一种用于破片撞击试验用爆轰驱动式发射装置的设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于破片撞击试验用爆轰驱动式发射装置的设计方法，适用于武器弹药的标准破片撞击安全性试验，简单方便，安全可靠，为该类型试验装置的设计提供了有益参考。该设计方法是通过炸药格尼速度计算破片速度的理论公式，并辅以壳体、炸药、隔板、弹托和标准破片的相关材料参数，在得到标准破片期望飞行速度的前提下，获得最终的设计方案。本发明专利技术简单方便，安全可靠，对各种武器弹药的标准破片撞击安全性试验均有很好的适用性，可以轻松驱动标准破片达到试验要求的速度，并能很好地提高试验的精度控制。

【技术实现步骤摘要】
一种用于破片撞击试验用爆轰驱动式发射装置的设计方法
本专利技术属于武器弹药安全性
，具体为一种用于破片撞击试验用爆轰驱动式发射装置的设计方法。
技术介绍
在武器弹药安全性研究领域，美军标MIL-STD-2105D规定了基本安全性试验，主要检验武器弹药的环境适应能力，这是一个连贯性的试验过程，包括28天温湿度循环、振动试验、4天温湿度循环以及12米跌落试验。除此之外，还规定了6项不敏感试验，包括快速烤燃、慢速烤燃、子弹撞击、标准破片撞击、聚能射流和殉爆，主要检验武器弹药遭遇意外安全性时的能力。这其中，标准破片撞击试验是对武器弹药在战场环境下，标准破片高速撞击下的安全性评价与考核的最有效的试验手段。试验方法一般通过一定的方法将标准破片加速到规定速度，然后高速撞击武器弹药，依据试验结果判定武器弹药遭遇标准破片撞击时的不敏感性。此试验中，如何将标准破片加速到规定速度是试验能否成功的关键，所以要求标准破片发射装置瞬时响应能力强，同步性好，简单方便，可操作性强，同时要对试验的干扰小，确保只有标准破片以规定的速度撞击武器弹药。而现有的标准破片加速装置很难全部满足这些条件，例如使用火炮(30炮或40炮)发射，破片的速度可以达到规定速度，对破片的保护也较好，但是成本高昂，难以承担；如果利用一、二级轻气炮，破片速度也可以达到规定速度，但是成本同样很高，而且不适于在野外作业；使用电磁炮发射，破片速度较高，且连续可调，但是该技术成熟度较低，使用成本高，轨道寿命低，而且对电源的要求特别高，同样也不适于在野外作业。具体如下分析。电磁发射技术有4方面的主要关键问题，即高功率脉冲电源技术、电力调节控制技术、抗烧蚀技术、轨道、弹丸材料及结构技术。(1)高功率脉冲电源是实现脉冲功率的能量压缩装置。目前，研究的储能形式有电容储能、电感储能、机械能、化学能和核能，前3种是研究重点。电容器储存电能充放电时间短，且安全无噪声，但储能密度低，有漏电，难以长期储存；电感储能是通过断路开关把能量送到负载上，此方式具有储能密度高、体积小、成本低的优点；机械能储能通常采用单极电机储存能量，放电过程中近似恒流源、尺寸小、经济等优点。其缺点为电压低、电感充电时间长、能量利用率较低，且能量需即时存储。脉冲电源为电磁发射过程提供能量，当前实验研究发射效率(出口动能与消耗电能之比)普遍较低。(2)脉冲电源释放的强电流不能直接用于电磁发射，这是由于单脉冲电流产生的电磁推力会伴随很强的震荡，且能量转化效率低。(3)发射轨道材料和结构技术是电磁发射的重要研究领域。传统轨道式发射装置结构为2根轨道与电源相连，其轨道材料通常是单一材料或采用在轨道表面覆盖镀层材料。为了改善轨道发射性能，各类材料和结构技术被提出，包括轨道分级放电，减少焦耳热；采用特殊材料和叠层轨道，以提高轨道电感梯度；在传统的轨道炮内表面嵌入石墨条，以改善电枢与轨道的接触状况等。弹丸在加速过程中，受到多方向结构负荷，轴向加速负荷最大，多数材料会发生塑性变化和破碎。当前往往采用细长的结构设计和复合材料。另一方面，弹丸形变直接影响外弹道飞行的精度。此外，弹丸在炮口的扰动起始角度和角速度必须很小。制导型高速弹丸也是研究的热点，目前研制的某些非制导弹丸上留有制导元件的载荷容积。(4)研究表明，在弹丸经过的轨道电极表面的烧蚀较为严重。烧蚀后轨道电极表面的形貌主要为弧痕、弧坑以及悬挂在上轨道电极上的滴状颗粒。烧蚀不但严重影响射管寿命，且弹丸前存在附着的金属碎块，可能造成发射的失败。在初始加速阶段，电流变化很大，变化的电磁力产生很大的震荡，产生起始段的撞击坑；电枢电阻率低，欧姆热耗少，容易造成与导轨的失接触，引起烧蚀；等离子体电枢不存在与导轨的失接触问题，但电阻率大、压降高和容易产生电弧，因而发射效率较低，更严重的是电弧会产生严重烧蚀。目前，防烧蚀材料在性能上尚不能满足电磁发射的需要。轻气炮和火炮加载系统具有压力调节范围大、实验精度高以及对场地条件要求不高等优点，广泛应用于材料高压物性和动态响应研究。然而，目前的火炮、二级轻气炮系统均采用固体发射药作为驱动能源，火药燃气的平均相对分子质量大、声速低，发射能力很难提高，因此发展新型高效驱动技术对于科学研究及工程应用具有重要意义。此外，采用固体发射药的气炮系统在运行过程中需要使用硝化棉、火帽、黑火药等火工品，产生大量有毒有害气体，造成环境污染。另一方面，随着公共安全要求的提高及国内外日益严峻的反恐形势，火工品的使用、运输和储存受到越来越严格的限制，致使许多研究机构的火炮、二级轻气炮系统运行受到极大限制，不仅相关研究工作无法正常开展，还造成了设备资源的极大浪费。
