一种冲击波与破片复合冲击试验装置及方法与流程

1.本发明涉及化工行业安全科学爆炸评析及防护技术领域，尤其涉及一种冲击波与破片复合冲击试验装置及方法。


背景技术：

2.冲击波与破片是爆炸事故中的主要杀伤元，发生爆炸时两者对目标的毁伤机理并不一致，前者通常为以超压-负压为主的面载荷对结构的压缩、弯曲等整体作用，后者通常为点载荷带来的侵彻效应；对于两者独立毁伤作用前人已开展了相关的专业研究，但在实际爆炸条件下冲击波与破片往往同时存在，具体地，根据爆源条件与爆源-目标距离，两者往往以一定时序冲击目标结构。
3.对于某些应变率敏感性较高的新型抗爆材料(例如聚脲超弹性体)而言，冲击波-破片的协同作用与作用时序对于材料的结构响应过程与防护性能影响很大，相关机理与规律的探索亟待开展。
4.但目前冲击试验方法多采用爆轰管/激波管机制单独研究测量冲击波作用，或者利用单一的弹道枪/落锤机进对破片的侵彻效果作用进行测量，无法有效开展时序可控的破片-冲击波协同冲击试验，与实际爆炸事件发生的冲击作用差别较大，性能较差，制约了相关领域研究进展。如cn201610484838.1提出了一种基于缩比战斗部的静爆试验装置，用于通过较小当量的爆炸，模拟全尺寸大型弹药爆炸时的冲击波-破片毁伤效果。该方法根据目标战斗部图纸，结合理论计算，给出破片尺寸、形状、破片数量以及装药质量、装药半径等缩比核心参数，实现对原有战斗部多元毁伤效果的模拟。该方法本质为缩比试验，需要使用高能炸药、雷管等物料，成本高昂，试验风险高，且场地与资质限制很大；另外由于爆轰波与驱动物(破片)之间存在较强的耦合关系，测量过程中无法独立调整产生冲击波与破片的强度和速度等指标参数，也无法控制冲击波和破片相对于目标的冲击时序。
5.另外有技术人员通过使用泡沫铝材料作为弹丸基质，并在泡沫铝材料中打孔埋设高密度金属破片组成复合弹丸。使用轻气炮加载该复合弹丸，命中时泡沫铝先接触靶板，通过泡沫铝的挤压-密实-压溃效应模拟爆轰波面载荷的作用，随后嵌入泡沫铝中的高密度破片命中，以此实现冲对击波-破片双重冲击过程的模拟。该方法通过替代材料(泡沫铝)模拟冲击波的实际作用，这也是该方法的缺陷所在，受限于泡沫铝的本构特征，该材料不可避免的存在弹性-塑性-软化/硬化-失效过程，与实际冲击波(强间断过程)作用效果区别很大，无法充分达到试验目的。
6.现有技术中存在少数使用真实战斗部作为爆源，主要通过破片检测器与压力传感器检测战斗部在空气环境或水下环境的实际综合杀伤效能，虽然能够有效开展破片-冲击波协同冲击测试，但存在资质与场地要求高、价格高昂且参数可控性差等缺点。
7.公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成己为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

8.为解决上述问题，本发明提供了一种冲击波与破片复合冲击试验装置，基于爆轰管与弹道枪技术实现冲击波-破片复合冲击试验，通过激波管与弹道枪分别生成冲击波与破片，实现两者冲击条件真实可靠且试验参数连续可调。并且试验过程中不使用猛炸药，也降低了试验成本与风险。一个实施例中，该装置包括：
9.冲击波生成机构，其配置为生成试验所需的冲击波载荷并按照设定的方向冲击作用；
10.破片冲击机构，其固定设置在所述冲击波生成机构的末端，与冲击波生成机构配合运行，配置为生成复合冲击试验所需的破片杀伤元；
11.时序点火控制器，其分别与所述冲击波生成机构和破片冲击机构连接，配置为响应于上位计算机的控制信息精确输出作用于冲击波生成机构和破片冲击机构的启动能量；
12.靶板机构，其与冲击波生成机构的末端出口和破片冲击机构的冲击输出端相对设置，包括靶板框架和夹持在框架上的待冲击靶板；
