一种炸药爆炸冲量和风动压载荷联合测试装置

摘要

本发明公开了一种炸药爆炸冲量和风动压载荷联合测试装置，包括承压板1、传压杆2、传感器3、固定螺栓4、测试线5、固定框架6，承压板1为方形钢板，与固定框架6开口面齐平，传感器3一端通过传压杆2与承压板1固连，另一端通过固定螺栓4安装于固定框架6上，测试线5将传感器3的测试信号输出。本发明能够实现一套装置同时完成冲击波冲量载荷和风动压载荷的测试，解决了冲量载荷和风动压载荷的动态测试问题，可为弹药毁伤威力测试与评估提供技术支撑，同时减轻测试工作量，降低试验成本。

说明书

本发明属于爆炸毁伤测试与评估技术领域，具体涉及一种测试装置，特别是一种炸药爆炸冲量和风动压载荷联合测试装置。

背景技术

炸药装药在空气中爆炸产生的高温、高压爆轰产物急剧膨胀，把周围空气从原来的位置迅速挤压出去，形成空气冲击波，同时，从爆炸中心向外涌出的高压气浪紧跟在冲击波阵面后形成风动压，冲击波和风动压都会对目标造成不同程度的破坏。冲击波对障碍物的作用主要有超压载荷和冲量载荷，当冲击波的正压持续时间小于目标自身周期的四分之一时，由于目标结构尚来不及响应，冲击波作用过程已经结束，此时目标的毁伤程度主要取决于冲量载荷。对烟囱、尖塔等一类细长目标的破坏，起主要作用是风动压。这类目标的横向面积较小，冲击波在迎风面上形成的反射高压很快就被侧面稀疏波稀疏，而空气流体绕过目标形成环流向前运动，使得目标结构承受冲击风的吹袭，风动压载荷就是这种风压就加载到细长物体上的载荷。

在冲量测试方面，目前冲量测试普遍采用超压曲线积分法。由于高灵敏压传感器的广泛使用及测试技术的进步，超压峰值测试结果准确度得到了大幅度的提高，积分法直接利用测试获得的超压曲线积分得到冲量。但是，一方面受到测试条件的影响，不能获得光滑、连续的超压时间曲线时有发生；另一方面受到人为因素的影响，积分时间段起点、终点的选择会因人而异，积分结果不一致。通过多次试验结果来看，该方法获得的冲量重复性较差，对爆炸威力评估影响大。

在风动压和风动压载荷测试方面，清华大学的席葆树教授在1973年设计完成了采用电感式差压传感器的LDY-6型微压差传感器风动压测试仪器，首次成功得到了核试验现场的爆炸场风动压，西北核技术研究所的彭常贤在《空气风动压探头的动态响应研究》文中介绍了一种采用一皮托管和一膜片式双边变磁阻传感器所组成的空气风动压测试探头，探头具有两个同时进气的总压和静超压管道空腔，根据总压和静超压之差计算风动压。但是核爆炸风动压持续时间长、峰值高，而普通化学爆炸冲击波持续只有数毫秒，皮托管的响应时间很难满足化爆冲击波和风动压的测试需求。综上所述，目前对化学爆炸风动压载荷的测试还处于较低水平，还没有行业普遍认可的测试装置。

要实现对于高频的冲击波和低频风动压载荷的同时测量，需要一种对高频、低频和零频都有较好响应的压传感器，且要求在高量程和低量程范围内测量误差都很小，目前还不具有如此性能的压传感器，因此当下对冲量和风动压载荷的测试研究往往是相互独立的，且风动压载荷测试尚无较为成熟可靠的测试方法，更未见能同时实现冲量和风动压载荷的测试装置。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种炸药爆炸冲量和风动压载荷联合测试装置，该装置既能实现对高频冲击波冲量的测试，又能实现对低频风动压载荷的测试，可为弹药威力测试与评估提供支撑。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种炸药爆炸冲量和风动压载荷联合测试装置，包括承压板、传压杆、传感器、固定螺栓、测试线、固定框架。其中：

所述承压板为均质钢板，是本装置的载荷作用面，尺寸400mm×400mm×10mm，板中心开有设有内螺纹的盲孔；

所述传压杆为两端设有一定长度外螺纹的圆柱钢质杆，一端与承压板中心的盲孔配合连接，另一端与传感器受力面螺纹孔配合连接，用于将承压板表面受到的冲量载荷和风动压载荷传递给传感器；

所述传感器为轮辐式力传感器，两端面均有固定螺纹孔，传感器技术指标根据实际需求确定；

所述固定螺栓为高强度螺栓，螺纹根据传感器螺纹孔配做，用于将传感器紧固安装于固定框架壁板上；

所述测试线为五芯屏蔽线缆，用于引出传感器的输出信号；

所述固定框架为带有三角形后座的方盒型钢制框架，框架五面封闭，开口面齐平安装承压板，框架边框与承压板保持1mm左右间距，保证承压板能自由向固定框架内部运动；框架后壁板中心开有设有内螺纹的安装孔，用于配合固定螺栓紧固安装传感器，安装孔下方开有穿线孔，用于引出测试线；三角形后座底板开有至少4个框架固定孔，确保固定框架在爆炸场试验时保持静止。

