一种活性破片综合威力测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种活性破片综合威力测试装置及测试方法，目的是解决现有测试方法不准确问题。测试装置由封装壳体、金属滑块、吸能构件、止位挡板、密封挡环、限位螺栓、固定螺栓组成。金属滑块、吸能构件、止位挡板依次紧贴同轴嵌套于封装壳体内。金属滑块可自由滑动，密封挡环固定在封装壳体右侧。通过测量金属滑块位置变化读取吸能构件压缩位移量，根据吸能构件能量灵敏度系数得到吸能构件变形能；再测量毁伤冲击前后标点位置变化，计算金属滑块内最大压深、发生塑性变形区域的面积、体积，结合金属滑块能量平衡模型中各相关系数得到金属滑块变形能，两变形能之和为测试结果。本发明专利技术实现了活性破片威力快速无源测试并解决了测试不准确问题。准确问题。准确问题。

【技术实现步骤摘要】
一种活性破片综合威力测试装置及测试方法


[0001]本专利技术属于一种破片威力测试装置及方法，特别涉及一种活性破片撞击侵彻及释能的综合毁伤威力测试装置及测试方法，更具体地，是涉及一种在密闭空间内利用金属开坑和结构变形性能对活性破片综合毁伤能力进行测试的装置及利用该装置对毁伤能力进行测试的方法。
技术背景
[0002]活性破片是一种含能的毁伤元，它突破了传统弹药破片(自然金属破片)仅靠动能进行毁伤的威力限制，是一种以动能侵彻为基础，并通过撞击引发反应并释放化学能的反应性亚稳态材料破片。活性破片在与目标撞击时，发生动能侵彻的同时，还通过一定速度的化学反应释放出能量，产生爆炸效果，对目标内部或后部进行更大程度破坏。活性材料的动态能量释放特性直接影响到其撞击反应和终点毁伤等性能，所以对其整体能量释放特性的表征及评估对于活性材料配方设计、毁伤效应和性能评估等方面具有重要意义。
[0003]传统的能量释放威力测试方法是在静态条件下起爆炸药后进行，而活性材料的能量释放威力高度依赖于撞击过程，因此2005年美国NSWC的Ames专利技术了一种冲击作用下活性材料动态能量释放特性的实验测量方法(ventedchambercalorimetry,VCC)，即直接弹道实验，至今大部分研究活性材料释能特性的测试手段都是基于直接弹道实验，实验方法为在一个初始密封且一侧端盖为金属薄靶的圆柱形空腔内设置一固定的硬质砧板，活性材料弹丸以一定的速度穿透金属薄靶撞击至硬质砧板上，撞击过程后弹丸破碎成可在空气中持续燃烧的碎片群，碎片群持续反应放热使空腔内的空气温度升高，并通过压力传感器有源测量出空腔内的准静态压力值，从而分析出活性材料释放能量与该准静态压力的关系。
[0004]直接弹道实验可以较好地测试出活性材料反应释能参数，但活性破片作为毁伤元，其综合毁伤威力包括动能侵彻靶板时产生的开坑(或穿孔)、靶板运动、破碎反应释能等三个主要部分。直接弹道实验中由于硬质砧板是固定的，且通常使用坚硬材料制作以避免活性破片撞击后产生开坑影响对反应释能的测试，因此开坑(或穿孔)和靶板运动部分威力无法进行测试。另外，直接弹道实验中的测试，主要是依靠电学压力传感器对圆柱形容器内的空气热力学状态的变化进行测量，再分析换算得到活性材料的反应释能。由于测量是在密闭空间内进行测试，碰撞过程中产生的碎片颗粒(未反应或者反应不充分)会撞击到电学传感器敏感面上产生一定的寄生输出，导致综合毁伤威力测试结果不准确；同时反应过程中产生的振动和电磁干扰等也会对电学传感器的测量产生一定的影响，使得测量结果有偏差。