13.冲击参数采集系统，其包括冲击压力采集系统和通断测速器，均固定设置在所述靶板框架上，配置为采集冲击波和破片击中靶板时的复合冲击参数和击中时间信息，并上传至上位计算机。
14.优选地，一个实施例中，所述冲击波生成机构包括爆轰管主体、爆轰管扩张段、点火电机、燃气接口和配气装置；
15.爆轰管主体的首端采用法兰板密封，末端与爆轰管扩张段密封连接；
16.所述点火电机与所述时序点火控制器连接，用于在特定时刻通过燃气接口引燃爆轰管主体内的可燃气体；
17.所述配气装置支持多种可燃气体的配置。
18.作为本发明的进一步改进，一个实施例中，所述冲击波生成机构的爆轰管主体由若干节无缝钢管构成，各段间采用可拆卸法兰密封连接；所述点火电机和配气装置在爆轰管主体的首端部位法兰处接入。
19.进一步地，一个实施例中，所述破片冲击机构采用兼容多种发射药的弹道枪，包括身管、枪机与电击发结构；
20.所述身管为滑膛结构，用于加速球形破片；所述电击发结构与时序点火控制器相连，用于在特定时刻引燃发射药。
21.一个实施例中，所述冲击波生成机构的爆轰管扩张段设有支架和射孔，用于固定与使用弹道枪，支架设置于爆轰管扩张段的外侧，枪口通过射孔对准靶板中心处。
22.具体的，一个可选的实施例中，所述靶板框架正对设置在爆轰管扩张段敞口外侧，使从爆轰管扩张段敞口冲出的冲击波能够直接作用于夹持在靶板框架上的靶板。
23.作为本发明的进一步改进，一个实施例中，所述装置还包括冲击压力采集系统，其包括传感器阵列和数据采集器，设置在爆轰管主体内侧管壁，用于采集爆轰管内不同位置处冲击波的超压与抵达时间，为上位计算机决策控制信号提供依据。
24.进一步地，一个实施例中，所述上位计算机通过数据线与时序点火控制器、通断测速器以及各压力采集系统连接，配置为：基于压力采集系统得出的爆轰冲击波压力-时间数据，计算波速与预期抵达靶板时间，综合前期试验得出的弹道枪初速数据，以及试验要求的
冲击波-破片冲击间隔，自动决策弹道枪点火时间；
25.所述上位计算机还配置为：根据冲击压力采集系统以及通断测速器采集的数据分析复合冲击参数，包括冲击波的压力、正压作用时间和达到时间以及破片的平均速度和到达时间。
26.基于上述任意一个或多个实施例中所述试验装置的其他方面，本发明还提供一种冲击波与破片复合冲击试验方法，该方法包括：
27.装置配置步骤、根据实验要求选择爆轰管身管节数，接入点火电极和配气系统管路后，采用法兰连接各节身管和扩展段，形成冲击波生成机构；通过爆轰管扩张段处的支架将弹道枪固定，使枪口通过射孔对准靶板方向，将靶板框架布置于正对爆轰管口处，夹持安装待冲击靶板；
28.试射记录步骤、基于配置好的装置分别对冲击波生成机构和弹道枪开展多轮试射，记录装填物参数、启动时间、冲击波速、冲击压力、超压与正压作用时间、抵达靶板的速度和时间，构建设置参数与试验结果之间的多维数据矩阵，作为试验数据列表存储在上位计算机；
29.试验执行步骤、确认装置连接无异常后，依据实际试验需求调用上位计算机的试验数据列表信息控制冲击波生成机构和弹道枪的启动时间，对待试验的靶板开展测试，使爆炸冲击波和破片以需求的强度与顺序击中靶板。
30.进一步地，一个实施例中，所述方法还包括：在试射记录步骤和试验执行步骤中，每一轮试射或试验后，执行测后清理步骤，包括以下操作：
31.从弹道枪中退出弹壳，使用通条清理枪膛；
32.向爆轰管内通入空气置换爆炸后产生的废气，清理落入管内的薄膜碎片杂物。
33.与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：
