试炸药相对于对比炸药的水下爆炸冲击波能当量，P的定义式为：
Figure BDA0003705300160000022
本发明还包括如下技术特征：
具体的，所述步骤1中，炸药样品的长径比为1～1.2，质量为0.5～1kg。
具体的，所述步骤2中，雷管为铝制或铜制壳体的电雷管。
具体的，所述步骤3中，水池的直径不小于10m，水池深度不小于7m。
具体的，所述升降装置设在水池上方，用于将炸药样品吊放至水池内。
具体的，所述控制及数据处理装置与升降装置和摄影机相连，用于操控炸药样品的升降、炸药样品起爆、摄影机的运行并采集测试图像。
具体的，所述摄影机为CCD高速摄影机，其帧率在100万帧每秒以上。
具体的，所述步骤4中，当炸药在水下发生爆炸后，水面会先形成水冢，并后续再次形成喷泉状或柱状的水柱，二者分别对应于炸药水下爆炸冲击波和气泡传播到水面时的现象，利用帧率在100万帧每秒以上的CCD高速摄影机从时间尺度上实现二者的区分，便于冲击波能当量的准确计算。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明可在安全稳定的前提下获得炸药水下爆炸冲击波传播到水面时所形成的水冢随时间变化的图像，并通过与对比炸药样品结果的对比和分析计算，从而得到从做功和功率的角度评价冲击波能当量的测试结果，为水下炸药冲击波能的相关研究提供基础数据支撑。本发明具有测试准确、稳定可靠、测试成本低以及便于操作等优点。
附图说明
图1为本发明方法布设示意图；
图2为实施例测试获取的图像结果；
图3为结合图像结果获取的水冢二维曲线图；
图4为水冢面积随时间变化的结果。
图中各个标号的含义为：
1.水池；2.升降装置；3.起爆线路；4.雷管；5.炸药样品；6.CCD高速摄影机；7.控制及数据处理装置。
具体实施方式
本发明提供一种炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，包括以下步骤：
步骤1，将待测炸药样品制成圆柱形药柱，炸药样品的长径比为1～1.2，质量为0.5～1kg，药柱上留有雷管孔；
步骤2，将雷管与炸药样品相连，并与起爆线路连接，雷管为铝制或铜制壳体的电雷管；
步骤3，水池内续满水，水池的直径不小于10m，水池深度不小于7m，将炸药样品通过升降装置(升降装置设在水池上方，用于将炸药样品吊放至水池内)吊放至总水深的2/3处，从而避免水池底部和侧面墙壁对冲击波的反弹作用对测试结果产生影响；
步骤4，通过控制及数据处理装置(控制及数据处理装置与升降装置和摄影机相连，用于操控炸药样品的升降、炸药样品起爆、摄影机的运行并采集测试图像)精确控制样品的起爆，并同步启动摄影机，摄影机(摄影机为CCD高速摄影机，其帧率在100万帧每秒以上)的位置与水池内水平面保持等高，记录从水下爆炸冲击波传播到水面后到形成水冢的全过程，并获取对应不同时间的水冢图像；当炸药在水下发生爆炸后，水面会先形成水冢，并后续再次形成喷泉状或柱状的水柱，二者分别对应于炸药水下爆炸冲击波和气泡传播到水面时的现象，由于冲击波信号的传播时间在微秒量级，因此CCD高速摄影机的帧率需在100万帧每秒以上，以此从时间尺度上实现二者的区分，便于后续冲击波能当量的准确计算；
步骤5，同样，针对相同质量的对比炸药样品，按照步骤1～4在相同条件下开展测试，并采集测试图像；
步骤6，筛选出测试样品和对比样品水冢面积达到最大时的图像，并获取水冢从开始形成到面积最大时所经历的时间，并记为T，对筛选出的测试图像进行处理，以水平面为X轴，水冢竖直方向的对称轴为Y轴构建二维坐标系，获得对应的二维曲线图；
步骤7，采用Origin软件对获得的二维曲线图进行积分，得到爆炸所形成水冢的最大积分面积，并记为S；
步骤8，用测试样品与对比样品形成水冢最大积分面积的比值W来从做功的角度表示测试炸药相对于对比炸药的水下爆炸冲击波能当量，W的定义式为：
Figure BDA0003705300160000041
步骤9，分别用测试样品与对比样品形成水冢最大面积与对应水冢形成所经历的时间相除后的比值P来从功率的角度表示测试炸药相对于对比炸药的水下爆炸冲击波能当量，P的定义式为：
Figure BDA0003705300160000042