技术实现思路
鉴于以上原因，本专利技术提供了一种用于破片撞击试验用爆轰驱动式发射装置的设计方法，适用于武器弹药的标准破片撞击安全性试验，简单方便，安全可靠，为该类型试验装置的设计提供了有益参考。在如图1所示的标准破片发射装置中，本专利技术通过以下措施达到：步骤一：根据爆轰物理学的理论公式，利用格尼速度计算破片速度，即：其中，vf为破片飞行速度；是格尼速度；mk是破片质量；m是炸药质量。步骤二：确定炸药驱动标准破片的飞行速度，即美军标MIL-STD-2105D规定的标准破片的飞行速度vf。步骤三：确定炸药质量m。炸药的直径为d，炸药的长径比为1(即炸药厚度l1＝d)，炸药的密度为ρ1，则炸药的质量m＝π(d/2)2dρ1。步骤四：确定炸药需要驱动的“破片质量”mk，此处炸药爆轰驱动的不仅仅是标准破片的质量，还包括隔板与弹托的质量。隔板左端面与炸药紧密接触，用于衰减炸药的爆炸能量，保护标准破片不受大的损伤。弹托分为三瓣，左端面与隔板紧密接触，用于保证标准破片的安装精度，使之在炸药爆炸能量的驱动下水平向前飞行。因此，“破片质量”由标准破片质量、隔板质量和弹托质量三部分构成：(1)标准破片质量为m1＝18.6g；(2)隔板质量m2。隔板直径与炸药的直径相同，均为d，如果隔板仅由一种材料组成，且隔板厚度为l2，隔板密度为ρ2，则隔板的质量为m2＝π(d/2)2l2ρ2；如果隔板由两种或以上的材料组成，且每种材料对应的厚度和密度分别为li和ρi，则隔板的总质量为m2＝∑π(d/2)2liρi；(3)弹托质量m3。弹托为三瓣空心结构，一端设有迎风面，外径与炸药的直径相同，均为d，外部长度为lw，内径与标准破片直径相同，均为d0＝14.3mm，内孔长度为ln，弹托密度为ρt，则弹托的质量为：则“破片质量”mk＝m1+m2+m3。步骤五：将破片飞行速度vf、炸药质量m、“破片质量”mk代入步骤一的破片速度计算公式，即可确定炸药的直径。所述的格尼速度其特征在于，具有速度量纲，是炸药的特性值，炸药不同，也不同，E0为格尼能，是单位质量炸药爆炸后释放的热能中，用于气体爆轰产物和金属飞片运动的能量。所述的炸药长径比，其特征在于，炸药的长径比为1～1.5时，炸药的利用率最高，本文长径比为1。所述的标准破片，其特征在于，按照美军标STANAG4496中规定，标准破片为带锥顶的圆柱体，圆柱部分尺寸为直径14.3mm，长度14.3mm，锥顶部分尺寸为直径14.3mm，锥顶高度为1.26mm，锥角约为160°，标准破片材料为低碳钢，重18.6g。所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于破片撞击试验用爆轰驱动式发射装置的设计方法，其特征在于，在如图1所示的标准破片发射装置中，所述方法包括以下步骤：步骤一：根据爆轰物理学的理论公式，利用格尼速度计算破片速度，即：

【技术特征摘要】
1.一种用于破片撞击试验用爆轰驱动式发射装置的设计方法，其特征在于，在如图1所示的标准破片发射装置中，所述方法包括以下步骤：步骤一：根据爆轰物理学的理论公式，利用格尼速度计算破片速度，即：其中，vf为破片飞行速度；是格尼速度；mk是破片质量；m是炸药质量。步骤二：确定炸药驱动标准破片的飞行速度，即美军标MIL-STD-2105D规定的标准破片的飞行速度vf。步骤三：确定炸药质量m。炸药的直径为d，炸药的长径比为1(即炸药厚度l1＝d)，炸药的密度为ρ1，则炸药的质量m＝π(d/2)2dρ1。步骤四：确定炸药需要驱动的“破片质量”mk，此处炸药爆轰驱动的不仅仅是标准破片的质量，还包括隔板与弹托的质量。隔板左端面与炸药紧密接触，用于衰减炸药的爆炸能量，保护标准破片不受大的损伤。弹托分为三瓣，左端面与隔板紧密接触，用于保证标准破片的安装精度，使之在炸药爆炸能量的驱动下水平向前飞行。因此，“破片质量”由标准破片质量、隔板质量和弹托质量三部分构成：(1)标准破片质量为m1＝18.6g；(2)隔板质量m2。隔板直径与炸药的直径相同，均为d，如果隔板仅由一种材料组成，且隔板厚度为l2，隔板密度为ρ2，则隔板的质量为m2＝π(d/2)2l2ρ2；如果隔板由两种或以上的材料组成，且每种材料对应的厚度和密度分别为li和ρi，则隔板的总质量为(3)弹托质量m3。弹托为三瓣空心结构，一端设有迎风面，外径与炸药的直径相同，均为d，外部长度为lw，内径与标准破片直径相同，均为d0＝14.3mm，内孔长度为ln，弹托密度为ρt，则弹托的质量为：则“破片质量”mk＝m1+m2+m3。步骤五：将破片飞行速度vf、炸药...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂建新，哈海荣，焦清介，郭学永，魏敏，张韬，赵成文，
申请(专利权)人：北京理工大学，山西江阳化工有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11