[0005]综上所述，若使用现有测试方法进行活性破片综合毁伤威力测试，则至少存在如下技术问题：
[0006]1.直接弹道实验忽略了硬质砧板的变形能和动能，导致无法准确测试出活性破片的综合毁伤威力。
[0007]2.直接弹道实验的电学测量系统易受空腔内环境影响，且需要进行热力学换算得
到反应释能，使得数据测量不准确、数据处理较繁琐。
[0008]实际上，要实现活性破片撞击侵彻及释能的综合毁伤威力的无源高精度测试，首先可以将无源测量结构设计得更加简易、可靠，提升测试系统的容错性，其次可以对活性破片的爆炸空间进行一定的约束，从而降低其动态能量的输出范围和对外热交换的能耗，提升测量系统的精度，最终通过设置可滑动式金属靶板和高灵敏度吸能构件将活性破片综合毁伤威力转变为可定量测量的不可逆吸能变形，提升测量系统灵敏度的同时既考虑了金属靶板的变形能和动能，又避免了电学测量仪器的使用，从而实现对活性破片动态释能威力的精准评价。常见的不可逆吸能变形过程包括塌陷、切削、扩径等，其中塌陷式吸能方式为冲击构件撞击材料过程中的塑性变形能耗、损伤能耗和摩擦发热能耗。
[0009]现有研究表明，受撞后金属靶板开坑的耗能情况可基于改进后的能量平衡模型进行表征，该能量平衡模型包括塌陷阻力功、塑性变形表面能和塑性变形体积能，虽然能量平衡模型是半经验公式，但已经广泛应用于工程问题中，可以用于金属靶板开坑所需能量的定量测量。此外，经过合理的设计，吸能构件材料的变形吸能和压缩过程中的应力也可以更加平稳控制，从而使得塌陷吸能与塌陷位移在准静态及动态加载下均有较好的线性关系，能够用于变形吸能的定量测量。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题是提出一种活性破片撞击侵彻及释能的综合威力测试装置及方法，其综合威力包括活性破片动能侵彻金属靶板时产生的开坑、靶板运动、破碎反应释能等三个主要部分，解决现有活性破片释能测试方法中威力测试仅包括破片破碎后反应释能却未考虑硬质砧板的变形能和动能的局限性问题，从而能够精确测试出活性破片的综合毁伤威力，同时避免电学测量系统技术中因环境干扰导致的寄生输出以及数据处理较繁琐、布线复杂等问题。
[0011]本专利技术利用金属滑块和吸能构件将活性破片冲击碰撞释放的综合能量定量转化为金属滑块朝向活性破片侧面的凹陷变形量与吸能构件的塌陷位移量，从而实现在爆炸场活性破片释能威力的快速定量无源测试。
[0012]本专利技术测试装置由封装壳体、金属滑块、吸能构件、止位挡板、密封挡环、限位螺栓、固定螺栓组成。定义止位挡板和密封挡环所在的一端为本专利技术测试装置的右端，没有止位挡板和密封挡环的一端为左端。金属滑块、吸能构件、止位挡板按从左至右的顺序依次紧贴同轴嵌套于封装壳体内，金属滑块右端面紧贴吸能构件左端面，吸能构件右端面紧贴止位挡板左端面。金属滑块位于活性破片右侧，金属滑块在封装壳体内可自由滑动。密封挡环通过固定螺栓将止位挡板固定在封装壳体右侧，以防止金属滑块和吸能构件从封装壳体右端滑出。限位螺栓布置在封装壳体的外侧壁，要求位于吸能构件所处封装壳体的轴向段内，以限制吸能构件的径向位移。
[0013]封装壳体用于装载金属滑块、吸能构件和止位挡板，固定初始状态下的金属滑块和吸能构件。封装壳体为带一个端面的圆筒，封装壳体左端面中心O处挖有靶孔，没有右端面。封装壳体外直径D1满足0.3m<D1<0.6m，侧壁壁厚t1满足0.01m<t1<0.05m，左端面的壁厚等于t1，内直径d1满足d1＝D1‑