本发明还提供一种炸药水下爆炸冲击波能当量表征的系统，该系统用于实现上述方法，包括水池、升降装置、起爆线路、摄影机和控制及数据处理装置，其中，摄影机为CCD高速摄影机，其帧率在100万帧每秒以上；炸药样品与雷管连接后通过起爆线路与升降装置相连，用于控制炸药样品进入水池中的具体位置；摄影机布置在水池侧面，并与水面等高；升降装置和摄影机均与控制及数据处理装置相连，控制及数据处理装置用于操控炸药样品的升降以及高速摄影机的运行，并得到在炸药水下爆炸后，由于冲击波的作用所产生的水面现象的对应图像结果，然后对图像进行分析处理，以此分别从做功和功率的角度去获得与对比样品的冲击波能当量大小，突破了以往仅仅从能量角度比较的局限性；具有测试准确、稳定可靠、测试成本低以及便于操作等优点。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例提供一种炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法：将黑索金(RDX)基的含铝水下炸药样品制成长径比为1.2的圆柱形药柱，药柱总质量约为880g，药柱上留有雷管孔；将铝制的电雷管与炸药样品相连，并整体与起爆线路连接；水池内续满水，圆柱形水池的直径为10m，水池深度为7m，将炸药样品通过升降装置吊放至总水深的2/3处，从而避免水池底部和侧面墙壁对冲击波的反弹对测试结果产生影响；通过控制及数据处理装置精确控制样品的起爆，并同步启动CCD高速摄影机，摄影机的位置与水池内水平面保持等高，记录并获取炸药爆炸后水面形成的水冢随时间的变化情况。当炸药在水下发生爆炸后，水面会先形成水冢，并后续再次形成喷泉状或柱状的水柱，二者分别对应于炸药水下爆炸冲击波和气泡传播到水面时的现象，由于冲击波信号的传播时间在微秒量级，采用帧率为140万帧每秒的CCD高速摄影机，以此从时间尺度上实现冲击波和气泡脉动现象的区分，便于后续冲击波能当量的准确计算；同样，针对相同质量的对比炸药样品，按照相同步骤在相同条件下开展测试，并采集测试图像，如图2所示；筛选出测试样品和对比样品水冢面积达到最大时的图像，并获取水冢从开始形成到面积最大时所经历的时间，并记为T，对筛选出的测试图像进行处理，以水平面为X轴，水冢竖直方向的对称轴为Y轴构建二维坐标系，获得对应的二维曲线图，如图3所示；采用Origin软件对获得的二维曲线图进行积分，得到爆炸所形成水冢的最大积分面积，并记为S；用测试样品与对比样品形成水冢最大积分面积的比值W来从做功的角度表示测试炸药相对于对比炸药的水下爆炸冲击波能当量，W的定义式为：
Figure BDA0003705300160000051
分别用测试样品与对比样品形成水冢最大面积与对应水冢形成所经历的时间相除后的比值P来从功率的角度表示测试炸药相对于对比炸药的水下爆炸冲击波能当量，P的定义式为：
Figure BDA0003705300160000061
通过获取对应不同时刻的水冢图像及对应的面积，获取如表1所示的测试结果。从结果中可以看出，从热力学能、做功大小和功率的角度去评价冲击波能当量往往会得到不同的结果，更大做功能力并不一定意味着更大的功率。在实际研究和工程应用中，需要结合具体的应用需求，选取更为合理、适当的评价方法来对炸药的能量水平进行客观评估。
表1测试结果
Figure BDA0003705300160000062
/>

Claims (8)

1.一种炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将待测炸药样品制成圆柱形药柱，药柱上留有雷管孔；
步骤2，将雷管与炸药样品相连，并与起爆线路连接；
步骤3，水池内续满水，将炸药样品通过升降装置吊放至总水深的2/3处；
步骤4，通过控制及数据处理装置精确控制样品的起爆，并同步启动摄影机，摄影机的位置与水池内水平面保持等高，记录从水下爆炸冲击波传播到水面后到形成水冢的全过程，并获取对应不同时间的水冢图像；
步骤5，同样，针对相同质量的对比炸药样品，按照步骤1～4在相同条件下开展测试，并采集测试图像；
步骤6，筛选出测试样品和对比样品水冢面积达到最大时的图像，并获取水冢从开始形成到面积最大时所经历的时间，并记为T，对筛选出的测试图像进行处理，以水平面为X轴，水冢竖直方向的对称轴为Y轴构建二维坐标系，获得对应的二维曲线图；
步骤7，采用Origin软件对获得的二维曲线图进行积分，得到爆炸所形成水冢的最大积分面积，并记为S；
步骤8，用测试样品与对比样品形成水冢最大积分面积的比值W来从做功的角度表示测试炸药相对于对比炸药的水下爆炸冲击波能当量，W的定义式为：
Figure FDA0003705300150000011
