CN107966227A - 一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置，其主要特点是效应靶装置由基座、中间体、响应膜片、盖板、密封孔、引压孔、压紧螺栓孔、压紧螺栓、辅助孔、辅助板构成；外界冲击波作用到所述效应靶装置上，首先经过盖板的引压孔，作用到响应膜片的5个工作区域，使其发生塑性变形，向下方密封孔内凹陷，测量最大挠度值，依据膜片变形与冲击波作用的量效关系，得到冲击波压力峰值。本发明的显著优点是轻便易于布设，密封性好，消除了冲击波绕射的干扰，有效量程宽，基本覆盖了能够毁伤靶标的压力范围，有效解决了动爆场靶标冲击波压力变化范围大的测量问题，提高了动爆场靶标压力测量的精度与可靠度，满足动爆场靶标的冲击波压力测量需求。

Description

一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置

技术领域

本发明属毁伤评估技术领域，主要涉及一种压力效应靶装置，特别是一种适用于靶标冲击波压力测量的效应靶装置。

背景技术

毁伤评估，是综合考虑武器弹药威力、目标易损性、弹目作用环境等因素，依据毁伤作用规律和毁伤数据，综合估量和评定弹药对目标毁伤效能/效果的过程。冲击波是爆炸产生的重要毁伤元之一，是表征弹药爆炸威力的重要指标。靶标冲击波压力，即爆炸时靶标结构所受的压力载荷，是靶标结构破坏的作用源，是靶标毁伤效果评估的基础。

过去，针对冲击波超压等爆炸本征参量开展了大量研究，建立了等效压力罐法、等效靶板法、生物试验法、电测法、效应靶法等一系列测量方法，但对靶标压力载荷的关注相对较少，针对动爆场靶标压力测量方法的研究更为罕见。

动爆场靶标冲击波压力测量的工程环境极为恶劣，和静爆场相比，部分靶标变形严重，甚至发生解体，在这种情况下压力电测装置难以生存；而且在大型测评活动中，靶标多，测点有时达到数百点，且时间紧，地形复杂，采用电测法布设困难，且成本高昂，难以承受。效应靶装配简单、成本较低、布设方便、生存能力强，可以作为冲击波压力测量的有效方法，如发明专利“测量可移动靶标冲击波压力峰值的效应靶结构及测试方法”中所述的效应靶。

在动爆场中，弹着点不定，靶标冲击波压力的大小差异较大，现有的效应靶有效量程范围较小，不能覆盖对靶标产生有效毁伤的全部压力范围；此外，弹目交会的方向不定，冲击波压力的作用方向不定，必须将效应靶后端密封，防止冲击波绕射的干扰。

现有技术的不足和缺陷为：(1)效应靶压力测量的量程范围较小，不能覆盖有效毁伤的压力范围；(2)效应靶后端与两侧未密封，测量入射角较大的冲击波时，冲击波绕射的干扰较大。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，提出了一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置，量程范围大，受冲击波作用方向的干扰小，达到在动爆场中测量靶标冲击波压力峰值的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供的适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置(如图1所示)包括基座、中间体、响应膜片、盖板、密封孔、引压孔、压紧螺栓孔、压紧螺栓、辅助孔、辅助板。其中：

所述的基座，采用14#标准槽钢制作，材料为碳素结构钢，外观平整无缺陷，为效应靶的支撑结构，下部为辅助板，顶部为中间体，槽钢腹板上以5个密封孔为中心分别均匀分布着6个压紧螺栓孔(如图2所示)，直径为8mm，相邻密封孔共用1个压紧螺栓孔，用于连接中间体、响应膜片与盖板，槽钢翼缘角隅均有一个辅助孔，用于效应靶运输或安装，共4个，辅助孔直径为7mm；

所述的中间体，处于基座的上方和响应膜片的下方，由碳素结构钢制作，长方形薄板结构，长宽尺寸与基座上表面相同，贴合于基座上表面，如图3所示，薄板上从大到小线性分布5个密封孔，孔的圆心均处于薄板的纵向中心线上，密封孔为通孔，每个密封孔周围均匀分布着6个压紧螺栓孔，直径为8mm，相邻密封孔共用1个压紧螺栓孔，中间体的螺栓孔应与基座的螺栓孔一一对应，形成通孔，用于连接基座、响应膜片与盖板；

所述的响应膜片，处于中间体的上方和盖板的下方，由经过表面热处理的软铝制作，长方形膜片，长宽同基座上表面，贴合于中间体上表面，表面平齐无褶皱，在对应中间体的压紧螺栓孔位置处留有通孔，孔径与压紧螺栓相同，用于连接基座、中间体与盖板；

所述的盖板，处于响应膜片的上方，由碳素结构钢制作，长方形薄板结构，长宽尺寸与基座上表面相同，贴合在压力响应膜片上表面并与中间体前后左右对齐，如图4所示，盖板纵向中心线上从大到小线性分布5个引压孔，引压孔为倒角120度的通孔，其底部尺寸与对应位置处中间体的密封孔相同，每个引压孔周围均匀分布着6个压紧螺栓孔，直径为8mm，相邻引压孔共用1个压紧螺栓孔，盖板的螺栓孔与中间体的螺栓孔一一对应，形成通孔，用于连接基座、中间体与响应膜片；