2t1，长度L1满足0.25m<L1<0.5m。封装壳体右端侧壁局部环向加厚形成加厚区域，以约束吸能构件径向位移，加厚区域侧壁的长度为满足0.01m≤
加厚区域内直径为满足加厚区域侧壁的厚度为加厚区域侧壁的厚度为因此长度为的左端侧壁厚度为t1，长度为的右端侧壁厚度为封装壳体最右端存在法兰带，法兰带通过固定螺栓与密封挡环紧密接触，用于限制密封挡环的轴向位移，使得封装壳体与密封挡环一体化，法兰带径向宽度b
12
满足1.5t1<b
12
<2.2t1，法兰带厚度t
12
满足t
12
＝t1。距离封装壳体最右端为L6处，对称挖有4个直径为D6的侧孔，用于安装限位螺栓。封装壳体采用高强金属材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活性破片综合威力测试装置，其特征在于活性破片综合威力测试装置由封装壳体(1)、金属滑块(2)、吸能构件(3)、止位挡板(4)、密封挡环(5)、限位螺栓(6)、固定螺栓(7)组成；定义止位挡板(4)和密封挡环(5)所在的一端为活性破片综合威力测试装置的右端，没有止位挡板(4)和密封挡环(5)的一端为左端；金属滑块(2)、吸能构件(3)、止位挡板(4)按从左至右的顺序依次紧贴同轴嵌套于封装壳体(1)内，金属滑块(2)右端面紧贴吸能构件(3)左端面，吸能构件(3)右端面紧贴止位挡板(4)左端面；金属滑块(2)位于活性破片(10)右侧，金属滑块(2)在封装壳体(1)内可自由滑动；密封挡环(5)通过固定螺栓(7)将止位挡板(4)固定在封装壳体(1)右侧，防止金属滑块(2)和吸能构件(3)从封装壳体(1)右端滑出；限位螺栓(6)布置在封装壳体(1)的外侧壁，要求位于吸能构件(3)所处封装壳体(1)的轴向段内，以限制吸能构件(3)的径向位移；封装壳体(1)用于装载金属滑块(2)、吸能构件(3)和止位挡板(4)，固定初始状态下的金属滑块(2)和吸能构件(3)；封装壳体(1)为带一个端面的圆筒，封装壳体(1)左端面中心O处挖有靶孔(9)，没有右端面；封装壳体(1)外直径为D1，侧壁壁厚为t1，内直径为d1，长度为L1；封装壳体(1)右端侧壁局部环向加厚形成加厚区域(11)，以约束吸能构件(3)径向位移，加厚区域(11)侧壁的长度为加厚区域内直径为加厚区域(11)侧壁的厚度为封装壳体(1)最右端存在法兰带(12)，法兰带(12)通过固定螺栓(7)与密封挡环(5)紧密接触，用于限制密封挡环(5)的轴向位移，使得封装壳体(1)与密封挡环(5)一体化，法兰带(12)径向宽度为b
12
，法兰带(12)的厚度为t
12
；距离封装壳体(1)最右端为L6处，对称挖有4个直径为D6的侧孔，用于安装限位螺栓(6)；封装壳体(1)采用的材料要求满足在活性破片(10)毁伤时产生的综合威力作用下不变形，不吸收活性破片(10)释放的能量；靶孔(9)是通孔，用于保证活性破片(10)完整进入封装壳体(1)内，外场测试时，活性破片(10)以一定速度从左向右射入靶孔(9)进入封装壳体(1)，击中金属滑块(2)进行毁伤；靶孔(9)的直径D9满足确保活性破片(10)成功完整进入毁伤区域，并且尽量保证毁伤区域的密闭性；所述毁伤区域指活性破片(10)与金属滑块(2)左端面发生冲击碰撞释能的整个区域；金属滑块(2)是圆柱体，同轴置于封装壳体(1)内部，用于当作靶板，承受活性破片(10)撞击侵彻及释能所产生的综合毁伤载荷，同时在封装壳体(1)内自由无摩擦滑动，将活性破片(10)击中金属滑块(2)所释放的能量转化为金属滑块(2)自身的动能和变形能；金属滑块(2)的直径为D2，厚度为L2；金属滑块(2)的端面与封装壳体(1)中心轴OO
