水下爆轰产物向船舱内扩展演化的观测装置及测试方法

技术领域

本发明涉及炸药水下爆炸载荷测量技术领域，尤其是一种水下爆轰产物向船舱内扩展演化的观测装置及测试方法。

背景技术

随着水中兵器毁伤效应及舰船抗爆防护研究的深入，水下近场及接触爆炸问题逐渐成为当前水下爆炸研究的重点和难点。当战斗部近距或接触作用于舰船舷侧时，初始爆炸冲击波导致舰船结构出现破口，而后爆轰产物(气泡)从破口处涌入船舱，将造成进一步的破坏。虽然各国学者对水下爆炸气泡及其载荷特性进行了大量研究，关于气泡与具有初始破口的船体结构相互作用的文献仍然十分少见。爆轰产物(气泡)从破口的随进、在舱内的扩展演化及与舱内结构的作用过程更是鲜有报道。主要原因在于水下近距及接触爆炸区域存在高温、高压和高能量密度环境，爆炸载荷与结构的相互作用过程中存在剧烈的结构变形破损、介质相变、能量交换等复杂的物理过程，给试验观测带来了巨大挑战。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种水下爆轰产物向船舱内扩展演化的观测装置，可以精准、有效的观测破口条件下爆轰产物向舱内发展演化过程，为水下近距及接触爆炸条件下爆轰产物(气泡)的发展演化研究及测量提供了技术手段。

本发明所采用的技术方案如下：一种水下爆轰产物向船舱内扩展演化的观测装置，包括前端靶板、后端靶板、四周有机玻璃板和高速摄像机，前端靶板、后端靶板和四周有机玻璃板通过安装机构安装在一起围合形成封闭舱室，前端靶板的中部开设预制破孔，利用塑料薄膜将预制破孔密封，后端靶板上安装压力传感器，高速摄像机布置在舱室外侧。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述安装机构包括前端框架、后端框架和多个固定杆，前端框架和后端框架均为四边形框架，前端框架和后端框架平行相对布置且二者之间通过固定杆连接固定，前端框架的内侧面沿框架的周长方向开设四边形槽一，后端框架的内侧面沿框架的周长方向开设四边形槽二，四边形槽一和四边形槽二的槽口相对布置，有机玻璃板为四块，四块有机玻璃板围合成四边形柱体状玻璃围板且玻璃围板的一端安插固定在四边形槽一中、玻璃围板的另一端安插固定在四边形槽二中，前端靶板安装在前端框架上并将前端框架的框内通孔挡住，后端靶板安装在后端框架上并将后端框架的框内通孔挡住。

所述玻璃围板的两端和四边形槽一、四边形槽二的槽底面之间分别设置密封垫一。

所述固定杆包括圆柱段、两个方柱段和两个螺纹段，圆柱段的两端分别拼接方柱段，两个方柱段的外端分别拼接螺纹段，前端框架的四个拐角处和对应的后端框架的四个拐角处分别开设方形孔，固定杆为四个，每个固定杆的两个方柱段分别安插在前端框架的其中一个方形孔和对应的后端框架的方形孔中，每个固定杆的两个螺纹段分别配合有螺母。

所述前端框架的上端设置多个吊耳一，后端框架的上端设置多个吊耳二。

所述前端靶板的四周边缘通过螺钉连接贴靠固定在前端框架的内侧板面，后端靶板的四周边缘通过螺钉连接贴靠固定在后端框架的外侧板面，压力传感器安装在后端靶板的中部安装孔中，压力传感器向后端靶板的外侧悬伸，压力传感器的敏感面和后端靶板的内侧板面平齐。

所述前端靶板的四周边缘和前端框架之间设有密封垫二，后端靶板的四周边缘和后端框架之间设有密封垫三。

所述前端靶板的内侧板面压制有盖板二，盖板二为四边形框板状，盖板二将前端靶板的四周边缘压制并通过螺钉连接将盖板二、前端靶板和前端框架连接成一体，后端靶板的外侧板面压制有盖板一，盖板一为四边形框板状，盖板一将后端靶板的四周边缘压制并通过螺钉连接将盖板一、后端靶板和后端框架连接成一体。

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种水下爆轰产物向船舱内扩展演化的测试方法，可以精准、有效的观测破口条件下爆轰产物向舱内发展演化过程，为水下近距及接触爆炸条件下爆轰产物(气泡)的发展演化研究及测量提供了技术手段。

本发明所采用的技术方案如下：一种水下爆轰产物向船舱内扩展演化的测试方法，包括以下步骤：

利用吊耳一、吊耳二将观测装置吊入具有观测窗的水箱中或有观测条件的水池中，并使得观测装置中的前端靶板立式放置；

将炸药试样包、高速摄影机布放至既定位置；

起爆炸药试样包，同时启动数据采集与分析处理系统及高速摄影机，记录压力传感器的测得后端靶板压力载荷时程及高速摄影机记录的爆轰产物及气泡向舱随进扩展演化过程。

本发明的有益效果如下：本申请利用压力传感器测得后端靶板压力载荷时程、利用高速摄影机精准记录爆轰产物及气泡向舱内扩展演化过程，起爆炸药试样包时，预制破孔处的塑料薄膜会爆破，爆轰产物自预制破孔向舱室内扩张，本发明采用以四周透明的有机玻璃板作为透光和观测窗口，可以有效的观测破口条件下爆轰产物向舱室内发展演化过程，为水下近距及接触爆炸条件下爆轰产物(气泡)的发展演化研究及测量提供了技术手段。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为本发明的右视结构示意图。