34.本发明提供的一种冲击波与破片复合冲击试验装置，该装置包括用于生成试验所需的冲击波载荷的冲击波生成机构，与冲击波生成机构配合运行，配置为生成复合冲击试验所需的破片杀伤元的破片冲击机构，两者由时序点火控制器响应于上位计算机的控制信息精确输出启动控制能量。本发明的试验装置基于实际爆炸波开展冲击测试，冲击条件更真实，测试结果更准确；同时爆轰管可以提供更丰富的冲击条件，通过调整燃料配比与管长等，既可以输出爆轰波，也可以输出压力峰值较低、但持续时间较长的爆燃波，相对于输出参数较为单一的泡沫铝弹托技术具有较大优势。
35.另外的，本发明提供的冲击波与破片复合冲击试验装置能够应用于石化与军工领域的爆炸毁伤效果评估，优化复合冲击响应研究，支持超弹性体材料性能表征以及新型抗爆材料开发等研究领域的深化发展。
36.本文提出的基于爆轰管与弹道枪技术的冲击波-破片复合冲击试验与装置可以实现对冲击波-破片冲击的时空解耦，降低同时冲击时两者的相互干扰，在宽广的范围内独立调整各杀伤元冲击参数，有利于精确模拟实际工况，填补了相关实验方法空白，且整套装置操作简易，具有较高的可维护性，试验过程不使用tnt等凝聚相炸药，具有较低的试验成本与场地资质需求。为工业与军事冲击评估与防护研究提供基础与条件。
37.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利
要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
38.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
39.图1是本发明一实施例提供的冲击波与破片复合冲击试验装置的结构示意图。
具体实施方式
40.以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
41.虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
42.计算机设备包括用户设备与网络设备。其中，用户设备或客户端包括但不限于电脑、智能手机、pda等；网络设备包括但不限于单个网络服务器、多个网络服务器组成的服务器组或基于云计算的由大量计算机或网络服务器构成的云。计算机设备可单独运行来实现本发明，也可接入网络并通过与网络中的其他计算机设备的交互操作来实现本发明。计算机设备所处的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、vpn网络等。
43.在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制，使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。当一个单元被称为“连接”或“耦合”到另一单元时，其可以直接连接或耦合到所述另一单元，或者可以存在中间单元。
44.这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
45.在石化与军工领域中，对爆炸事件的毁伤效果进行评估至关重要，冲击波与破片是爆炸事故中的主要杀伤元，发生爆炸时两者对目标的毁伤机理并不一致，前者通常为以超压-负压为主的面载荷对结构的压缩、弯曲等整体作用，后者通常为点载荷带来的侵彻效应；对于两者独立毁伤作用前人已开展了相关的专业研究，但在实际爆炸条件下冲击波与破片往往同时存在，具体地，根据爆源条件与爆源-目标距离，两者往往以一定时序冲击目标结构。
46.对于某些应变率敏感性较高的新型抗爆材料(例如聚脲超弹性体)而言，冲击波-破片的协同作用与作用时序对于材料的结构响应过程与防护性能影响很大，相关机理与规