’
垂直，活性破片(10)发射轨迹沿着中心轴OO
’
朝向金属滑块(2)左端面；金属滑块(2)采用的材料要求金属滑块(2)在破片冲击碰撞作用下具有塑性变形能力，在破片毁伤过程中不被破片击穿；毁伤冲击测试前令金属滑块(2)上的标点区域Q为活性破片(10)冲击毁伤金属滑块(2)的预期毁伤区域，即为活性破片(10)毁伤冲击测试后三维激光扫描仪测量的区域，标点区域Q中标点数量为N2；金属滑块(2)左端面与封装壳体(1)左端面的右表面的初始距离为e2；吸能构件(3)为圆柱型，用于将金属滑块(2)的动能转化为金属滑块(2)挤压自身所做的功，吸能构件(3)的直径D3满足长度L3满足L3＝L1‑
t1‑
e2‑
L2；吸能构件(3)采用的材料要求在综合毁伤威力作用下金属滑块(2)对吸能构件(3)进行挤压时，吸能构件(3)可产生明显的塌陷变形；吸能构件(3)位于金属滑块(2)与封装壳体(1)右端加厚区域(11)之
间，吸能构件(3)左端面与金属滑块(2)右端面刚性连接，吸能构件(3)右端与加厚区域(11)刚性连接以约束吸能构件(3)径向位移；止位挡板(4)被密封挡环(5)约束在封装壳体(1)右端外侧，用于确保金属滑块(2)、吸能构件(3)限制在封装壳体(1)右侧内部，在运输和安装时保证金属滑块(2)和吸能构件(3)不会从封装壳体(1)右端滑出；止位挡板(4)为圆形板，直径D4满足D4＝D1，厚度t4满足0.9t1<t4<1.1t1；止位挡板(4)采用的材料要求止位挡板(4)受到综合毁伤威力作用时不产生塑性变形；在密封挡环(5)的约束下，止位挡板(4)左端面的四周边缘即止位挡板(4)左端面除去止位挡板(4)与吸能构件(3)的接触面剩余区域紧贴封装壳体(1)最右端的法兰带(12)，止位挡板(4)左端面中间区域紧贴吸能构件(3)右端面；止位挡板(4)上挖有N4个泄气孔(8)，泄气孔(8)用于保证封装壳体(1)中金属滑块(2)右侧空间内的气体气压与外界气压一样，确保受压气体及时排出，避免活性破片(10)毁伤释放的能量被金属滑块(2)右侧空间内的受压气体做功消耗；止位挡板(4)同轴嵌套于密封挡环(5)的中间圆环(53)处，止位挡板(4)右端面紧贴于密封挡环(5)的小圆环(52)左端面，止位挡板(4)左端面与密封挡环(5)的大圆环(51)左端面齐平；N4为正整数；密封挡环(5)通过固定螺栓(7)固定在封装壳体(1)右端法兰带(12)外侧，保持左端面与法兰带(12)右端面齐平，将止位挡板(4)固定在封装壳体(1)右端外侧；密封挡环(5)与止位挡板(4)、封装壳体(1)同轴排列，密封挡环(5)为台阶式圆环，由大圆环(51)、中间圆环(53)和小圆环(52)组成，大圆环(51)外直径为D
51
，大圆环(51)的内直径为d
51
；小圆环(52)外直径为D
52
，小圆环(52)内直径d
52
小于金属滑块(2)直径，中间圆环(53)的外直径等于D
52
，中间圆环(53)的内直径等于d
51
