一种层间协同增益的主动式冲击波与破片防护方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种层间协同增益的主动式冲击波与破片防护方法及系统，利用了预加速的主动防护概念，实现了防护层间的协同增益效果，能够同时提高两个防护层的冲击波与破片效率。具体为：在迎爆面通过冲击波防护层削弱来袭的爆炸冲击波，背爆面通过基于高性能纤维的破片防护层捕获来袭的破片；且在爆炸载荷到达所述冲击波防护层前，分别对所述冲击波防护层和所述破片防护层进行预加速，使所述冲击波防护层具有与来袭爆炸载荷方向相反的初速度，使所述破片防护层具有与来袭爆炸载荷方向相同的初速度。

An active shock wave and fragment protection method and system with interlayer cooperative gain

【技术实现步骤摘要】
一种层间协同增益的主动式冲击波与破片防护方法及系统
本专利技术涉及一种冲击波和破片防护方法，具体涉及一种层间协同增益的主动式冲击波与破片防护方法，属于公共安全防护

技术介绍
军用或者自制简易爆炸装置爆炸过程中产生的冲击波和破片载荷往往对周围环境中的人员、设备和设施产生巨大的危害；爆炸防护结构的设计一直是国内外研究的热点和重点。为减小破片载荷的二次伤害，目前越来越多的研究注意力从传统的高强度材料转移到结构脆弱材料，如细沙、液体、非金属多孔材料(聚氨酯泡沫)、非金属颗粒材料(珍珠岩)、高性能纤维布等。由于这些材料大多具备密度低、结构强度低(多指剪切、压缩或拉伸断裂强度很低，容易发生断裂)的特性，且在爆炸载荷作用下容易碎花成小颗粒(碎片)，不会产生对二次杀伤性破片，因此基于结构脆弱材料的防爆结构具有自重轻和安全性更高等优点。如何将不同种类结构脆弱材料相结合以提高防爆结构的冲击防护效率是目前研究的重点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种层间协同增益的主动式冲击波与破片防护方法，利用了预加速的主动防护概念，实现了层间的协同增益效果，能够同时提高两层材料的冲击波和破片防护效率。层间协同增益的主动式冲击波与破片防护方法，具体为，在迎爆面通过冲击波防护层削弱来袭的爆炸冲击波，背爆面通过破片防护层捕获来袭的破片；且在爆炸载荷到达所述冲击波防护层前，分别对所述冲击波防护层和所述破片防护层进行预加速，使所述冲击波防护层具有与来袭爆炸载荷方向相反的初速度，使所述破片防护层具有与来袭爆炸载荷方向相同的初速度；所述破片防护层为基于高性能纤维的防护层，所述冲击波防护层采用柔性防护材料。作为本专利技术的一种优选方式，通过在所述冲击波防护层和破片防护层之间引爆火工品分别对所述冲击波防护层和破片防护层做功的方式，对所述冲击波防护层和所述破片防护层进行预加速。此外，本专利技术提供一种层间协同增益的主动式冲击波与破片防护系统，包括：冲击波防护层、破片防护层以及设置在所述冲击波防护层和破片防护层预先加速层之间的预先加速层；所述破片防护层为基于高性能纤维的防护层，所述冲击波防护层采用柔性防护材料；使用时，所述冲击波防护层作为迎爆面；所述预先加速层内部设置有激发装置，所述激发装置与设置在爆炸物与防护系统之间的前端触发传感器电连接；当所述前端触发传感器感应到爆炸载荷时，向所述预先加速层内部的激发装置发送激发信号，所述激发装置驱动预先加速层，所述预先加速层启动后对所述冲击波防护层和所述破片防护层做功，使所述冲击波防护层具有与来袭爆炸载荷方向相反的初速度，使所述破片防护层具有与来袭爆炸载荷方向相同的初速度；所述前端触发传感器的设置位置应保证在爆炸载荷到达防护系统前的设定时间内，所述预先加速层启动。作为本专利技术的一种优选方式，所述激发装置包括设置在所述预先加速层内部同一平面内的两个以上驱动点，所述激发装置接收到所述前端触发传感器的激发信号后，所有所述驱动点同时启动驱动所述预先加速层。作为本专利技术的一种优选方式，所述预先加速层内设置有火药推进剂，所述激发装置为火药推进剂的点火器。有益效果(1)本专利技术提出的层间协同增益的主动式冲击波与破片防护方法同时考虑了冲击波和破片载荷，并考虑到了不同种类结构脆弱材料的冲击波/破片防护机理的差异，利用了预加速的主动防护概念，实现了层间的协同增益效果，能够同时提高两层材料的冲击波和破片防护效率。(2)本专利技术整个防护系统含有三层，其中预先加速层将自身的化学能或者势能转换为其他两层的动量；由于预先加速层位于中间，因此位于其前端的B类材料防护层和位于其后端的P类材料防护层获得的动量方向相反，且各自的动量对各自的防护性能都具有促进效应。且由于预先加速层处于中间，整个防护系统在能量转换后，动量守恒，所以能够实现两侧动量平衡，能够有效避免向环境引入二次动量，具有更加合理的实际用途。附图说明图1为采用本专利技术的冲击波与破片防护方法的防护系统配置图；图2为预先加速层激发后，两侧防护层在预先加速层的做功下相对反向加速的示意图。