CN116337656A - 一种可控气态爆轰超压模拟装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于爆炸波技术领域，公开了一种可控气态爆轰超压模拟装置及实验方法。可控气态爆轰超压模拟装置包括从前至后顺序连接的爆轰段和均压段，爆轰段和均压段之间设置有隔离膜片；爆轰段的前端面设置有点火装置；爆轰段的前段设置有泄气口，泄气口上覆盖有泄气膜片；均压段的前端设置有固定架，固定架上安装试验件。实验方法通过在爆轰段内充入预混燃气，预混燃气点火起爆，充分释放的化学能形成爆轰波，爆轰波向下游传播直接作用到均压段的试验件上，实现爆炸波超压模拟。可控气态爆轰超压模拟装置及实验方法成本低、适合2.5m以上的大口径模拟装置、具有6MPa以上的高超压模拟能力，重复性好、试验效率高，具有工程应用价值。
Description
技术领域
本发明属于爆炸波技术领域，具体涉及一种可控气态爆轰超压模拟装置及实验方法。
背景技术
炸药、燃气以及核弹爆炸均会产生强烈的爆炸波，爆炸波具有传播速度快、反射超压高等特点，并伴随火灾、尘埃、气体污染等次生灾害，作用到建筑、设备、武器装备以及生物组织上面，具有极强的破坏性。爆炸波在物体上的反射压强曲线，即超压作用曲线是评估爆炸波破坏能力最重要的参数，超压作用曲线具有峰值高、指数衰减、存在负压强等特点，并近似服从Friedlander波形结构。
由于在开放环境、受限空间以及水下环境等不同条件下的爆炸波的超压作用曲线具有很强的相似性，这给试验模拟带来了很大的便利性，基于爆炸波相似性特点，国内外许多的研究团队和试验机构开展了爆炸波的超压作用曲线以及爆炸波对武器装备、生物组织等设备的破坏能力的一系列的研究。
当前，模拟爆炸波的超压环境，主要有现场爆炸模拟和激波管模拟两种方式。现场爆炸模拟是通过现场引爆炸药的方式来实现，其优势是可以实现与真实环境相似的模拟，但是，现场爆炸模拟需要大量的前期准备工作，具有准备周期长、试验成本高、重复性效果差、爆炸所需的极端条件很难复现等缺点。激波管模拟是通过激波管运行的方式来模拟超压环境，激波管模拟具有重复性好、成本较低以及模拟超压能力强的优点，但也存在2.5m以上大口径激波管在6MPa以上的高超压模拟能力很难实现的局限性。
当前，亟需发展一种低成本、大口径、高超压的可控气态爆轰超压模拟装置及实验方法。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是提供一种可控气态爆轰超压模拟装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种可控气态爆轰超压模拟装置的实验方法，用以克服现有技术的缺陷。
本发明的可控气态爆轰超压模拟装置，其特点是，所述的可控气态爆轰超压模拟装置包括从前至后顺序连接的爆轰段和均压段，爆轰段和均压段之间设置有隔离膜片；爆轰段的前端面设置有点火装置；爆轰段的前段侧壁设置有泄气口，泄气口上覆盖有泄气膜片；均压段的前端设置有固定架，固定架上安装试验件。
进一步地，所述的爆轰段和均压段均为直管体，截面形状相同，均为圆形或者方形。
进一步地，所述的爆轰段的特征尺寸D为可控气态爆轰超压模拟装置的特征尺寸，特征尺寸D根据经费、场地、建设需求及相关指标统筹考虑确定；爆轰段的长度为L，改变L实现试验件的爆轰波超压作用时间调节；均压段的长度为L2，根据试验件的测试需求设置。
进一步地，所述的泄气膜片采用塑料膜片或者金属膜片。
进一步地，所述的隔离膜片采用塑料膜片。
本发明的可控气态爆轰超压模拟装置的实验方法，包括以下步骤：
S10.试验前，在可控气态爆轰超压模拟装置中安装泄气膜片、隔离膜片、固定架和试验件，确保泄气膜片和隔离膜片的密封性，同时，试验件尽量靠近隔离膜片；
S20.试验前，在爆轰段中充入预混燃气直至达到预设的压力值，同时，在均压段中同步充入空气；确保充气过程中，隔离膜片两侧的压差小于泄气膜片的破损压差，避免隔离膜片破裂；充气完毕后，隔离膜片保持密封隔离作用；
通过调节预混燃气的组分和压力，调节爆轰波的压力；
S30.开始试验，点火装置启动，爆轰段中的预混燃气均匀点火，形成的爆轰波向均压段传播，当爆轰波传播到泄气膜片时，冲破泄气膜片，气体向爆轰段外排出，消除爆轰波在爆轰段来回反射的振荡压力，避免振荡压力对试验件产生多次超压加载；爆轰波传播至隔离膜片时，隔离膜片被瞬时烧掉，爆轰波直接作用到试验件，实现超压模拟；
S40.试验后，排出爆轰段和均压段中的废气，试验结束。
本发明的可控气态爆轰超压模拟装置及实验方法，通过在爆轰段内充入预混燃气，预混燃气点火起爆，充分释放的化学能形成爆轰波，爆轰波向下游传播直接作用到均压段的试验件上，实现爆炸波超压模拟；爆轰波的能量效率极高，适合大口径超压模拟装置，运行成本也低。而且，可控气态爆轰超压模拟装置的初始充气参数和各管段长度可调，具备实现普通爆炸到核爆的宽范围超压模拟能力，覆盖能力强。同时，预混燃气的组分能够精确控制，试验重复性好。