，大圆环(51)和小圆环(52)的厚度均为t5，中间圆环(53)的内外半径差为b5，密封挡环(5)轴向长度为h5；密封挡环(5)采用的材料要求密封挡环(5)受到综合毁伤威力作用时不产生塑性变形同时不会使止位挡板(4)脱离封装壳体(1)右端面；限位螺栓(6)用于限制吸能构件(3)的径向位移，确保吸能构件(3)始终沿着封装壳体(1)进行轴向移动；4个限位螺栓(6)分别穿过封装壳体(1)抵住吸能构件(3)，限位螺栓(6)的螺栓中心线与止位挡板(4)左端面距离为L6，限位螺栓(6)采用的材料要求限位螺栓(6)受到综合毁伤威力作用时不产生塑性变形；固定螺栓(7)用于将止位挡板(4)固定在封装壳体(1)右端面，使得止位挡板(4)紧贴于封装壳体(1)右端面和吸能构件(3)右端面；固定螺栓(7)采用的材料要求当固定螺栓(7)受到综合毁伤威力作用时不产生塑性变形；活性破片(10)为待测释能性能炸药，活性破片(10)材料要求保证活性破片(10)在与金属滑块(2)发生冲击碰撞时能够实现完全爆炸，同时活性破片(10)不能击穿金属滑块(2)。2.如权利要求1所述的一种活性破片综合威力测试装置，其特征在于所述封装壳体(1)外直径D1满足0.3m<D1<0.6m，侧壁壁厚t1满足0.01m<t1<0.05m，左端面的壁厚等于t1，内直径d1满足d1＝D1‑
2t1，长度L1满足0.25m<L1<0.5m；封装壳体(1)右端加厚区域(11)侧壁的长度为满足加厚区域(11)内直径满足加厚区域(11)侧壁的厚度法兰带(12)径向宽度b
12
满足1.5t1<b
12
<2.2t1，法兰带(12)厚度t
12
满足t
12
＝t1。3.如权利要求1所述的一种活性破片综合威力测试装置，其特征在于所述封装壳体(1)采用金属材料制备，要求满足屈服强度σ1>100MPa，密度ρ1>1g/cm3；所述金属滑块(2)采用合
金材料制成，要求满足屈服强度σ2>200MPa，密度ρ2>2g/cm3，布氏硬度K2>300；所述吸能构件(3)采用蜂窝材料或者任意具有线性吸能关系的吸能材料制成，要求满足：屈服强度σ3<1000MPa，密度ρ3<10g/cm3；所述止位挡板(4)采用硬质合金制成，要求满足：屈服强度σ4>300MPa，密度ρ4>3g/cm3；所述密封挡环(5)采用硬质合金制成，要求满足：屈服强度σ5>100MPa，密度ρ5>1g/cm3；所述限位螺栓(6)采用硬质合金制成，要求满足：屈服强度σ6>100MPa，密度ρ6>1g/cm3；所述固定螺栓(7)采用硬质合金制成，要求满足：屈服强度σ7>200MPa，密度ρ7>1.5g/cm3。4.如权利要求1所述的一种活性破片综合威力测试装置，其特征在于所述靶孔(9)的直径D9满足0.1D1<D9<0.2D1，并满足D<D9<1.1D，D为活性破片(10)横截面直径。5.如权利要求1所述的一种活性破片综合威力测试装置，其特征在于所述金属滑块(2)与封装壳体(1)内壁之间的摩擦系数μ<0.05，金属滑块(2)的直径D2满足0.7d1≤D2<d1，厚度L2满足0.05m<L2<0.10m；金属滑块(2)左端面与封装壳体(1)左端面的右表面的初始距离e2满足0.2L1<e2<0.5L1。6.如权利要求5所述的一种活性破片综合威力测试装置，其特征在于所述金属滑块(2)的厚度L2根据活性破片(10)装药量进行调整，当装药量变大时，L2增加。7.如权利要求1所述的一种活性破片综合威力测试装置，其特征在于所述金属滑块(2)上的标点区域Q的直径D
q
满足0.3D2<D
q
<0.7D2，标点区域Q中的标点数量N2满足12≤N2≤50。8.如权利要求1所述的一种活性破片综合威力测试装置，其特征在于所述止位挡板(4)上...

【专利技术属性】
技术研发人员：林玉亮，马培源，陈荣，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：