步骤9，分别用测试样品与对比样品形成水冢最大面积与对应水冢形成所经历的时间相除后的比值P来从功率的角度表示测试炸药相对于对比炸药的水下爆炸冲击波能当量，P的定义式为：
Figure FDA0003705300150000012
2.如权利要求1所述的炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，其特征在于，所述步骤1中，炸药样品的长径比为1～1.2，质量为0.5～1kg。
3.如权利要求1所述的炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，其特征在于，所述步骤2中，雷管为铝制或铜制壳体的电雷管。
4.如权利要求1所述的炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，其特征在于，所述步骤3中，水池的直径不小于10m，水池深度不小于7m。
5.如权利要求1所述的炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，其特征在于，所述升降装置设在水池上方，用于将炸药样品吊放至水池内。
6.如权利要求1所述的炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，其特征在于，所述控制及数据处理装置与升降装置和摄影机相连，用于操控炸药样品的升降、炸药样品起爆、摄影机的运行并采集测试图像。
7.如权利要求1所述的炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，其特征在于，所述摄影机为CCD高速摄影机，其帧率在100万帧每秒以上。
8.如权利要求7所述的炸药水下爆炸冲击波能当量表征的方法，其特征在于，所述步骤4中，当炸药在水下发生爆炸后，水面会先形成水冢，并后续再次形成喷泉状或柱状的水柱，二者分别对应于炸药水下爆炸冲击波和气泡传播到水面时的现象，利用帧率在100万帧每秒以上的CCD高速摄影机从时间尺度上实现二者的区分，便于冲击波能当量的准确计算。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102253083A (zh) * 2011-05-07 2011-11-23 西安近代化学研究所 高能内爆炸药爆轰性能测试方法
CN105353102A (zh) * 2015-12-08 2016-02-24 西安近代化学研究所 一种温压炸药半密闭坑道内爆炸综合效应评价方法
CN108009385A (zh) * 2017-12-29 2018-05-08 中国人民解放军陆军工程大学 用于模拟离心机水下爆炸试验炸药等效药量的估算方法
CN108828008A (zh) * 2018-04-19 2018-11-16 西安近代化学研究所 一种基于冲击波超压和准静压的炸药内爆炸威力评价方法
CN111272815A (zh) * 2020-03-11 2020-06-12 安徽理工大学 基于水下爆炸法的实验装置及炸药爆炸能量标准化评价方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102253083A (zh) * 2011-05-07 2011-11-23 西安近代化学研究所 高能内爆炸药爆轰性能测试方法
CN105353102A (zh) * 2015-12-08 2016-02-24 西安近代化学研究所 一种温压炸药半密闭坑道内爆炸综合效应评价方法
CN108009385A (zh) * 2017-12-29 2018-05-08 中国人民解放军陆军工程大学 用于模拟离心机水下爆炸试验炸药等效药量的估算方法
CN108828008A (zh) * 2018-04-19 2018-11-16 西安近代化学研究所 一种基于冲击波超压和准静压的炸药内爆炸威力评价方法
CN111272815A (zh) * 2020-03-11 2020-06-12 安徽理工大学 基于水下爆炸法的实验装置及炸药爆炸能量标准化评价方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
近水面水下爆炸水柱形成实验研究;李梅;王树山;魏继锋;仲霄;;船舶力学(第11期);全文 *

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