律的探索亟待开展。
47.但目前冲击试验方法多采用爆轰管/激波管机制单独研究测量冲击波作用，或者利用单一的弹道枪/落锤机进对破片的侵彻效果作用进行测量，无法有效开展时序可控的破片-冲击波协同冲击试验，与实际爆炸事件发生的冲击作用差别较大，性能较差，制约了相关领域研究进展。如cn201610484838.1提出了一种基于缩比战斗部的静爆试验装置，用于通过较小当量的爆炸，模拟全尺寸大型弹药爆炸时的冲击波-破片毁伤效果。该方法根据目标战斗部图纸，结合理论计算，给出破片尺寸、形状、破片数量以及装药质量、装药半径等缩比核心参数，实现对原有战斗部多元毁伤效果的模拟。该方法本质为缩比试验，需要使用高能炸药、雷管等物料，成本高昂，试验风险高，且场地与资质限制很大；另外由于爆轰波与驱动物(破片)之间存在较强的耦合关系，测量过程中无法独立调整产生冲击波与破片的强度和速度等指标参数，也无法控制冲击波和破片相对于目标的冲击时序。
48.另外cn201811198825.3提出了一种基于轻气炮与复合弹丸技术的协同冲击试验方法。使用泡沫铝材料作为弹丸基质，并在泡沫铝材料中打孔埋设高密度金属破片组成复合弹丸。使用轻气炮加载该复合弹丸，命中时泡沫铝先接触靶板，通过泡沫铝的挤压-密实-压溃效应模拟爆轰波面载荷的作用，随后嵌入泡沫铝中的高密度破片命中，以此实现冲对击波-破片双重冲击过程的模拟。该方法的核心即通过替代材料(泡沫铝)模拟冲击波的实际作用，这也是该方法的缺陷所在，受限于泡沫铝的本构特征，该材料不可避免的存在弹性-塑性-软化/硬化-失效过程，与实际冲击波(强间断过程)作用效果区别很大，无法充分达到试验目的。
49.现有技术中存在少数使用真实战斗部作为爆源，例如cn202010023072.3提供的一种杀爆榴弹的动爆威力场的测试系统及测试方法，属于毁伤评估技术领域。所述杀爆榴弹的动爆威力场的测试系统包括：触发靶，与弹道炮相对设置，所述弹道炮用于发射所述杀爆榴弹；扇形板，设置于所述触发靶的一侧，并朝背离所述触发靶的方向凸出，所述杀爆榴弹爆炸后产生的破片侵彻所述扇形板；以及冲击波压力检测装置，设置于所述触发靶的另一侧，用于检测由所述杀爆榴弹爆炸后的冲击波产生的压力信号。cn201811426190.8提出的一种模拟水下冲击波-破片复合作用的使用嵌套式测试方法。该类方法使用真实战斗部作为爆源，主要通过破片检测器与压力传感器检测战斗部的实际综合杀伤效能，该方法可以用于开展破片-冲击波协同冲击测试，但同样存在资质与场地要求高、价格高昂且参数可控性差等缺点。
50.为了解决现有爆炸冲击实验装置试验成本高，试验风险大，冲击波模拟效果差且试验参数无法独立调整等缺陷，本文提出一种基于爆轰管与弹道枪技术的爆炸冲击波-破片复合冲击试验装置及方法，通过爆轰管(激波管)与弹道枪分别生成冲击波与破片杀伤元，实现两者冲击条件真实可靠且试验参数连续可调；并且试验过程中不需要使用猛炸药，相当程度降低了试验成本与风险。
51.接下来基于附图详细描述本发明实施例装置的具体结构和运行原理。
52.实施例一
53.图1示出了本发明实施例一提供的冲击波与破片复合冲击试验装置的结构示意图，参照图1可知，该装置包括：
54.冲击波生成机构，其配置为生成试验所需的冲击波载荷并按照设定的方向冲击作
用；
55.破片冲击机构，其固定设置在所述冲击波生成机构的末端，与冲击波生成机构配合运行，配置为生成复合冲击试验所需的破片杀伤元；
56.时序点火控制器，其分别与所述冲击波生成机构和破片冲击机构连接，配置为响应于上位计算机的控制信息精确输出作用于冲击波生成机构和破片冲击机构的启动能量；
57.靶板机构，其与冲击波生成机构的末端出口和破片冲击机构的冲击输出端相对设置，包括靶板框架和夹持在框架上的待冲击靶板；