本发明的可控气态爆轰超压模拟装置及实验方法成本低、适合2.5m以上的大口径模拟装置、具有6MPa以上的高超压模拟能力，重复性好、试验效率高，具有工程应用价值。
附图说明
图1为本发明的可控气态爆轰超压模拟装置的结构示意图。
图中，1.爆轰段；2.均压段；3.点火装置；4.泄气口；5.泄气膜片；6.隔离膜片；7.固定架；8.试验件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1：
如图1所示，本实施例的可控气态爆轰超压模拟装置包括从前至后顺序连接的爆轰段1和均压段2，爆轰段1和均压段2之间设置有隔离膜片6；爆轰段1的前端面设置有点火装置3；爆轰段1的前段侧壁设置有泄气口4，泄气口4上覆盖有泄气膜片5；均压段2的前端设置有固定架7，固定架7上安装试验件8。
进一步地，所述的爆轰段1和均压段2均为直管体，截面形状相同，均为圆形或者方形。
进一步地，所述的爆轰段1的特征尺寸D为可控气态爆轰超压模拟装置的特征尺寸，特征尺寸D根据经费、场地、建设需求及相关指标统筹考虑确定；爆轰段1的长度为L，改变L实现试验件8的爆轰波超压作用时间调节；均压段2的长度为L2，根据试验件8的测试需求设置。
进一步地，所述的泄气膜片5采用塑料膜片或者金属膜片。
进一步地，所述的隔离膜片6采用塑料膜片。
本实施例的可控气态爆轰超压模拟装置的实验方法，包括以下步骤：
S10.试验前，在可控气态爆轰超压模拟装置中安装泄气膜片5、隔离膜片6、固定架7和试验件8，确保泄气膜片5和隔离膜片6的密封性，同时，试验件8尽量靠近隔离膜片6；
S20.试验前，在爆轰段1中充入预混燃气直至达到预设的压力值，同时，在均压段2中同步充入空气；确保充气过程中，隔离膜片6两侧的压差小于泄气膜片5的破损压差，避免隔离膜片6破裂；充气完毕后，隔离膜片6保持密封隔离作用；
通过调节预混燃气的组分和压力，调节爆轰波的压力；
S30.开始试验，点火装置3启动，爆轰段1中的预混燃气均匀点火，形成的爆轰波向均压段2传播，当爆轰波传播到泄气膜片5时，冲破泄气膜片5，气体向爆轰段1外排出，消除爆轰波在爆轰段1来回反射的振荡压力，避免振荡压力对试验件8产生多次超压加载；爆轰波传播至隔离膜片6时，隔离膜片6被瞬时烧掉，爆轰波直接作用到试验件8，实现超压模拟；
S40.试验后，排出爆轰段1和均压段2中的废气，试验结束。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，本发明公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种可控气态爆轰超压模拟装置，其特征在于，所述的可控气态爆轰超压模拟装置包括从前至后顺序连接的爆轰段（1）和均压段（2），爆轰段（1）和均压段（2）之间设置有隔离膜片（6）；爆轰段（1）的前端面设置有点火装置（3）；爆轰段（1）的前段侧壁设置有泄气口（4），泄气口（4）上覆盖有泄气膜片（5）；均压段（2）的前端设置有固定架（7），固定架（7）上安装试验件（8）。
2.根据权利要求1所述的可控气态爆轰超压模拟装置，其特征在于，所述的爆轰段（1）和均压段（2）均为直管体，截面形状相同，均为圆形或者方形。
3.根据权利要求1所述的可控气态爆轰超压模拟装置，其特征在于，所述的爆轰段（1）的特征尺寸D为可控气态爆轰超压模拟装置的特征尺寸；爆轰段（1）的长度为L，改变L实现试验件（8）的爆轰波超压作用时间调节；均压段（2）的长度为L2，根据试验件（8）的测试需求设置。
4.根据权利要求1所述的可控气态爆轰超压模拟装置，其特征在于，所述的泄气膜片（5）采用塑料膜片或者金属膜片。
5.根据权利要求1所述的可控气态爆轰超压模拟装置，其特征在于，所述的隔离膜片（6）采用塑料膜片。
6.一种可控气态爆轰超压模拟装置的实验方法，其用于权利要求1~5中的任意一种所述可控气态爆轰超压模拟装置，其特征在于，包括以下步骤：
S10.试验前，在可控气态爆轰超压模拟装置中安装泄气膜片（5）、隔离膜片（6）、固定架（7）和试验件（8），确保泄气膜片（5）和隔离膜片（6）的密封性；
S20.试验前，在爆轰段（1）中充入预混燃气直至达到预设的压力值，同时，在均压段（2）中同步充入空气；确保充气过程中，隔离膜片（6）两侧的压差小于泄气膜片（5）的破损压差，避免隔离膜片（6）破裂；充气完毕后，隔离膜片（6）保持密封隔离作用；
通过调节预混燃气的组分和压力，调节爆轰波的压力；
S30.开始试验，点火装置（3）启动，爆轰段（1）中的预混燃气均匀点火，形成的爆轰波向均压段（2）传播，同时，爆轰波反射的振荡压力向爆轰段（1）前段传播，振荡压力到达泄气口（4）后，冲破泄气膜片（5）进行卸压，避免振荡压力对试验件（8）产生多次超压加载；爆轰波传播至隔离膜片（6）时，隔离膜片（6）被烧掉，爆轰波直接作用到试验件（8），实现超压模拟；
S40.试验后，排出爆轰段（1）和均压段（2）中的废气，试验结束。
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