图3为前端框架结构示意图。

图4为前端靶板示意图。

图5为固定杆示意图。

其中：1、前端框架；101、吊耳一；103、四边形槽一；104、方形孔；2、后端框架；201、吊耳二；3、前端靶板；301、预制破孔；4、后端靶板；5、有机玻璃板；6、固定杆；601、圆柱段；602、方柱段；603、螺纹段；7、压力传感器；8、炸药试样包；9、盖板一；11、高速摄影机；13、密封垫二；14、盖板二；15、密封垫三。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-5所示，本实施例的水下爆轰产物向船舱内扩展演化的观测装置，包括前端靶板3、后端靶板4、四周有机玻璃板5和高速摄像机11，前端靶板3、后端靶板4和四周有机玻璃板5通过安装机构安装在一起围合形成封闭舱室，前端靶板3的中部开设预制破孔301，利用塑料薄膜将预制破孔301密封，后端靶板4上安装压力传感器7，高速摄像机11布置在舱室外侧。

安装机构包括前端框架1、后端框架2和多个固定杆6，前端框架1和后端框架2均为四边形框架，前端框架1和后端框架2平行相对布置且二者之间通过固定杆6连接固定，前端框架1的内侧面沿框架的周长方向开设四边形槽一103，后端框架2的内侧面沿框架的周长方向开设四边形槽二，四边形槽一103和四边形槽二的槽口相对布置，有机玻璃板5为四块，四块有机玻璃板5围合成四边形柱体状玻璃围板且玻璃围板的一端安插固定在四边形槽一103中、玻璃围板的另一端安插固定在四边形槽二中，前端靶板3安装在前端框架1上并将前端框架1的框内通孔挡住，后端靶板4安装在后端框架2上并将后端框架2的框内通孔挡住。

玻璃围板的两端和四边形槽一103、四边形槽二的槽底面之间分别设置密封垫一。

固定杆6包括圆柱段601、两个方柱段602和两个螺纹段603，圆柱段601的两端分别拼接方柱段602，两个方柱段602的外端分别拼接螺纹段603，前端框架1的四个拐角处和对应的后端框架2的四个拐角处分别开设方形孔104，固定杆6为四个，每个固定杆6的两个方柱段602分别安插在前端框架1的其中一个方形孔104104和对应的后端框架2的方形孔104中，每个固定杆6的两个螺纹段603分别配合有螺母。

前端框架1的上端设置多个吊耳一101，后端框架2的上端设置多个吊耳二201。

前端靶板3的四周边缘通过螺钉连接贴靠固定在前端框架1的内侧板面，后端靶板4的四周边缘通过螺钉连接贴靠固定在后端框架2的外侧板面，压力传感器7安装在后端靶板4的中部安装孔中，压力传感器7向后端靶板4的外侧悬伸，压力传感器7的敏感面和后端靶板4的内侧板面平齐，因爆炸载荷很大，如此设计压力传感器7的位置，为了防止压力传感器7损坏。

其中，将前端靶板3固定在前端框架1内侧的原因：爆轰产物从预制破孔301初始进入舱室内的过程和形态是观测试验比较关注的，由于前端框架1有一定厚度，如果将前端靶板3固定在前端框架1的外侧，则从侧面通过有机玻璃板5高速摄像观测时，爆轰产物通过前端框架1厚度范围内初始阶段就被挡住了而观测不到，所以将前端靶板3固定在前端框架1内侧，可以保证试验的精度。

将后端靶板4固定在后端框架2外侧的原因：药试样包8爆炸以后，塑料薄膜会爆破，预制破孔301敞开，舱室内进水，需要清理，前端靶板1有可能变形，需要更换。如果拆卸4个固定杆6，则整个装置要拆散，反复拆卸水密性能难以保障，综合考虑，拆卸后端靶板4比较方便，将后端靶板4固定在后端框架2外侧时，方便拆卸后端靶板4和前端靶板3。

前端靶板3的四周边缘和前端框架1之间设有密封垫二13，后端靶板4的四周边缘和后端框架2之间设有密封垫三15。

前端靶板3的内侧板面压制有盖板二14，盖板二14为四边形框板状，盖板二14将前端靶板3的四周边缘压制并通过螺钉连接将盖板二14、前端靶板3和前端框架1连接成一体，后端靶板4的外侧板面压制有盖板一9，盖板一9为四边形框板状，盖板一9将后端靶板4的四周边缘压制并通过螺钉连接将盖板一9、后端靶板4和后端框架2连接成一体。盖板二14的设置能够对密封垫二13均匀压紧，保证密封效果，同样的，盖板一9的设置也能够对密封垫三15均匀压紧，保证密封效果。

本实施例的水下爆轰产物向船舱内扩展演化的测试方法，包括以下步骤：

利用吊耳一101、吊耳二201将观测装置吊入具有观测窗的水箱中或有观测条件的水池中，并使得观测装置中的前端靶板3立式放置；

将炸药试样包8、高速摄影机11布放至既定位置；

起爆炸药试样包8，同时启动数据采集与分析处理系统及高速摄影机11，记录压力传感器7的测得后端靶板4压力载荷时程及高速摄影机11记录的爆轰产物及气泡向舱随进扩展演化过程。起爆炸药试样包8时，预制破孔301处的塑料薄膜会爆破，爆轰产物自预制破孔301向舱室内扩张。

本发明采用以四周透明的有机玻璃板5作为透光和观测窗口，可以有效的观测破口条件下爆轰产物向舱室内发展演化过程，为水下近距及接触爆炸条件下爆轰产物(气泡)的发展演化研究及测量提供了技术手段。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。