58.冲击参数采集系统，其包括冲击压力采集系统和通断测速器，均固定设置在所述靶板框架上，配置为采集冲击波和破片击中靶板时的复合冲击参数和击中时间信息，并上传至上位计算机。
59.采用本发明上述实施例提供的试验装置，能够基于爆轰管与弹道枪技术有效实现综合考虑冲击波-破片元素的爆炸复合冲击试验，实现对实际爆炸条件的可靠模拟，为新型抗爆材料研究提供基础。
60.进一步地，一个实施例中，所述冲击波生成机构包括爆轰管主体、爆轰管扩张段、点火电机、燃气接口和配气装置；
61.爆轰管主体的首端采用法兰板密封，末端与爆轰管扩张段密封连接；
62.所述点火电机与所述时序点火控制器连接，用于在特定时刻通过燃气接口引燃爆轰管主体内的可燃气体；
63.所述配气装置支持多种可燃气体的配置。
64.具体地，一个实施例中，所述冲击波生成机构的爆轰管主体由若干节无缝钢管构成，各段间采用可拆卸法兰密封连接；所述点火电机和配气装置在爆轰管主体的首端部位法兰处接入。
65.所述冲击波生成机构的爆轰管扩张段设有支架和射孔，用于固定与使用弹道枪，支架设置于爆轰管扩张段的外侧，枪口通过射孔对准靶板中心处。
66.实际应用时，爆轰管首端由法兰板密封，并装有点火电极与燃气接口。爆轰管主体可由多节内径300mm、长度1m的无缝钢管构成，各段间使用法兰连接以确保结构强度与气密性，管壁上设置冲击压力采集系统，预留有一个或多个压力传感器插槽；爆轰管末端为扩张敞口设计，由内径300mm逐渐过渡为1m
×
1m的方口，扩张段设有射孔与支架，用于固定与使用弹道枪。方口外侧配有靶板夹具。具体应用时，在管壁临近出口的扩张段上，设置压力传感器槽并固定安装压力传感器，此处传感器主要用于计算爆炸波冲击终点速度。
67.另外，靶板支架上，临近靶板处设置爆炸压力采集模块，固定设置一个或多个压力传感器，此处主要用于确定击中靶板的爆炸波压力是否与预期一致。
68.工作时爆轰管内充满可燃气体，从点火端起爆后生成爆炸波，对末端靶板进行冲击测试。通过调整燃料种类、配气比例、管身长度以及点火能来实现对爆炸波参数(波形、峰值压力、正压作用时间等)的连续调整。
69.所述破片冲击机构采用兼容多种发射药的弹道枪，包括身管、枪机与电击发结构，所述电击发结构与时序点火控制器相连，用于在特定时刻引燃发射药。
70.其中身管为滑膛结构，用于加速球形破片，电击发结构与时序点火控制器相连，用于在特定时刻引燃发射药，实现对冲击时序的精确控制。弹道枪通过支架固定于爆轰管扩
张段外侧，枪口通过射孔对准靶板中心处。通过调整发射药的种类、质量以及点火时刻，实现对破片冲击参数(击中速度、击中时刻等)的连续调整。
71.其中，时序点火器主要用于精确输出点火启动能量，控制爆轰管与弹道枪的击发时间，进而对冲击波-破片抵达靶板时间进行协同调整。
72.进一步地，一个实施例中，所述靶板框架正对设置在爆轰管扩张段敞口外侧，使从爆轰管扩张段敞口冲出的冲击波直接能够正对作用于夹持在靶板框架上的靶板。
73.具体地，靶板框架主要用于夹持待冲击靶板，框架上安装有压力传感器与通断测速器，用于得出最终击中靶板时的冲击波-破片复合冲击参数(冲击波压力、正压作用时间以及达到时间，破片平均速度以及到达时间)。
74.本发明设计压力采集系统主要由传感器阵列，数据采集器构成。其中一组传感器布置于靶板框架，用于得出最终作用于靶板处的冲击波强度以及到达时间，各传感器均通过数据线与数据采集器相连，最终将数据汇总于上位计算机；另外还有一组传感器布置于爆轰管管壁，用于采集不同位置处爆轰波的超压与抵达时间，进而根据各传感器间距计算得出爆轰波速度以及抵达靶板位置的预期时间，为上位机以及时序点火器决策输出击发(弹道枪)信号提供基础数据。因此，一个优选的实施例中，所述装置还包括冲击压力采集系统，其包括传感器阵列和数据采集器，设置在爆轰管主体内侧管壁，用于采集爆轰管内不同位置处冲击波的超压与抵达时间，为上位计算机决策控制信号提供依据。