所述的辅助板，处于基座的下方，由碳素结构钢制作，为两个长方形薄板结构，与基座通过焊接连接，用于效应靶搬运或布设；

所述的基座、辅助板与中间体通过焊接连接，基座、中间体、响应膜片、盖板通过压紧螺栓孔与压紧螺栓连接，组成所述的一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置。

优选的，所述的密封孔直径分别为50mm、40mm、30mm、30mm、20mm，所述的响应膜片厚度为0.2mm。相应的，响应膜片形成5个工作区域，直径为50mm、40mm、30mm、30mm、20mm，可测量的冲击波压力范围为0.04-4.0MPa，扩大了效应靶的量程范围，基本覆盖了能够毁伤靶标的压力范围。由于0.09-1.5MPa的冲击波压力载荷在试验中较为常见，因此设置2个30mm直径的工作区域，降低破片、泥沙的干扰，提高压力测量的可靠度。

优选的，所述的盖板厚度取5mm，所述的中间体厚度取8mm，所述的基座由14#槽钢制作，长450mm、宽140mm，采用这种设计的效应靶较为轻便，易于布设安装。膜片最大变形挠度为7mm，因此8mm的密封孔深度不影响膜片变形。

所述的一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置，当响应膜片受压时，膜片向密封孔内凹陷，如图5所示。所述的密封孔为中间体、基座、响应膜片围成的密闭空间，使响应膜片只受外部的压力作用，避免了冲击波绕射的干扰，提高了测量精度。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

(1)本发明提出的一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置，响应膜片具有四种工作直径，扩大了量程，可测量0.04-4.0MPa的冲击波压力载荷，基本覆盖了能够毁伤靶标的压力范围，有效解决了动爆场靶标冲击波压力变化范围大的测量问题。

(2)本发明提出的一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置，响应膜片工作范围的下部为密封孔，避免了冲击波绕射的干扰，提高了测量精度。

附图说明

图1是一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶结构图；

图2是基座结构图；

图3是中间体示意图；

图4是盖板示意图；

图5是响应膜片变形示意图；

图6是卡车毁伤效应试验的效应靶变形图；a：本发明的效应靶，b:未密封的对比效应靶

图7是装甲车辆毁伤效应试验的效应靶变形图；a：本发明的效应靶，b：六联式效应靶

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

遵从上述技术方案，如图1所示，本发明的优选实施例是一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置，由基座1、中间体2、响应膜片3、盖板4、密封孔5、引压孔6、压紧螺栓孔7、压紧螺栓8、辅助孔9、辅助板10构成。

制作时，将中间体2置于基座1上表面对齐，焊接连接中间体2与基座1，然后在基座1与中间体2上制作压紧螺栓孔7，在基座1上制作4个辅助孔9，并将2个辅助板10焊接到基座上。响应膜片3贴合在中间体2的上表面，盖板4贴合在响应膜片3的表面，并与中间体2四边对齐，通过压紧螺栓8与压紧螺栓孔7将盖板4、响应膜片3、中间体2、基座1连接。与中间体2上的5个密封孔结合，响应膜片3形成了5个圆形工作区域，直径分别为50mm、40mm、30mm、30mm、20mm。

当外界冲击波作用到所述效应靶装置上，首先经过盖板4的引压孔6，作用到响应膜片3的5个工作区域，使其发生塑性变形，向下方密封孔5内凹陷。膜片变形与冲击波作用之间存在确定的量效关系，通过测量最大挠度值，可得到的冲击波压力峰值。

根据激波管校准得到的厚度0.2mm响应膜片的变形与冲击波作用压力之间的关系，工作区域直径50mm的响应膜片可测量的冲击波作用压力为0.04-0.8MPa，40mm的响应膜片可测量的冲击波作用压力为0.06-1.1MPa，30mm的响应膜片可测量的冲击波作用压力为0.09-1.5MPa，40mm的响应膜片可测量的冲击波作用压力为0.2-4.0MPa。可知，该实施例的冲击波压力测量范围为0.04-4.0MPa，基本覆盖了能够毁伤靶标的压力范围(当冲击波作用载荷大于4.0MPa时，靶标已经处于过毁伤状态，没有压力测量的意义)。