本装置和简化为质量-弹簧-阻尼组成的单自由度二阶系统，系统的固有频率为ω，如果承压板受到一个脉冲载荷I，那么有传压杆传递给传感器的载荷F为

F＝Iω(1)

根据冲量准则，若本装置的周期T大于爆炸冲击波的持续时间τ的4倍时，本装置的只对冲击波冲量响应，因此本装置的固有频率需满足

本发明的一种炸药爆炸冲量和风动压载荷联合测试装置，带来的技术效果体现在以下几个方面：

(1)本发明提供了一种适用于爆炸场的冲量和风动压测试装置，解决了爆炸场冲量载荷和风动压载荷测试难题，获取的试验数据可为弹药威力评估和目标易损性研究提供支撑；

(2)本发明实现了一套装置同时完成冲量载荷、风动压载荷测试，结构简单、造价低廉、可靠性强，有助于减轻测试工作量、降低试验时间成本和经济成本。

附图说明

图1是本发明的一种炸药爆炸冲量和风动压载荷联合测试装置结构示意图；

图2是本发明中固定框架的左视图和正剖面图；

图3是本发明在爆炸场中获取的测试曲线；

图4是与本发明装置同距离处的冲击波超压曲线。

图中标号分别代表：1、承压板，2、传压杆，3、传感器，4、固定螺栓，5、测试线，6、固定框架，6-1、安装孔，6-2、穿线孔，6-3、框架固定孔。

具体实施方式

下面结合附图及优选的实施例对本发明作进一步的详述。

一种炸药爆炸冲量和风动压载荷联合测试装置，包括承压板1、传压杆2、传感器3、固定螺栓4、测试线5、固定框架6。其中：

所述承压板1为均质钢板，是本装置的载荷作用面，尺寸400mm×400mm×10mm，板中心开有设有内螺纹的盲孔；

所述传压杆2为两端设有一定长度外螺纹的圆柱钢质杆，一端与承压板1中心的盲孔配合连接，另一端与传感器3受力面螺纹孔配合连接；

所述传感器3为轮辐式力传感器，两端面均有固定螺纹孔，传感器技术指标根据实际需求确定；

所述固定螺栓4为高强度螺栓，螺纹根据传感器螺纹孔配做，用于将传感器3紧固安装于固定框架6壁板上；

所述测试线5为五芯屏蔽线缆，用于引出传感器3的输出信号；

所述固定框架6为带有三角形后座的方盒型钢制框架，框架五面封闭，开口面齐平安装承压板1，框架边框与承压板1保持1mm间距，保证承压板1能自由向固定框架6内部运动；框架后壁板中心开有设有内螺纹的安装孔6-1，用于配合固定螺栓4紧固安装传感器3，安装孔6-1下部开有穿线孔6-2，用于引出测试线5；三角形后座底板开有框架固定孔6-3，用于在试验场安装固定框架6，保证固定框架在试验时保持静止。

本发明的一种炸药爆炸冲量和风动压载荷联合测试装置，其工作流程如下：将本装置置于爆炸场，高频冲量载荷i作用于承压板1后，承压板1所受冲量载荷通过传压杆2传递给传感器3，传感器3受力后输出电压值U₁，承压板1开始阻尼振动，系统自振周期为T；紧接着低频的动压载荷继续作用于承压板1，承压板1在阻尼振动上叠加了风动压载荷作用引起的运动，阻尼振动持续时间相对风动压的持续时间短，阻尼振动结束后，承压板1表面受到风动压载荷q作用，传感器3持续输出平台电压值U₂，平台的持续时间决定于风动压载荷的持续时间。若传感器灵敏度为S，承压板1面积为A，冲量载荷i和风动压载荷q分别为

其中，i为爆炸冲击波冲量载荷，Pa·s；q为爆炸风动压载荷，Pa；S为测力系统灵敏度，V/N；A为承压板1面积，m²；U₁为系统输出电压首峰值，V；U₂为系统输出的平台电压值，V。

申请人采用本发明的一种炸药爆炸冲量和风动压载荷联合测试装置在30kg某含铝炸药爆炸场开展了冲量和风动压载荷测试试验，装置选用的轮辐式力传感器量程为5吨，系统灵敏度为1.41×10^-3V/N，装置距离爆心8m，获得的测试曲线如图3所示，该距离处的冲击波反射压超压曲线如图4所示。从图3可以读出，本装置的自振周期T为13.30×10^-3s，角频率ω＝472.6rad/s，电压首峰值U₁＝5.234V，得到冲量载荷i＝489.9Pa·s，平台电压值U₂＝0.302V，得到风动压载荷q＝13.36×10³kPa。图4读出该距离处冲击波脉宽τ为3.21×10^-3s，满足T＞4τ，验证了本装置频率设计复合要求。利用积分法，求得图4所示冲击波冲量为497.4Pa·s，验证了本装置冲量测试的准确性。