其中：1-B类材料防护层，2-预先加速层，3-P类材料防护层，4-激发装置，5-前端触发传感器，6-来袭爆炸载荷具体实施方式下面结合专利技术实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下结构实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本实施例提供一种层间协同增益的主动式冲击波与破片防护方法，考虑不同种类结构脆弱材料的冲击波/破片防护机理的差异，利用预加速的主动防护概念，实现了两个防护层间的协同增益效果，能够同时提高两层材料的冲击波与破片防护效率。层间协同增益的主动式防护结构应能同时削弱爆炸冲击波和大幅削减破片速度，因此所用的结构脆弱材料按照用途可分为两类：一类是典型的破片防护材料(称为P类材料)，如各类高性能纤维布，其主要防护机理是高强度材料的断裂；另一类是典型的冲击波防护材料(称为B类材料)，如细沙、液体、非金属多孔材料(聚氨酯泡沫和珍珠岩)等，这些材料具有良好的冲击波载荷削弱性能，其冲击波防护机理中的重要一点是动量提取效应，同时也可以通过动量提取效应降低破片运动速度。对于P类材料，高强度的材料断裂分为直接拉伸、面外剪切和非直接拉伸等形式，这些失效皆依赖于破片在材料中形成的应力(压力)水平S。对于一个静止的靶板，S基本取决于弹丸的撞靶速度Vi，即：S∝Vi；研究发现：若在破片撞击P类材料靶板前，对材料进行预先加速(即使其获得一个初速Vp，其方向与Vi相同)，会使得材料发生断裂所需要的Vi增大，原因为：根本上S取决于破片与靶板的相对速度，即：S∝Vi－Vp；由此Vp的存在使得相同撞靶速度Vi条件下，S变小，则材料P更难发生断裂，使得靶板的抗弹性能得到了提升。对于B类材料，其冲击波与破片的主导防护机理均为动量提取效应；令B类材料的靶板在冲击波防护后会获得一个最大平均速度Vbc，在某个破片防护后会局部获得一个最大速度Vbp。对于一个静止的靶板，其动量提取效应引起的冲击波削减率Cr与破片速度下降率Pr皆取决于靶板的质量mb，即B类材料的靶板质量越大，防护效果越好。对于部分可通过自身塑性变形吸能的B类材料，如聚氨酯泡沫，其额外引起的冲击波削减率，也取决于B类材料的靶板的质量mb。因此为了使得B类材料具有良好的防护效果，靶板的重量mb需要足够大。如果使得B类材料靶板在冲击波与破片载荷来袭之前，对其进行预先加速(即使其获得一个初速Vb0，其方向与来袭的冲击波与破片速度方向相反)。冲击波来袭时，来袭冲击波与B类材料靶板之间的相对速度变大，假设冲击波作用结束后，B类材料靶板整体依然获得一个最大平均速度Vbc，显然这个过程相比于静止情况下会耗散更多的冲击波能量，即Cr增大。类似的，破片来袭时，破片与B类材料靶板之间的相对速度变大，研究表明，固定面密度的B类材料靶板耗散的破片动能随着破片与B类材料靶板的相对速度的增大而增大。其原因为破片在B类材料靶板中所受的拖曳阻力增大，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层间协同增益的主动式冲击波与破片防护方法，其特征在于，在迎爆面通过冲击波防护层削弱来袭的爆炸冲击波，背爆面通过破片防护层捕获来袭的破片；且在爆炸载荷到达所述冲击波防护层前，分别对所述冲击波防护层和所述破片防护层进行预加速，使所述冲击波防护层具有与来袭爆炸载荷方向相反的初速度，使所述破片防护层具有与来袭爆炸载荷方向相同的初速度；所述破片防护层为基于高性能纤维的防护层，所述冲击波防护层采用柔性防护材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种层间协同增益的主动式冲击波与破片防护方法，其特征在于，在迎爆面通过冲击波防护层削弱来袭的爆炸冲击波，背爆面通过破片防护层捕获来袭的破片；且在爆炸载荷到达所述冲击波防护层前，分别对所述冲击波防护层和所述破片防护层进行预加速，使所述冲击波防护层具有与来袭爆炸载荷方向相反的初速度，使所述破片防护层具有与来袭爆炸载荷方向相同的初速度；所述破片防护层为基于高性能纤维的防护层，所述冲击波防护层采用柔性防护材料。


2.如权利要求1所述的层间协同增益的主动式冲击波与破片防护方法，其特征在于，通过在所述冲击波防护层和破片防护层之间引爆火工品分别对所述冲击波防护层和破片防护层做功的方式，对所述冲击波防护层和所述破片防护层进行预加速。


3.一种层间协同增益的主动式冲击波与破片防护系统，其特征在于，包括：冲击波防护层、破片防护层以及设置在所述冲击波防护层和破片防护层预先加速层之间的预先加速层；所述破片防护层为基于高性能纤维的防护层，所述冲击波防护层采用柔性防护材料；使用时，所述冲击波防护层作为迎爆面；
所述预先加速层内部设置有激发装置，所述激发装置与设置在爆炸物与防护系统之间的前端触发传感器电连接；当所述前端触发传感器感应到爆炸载荷时，向所述预先加速层内部的激发装置发送激发信号，所述激发装置驱动预先加速层，所述预先加速层启动后对所述冲击波防护层和所述破片防护层做功，使所述冲击波防护层具有与来袭爆炸载荷方向相反的初速度，使所述破片防护层具有与来袭爆炸载荷方...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄广炎，朱炜，黄风雷，陈鹏万，刘彦，王海福，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11