所述效应靶装置，长450mm、宽140mm，基座1厚6mm，中间体2厚8mm，盖板4厚5mm，总重约9kg，较为轻便，易于在环境恶劣的动爆场布设安装。

申请人采用本发明进行了卡车靶标毁伤效应试验，测量卡车靶标的冲击波压力。试验弹装药90kg，速度198m/s，触地爆炸，卡车中心距离弹药中心18m。本发明的效应靶装置和对比效应靶装置(响应膜片后端未密封)，通过强磁铁安装于卡车侧面，效应靶上表面与卡车侧面平行。两个效应靶并列横向放置，中心距地面1.6m。效应靶中心距弹中心为15.3m，冲击波入射方向与效应靶平面的夹角为27°。试验后，观察效应靶的变形情况，如图6所示。从中可以发现，由于冲击波入射角较小、绕射作用较强，未密封对比效应靶，响应膜片的多个工作区域发生凸起，为无效数据；本发明效应靶具有较好的密封性能，响应膜片各工作区域发生凹陷变形，变形形式较为一致，有效数据多，测量精度较好。此外，本发明效应靶响应膜片的第三个工作区域(直径30mm)被破片击穿，无法得到对应冲击波压力值，是无效数据。这说明，在动爆场中，膜片有必要设置多个工作区域，减小破片、泥沙、尘土等的影响，提高压力测量的可靠度。

为了验证本发明效应靶的宽广性，申请人进行了装甲车辆靶标的毁伤效应试验，测量装甲车辆外表面的冲击波压力。试验弹装药210kg，速度270m/s，触地爆炸，装甲车中心距离弹药中心8.8m。本发明的效应靶装置和六联式效应靶装置(具有6个直径30mm的响应区域)，通过强磁铁安装于装甲车侧面，效应靶上表面与卡车侧面平行。两个效应靶并列横向放置，中心距地面1.0m。效应靶中心距弹中心为7.3m，冲击波入射方向与效应靶平面的夹角为45°。试验后，观察效应靶的变形情况，如图7所示。从中可以发现，由于冲击波作用较强，已经超出30mm直径0.2mm厚膜片的压力测量范围，六联式效应靶的6个30mm膜片全部被击穿，无法给出冲击波压力载荷值；本发明的效应靶，50mm、40mm、30mm区域膜片被全部击穿，但20mm膜片有效量程较大、未被击穿，其变形是有效数据，依据变形与压力的关系，得到该点处冲击波压力载荷为2.86MPa。

从分析结果和测量结果可以看出，本发明提出的一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置，轻便易于布设，密封性好，消除了冲击波绕射的干扰，有效量程宽，基本覆盖了能够毁伤靶标的压力范围，有效解决了动爆场靶标冲击波压力变化范围大的测量问题，提高了动爆场靶标压力测量的精度与可靠度，说明本发明适用于动爆场靶标的冲击波压力测量。

Claims (1)

1.一种适用于动爆场靶标冲击波压力测量的效应靶装置，其特征在于，包括基座(1)、中间体(2)、响应膜片(3)、盖板(4)、密封孔(5)、引压孔(6)、压紧螺栓孔(7)、压紧螺栓(8)、辅助孔(9)、辅助板(10)；

所述的基座(1)，采用14#槽钢制作，上表面长450mm宽140mm，效应靶的支撑结构，基座(1)侧面底部有一个直径7mm辅助孔(9)，共4个，用于效应靶运输或安装；

所述的辅助板(10)，处于基座(1)下方，为碳素结构钢制作的两个长方形薄板结构，与基座(1)通过焊接连接，用于效应靶搬运或布设；

所述的中间体(2)，由碳素结构钢制作，长方形薄板结构，长宽尺寸与基座(1)上表面相同，厚8mm，贴合于基座(1)上表面，与基座(1)通过焊接连接，从大到小线性分布5个密封孔(5)，孔的圆心均处于薄板的纵向中心线上，密封孔(5)为通孔；

所述的响应膜片(3)，由经过表面热处理的软铝制作，长方形膜片，长宽同基座(1)上表面，厚0.2mm，贴合于中间体(2)上表面，表面平齐无褶皱；

所述的盖板(4)，由碳素结构钢制作，长方形薄板结构，长宽尺寸与基座(1)上表面相同，厚5mm，贴合在响应膜片(3)上表面，盖板(4)纵向中心线上从大到小分布5个引压孔(6)，为倒角120度通孔，底部尺寸与对应位置处密封孔(5)相同；

所述的基座(1)、中间体(2)、响应膜片(3)、盖板(4)，留有位置相同的直径8mm压紧螺栓孔(7)并形成通孔，在每个密封孔(5)周围均匀分布6个压紧螺栓孔(7)，相邻密封孔(5)共用1个压紧螺栓孔(7)，通过压紧螺栓(8)紧固连接基座(1)、中间体(2)、响应膜片(3)、盖板(4)；

所述的密封孔(5)为基座(1)、中间体(2)、响应膜片(3)围成的圆柱形密闭空间，使响应膜片(3)只受外部的压力作用，避免了冲击波绕射的干扰，提高了测量精度，密封孔(5)深8mm，大于响应膜片(3)的最大变形挠度7mm，不影响响应膜片(3)的变形；

所述的密封孔(5)，直径分别为50mm、40mm、30mm、30mm、20mm，与引压孔(6)结合，使响应膜片(3)形成5个直径分别为50mm、40mm、30mm、30mm、20mm的响应工作区域，可测量的冲击波压力范围为0.04-4.0MPa，有效解决了动爆场靶标冲击波压力变化范围大的测量问题，设置2个30mm直径的工作区域，有助于降低破片、泥沙的干扰，提高压力测量的可靠度。