75.上位计算机是整套系统的控制核心，通过数据线与上述压力采集系统、时序点火器以及靶框上的通断测速器相连。基于压力采集系统得出的爆轰波压力-时间数据，计算波速与预期抵达靶板时间；根据前期试验得出的弹道枪初速数据，以及试验要求的冲击波-破片冲击间隔，自动决策弹道枪点火时间，适时将点火信号下传至时序点火控制器。并记录最终击中靶板时的复合冲击参数(冲击波压力、正压作用时间以及达到时间，破片平均速度以及到达时间)。因此，具体的实施例中，所述上位计算机通过数据线与时序点火控制器、通断测速器以及各压力采集系统连接，配置为：基于压力采集系统得出的爆轰冲击波压力-时间数据，计算波速与预期抵达靶板时间，综合前期试验得出的弹道枪初速数据，以及试验要求的冲击波-破片冲击间隔，自动决策弹道枪点火时间；
76.所述上位计算机还配置为：根据冲击压力采集系统以及通断测速器采集的数据分析复合冲击参数，包括冲击波的压力、正压作用时间和达到时间以及破片的平均速度和到达时间。
77.与现有的爆炸冲击试验装置相比，本发明的试样装置采用爆轰管+弹道枪原理，实现了将冲击波与破片冲击解耦，使两者冲击参数在较大范围内独立连续可控，有利于开展结构冲击响应的精细化研究。与此同时，本方法的试验耗资少，对场地与资质要求远低于实际爆炸试验；
78.另外的，相对于采用替代材料(如泡沫铝弹托)的试验系统，本发明基于实际爆炸波开展冲击测试，冲击条件更真实，测试结果更准确；同时爆轰管可以提供更丰富的冲击条件，通过调整燃料配比与管长等，既可以输出爆轰波，也可以输出压力峰值较低、但持续时间较长的爆燃波，相对于输出参数较为单一的泡沫铝弹托技术具有较大优势。
79.本发明提供的冲击波与破片复合冲击试验装置能够应用于石化与军工领域的爆炸毁伤效果评估，优化复合冲击响应研究，支持超弹性体材料性能表征以及新型抗爆材料
开发等研究领域的深化发展。
80.本文提出的基于爆轰管与弹道枪技术的冲击波-破片复合冲击试验与装置可以实现对冲击波-破片冲击的时空解耦，降低同时冲击时两者的相互干扰，在宽广的范围内独立调整各杀伤元冲击参数，有利于精确模拟实际工况，填补了相关实验方法空白，且整套装置操作简易，具有较高的可维护性，试验过程不使用tnt等凝聚相炸药，具有较低的试验成本与场地资质需求。为工业与军事冲击评估与防护研究提供基础与条件。
81.本发明实施例提供的冲击波与破片复合冲击试验系统中，各个模块或单元结构可以根据实际试验需求和分析需求独立运行或组合运行，以实现相应的技术效果。
82.实施例二
83.上述本发明公开的实施例中详细描述了试验装置的结构，因此基于上述任意一个或多个实施例中所述装置的应用方面，本发明还提供一种冲击波与破片复合冲击试验方法，该系统应用于上述任意一个或多个实施例中所述的冲击波与破片复合冲击试验装置，基于上述试验装置开展基于爆轰管与弹道枪技术的爆炸冲击波-破片复合冲击试验。下面给出具体的实施例进行详细说明。
84.具体地，本发明实施例中提供的冲击波与破片复合冲击试验方法包括：
85.装置配置步骤、根据实验要求选择爆轰管身管节数，接入点火电极和配气系统管路后，采用法兰连接各节身管和扩展段，形成冲击波生成机构；通过爆轰管扩张段处的支架将弹道枪固定，使枪口通过射孔对准靶板方向，将靶板框架布置于正对爆轰管口处，夹持安装待冲击靶板；
86.试射记录步骤、基于配置好的装置分别对冲击波生成机构和弹道枪开展多轮试射，记录装填物参数、启动时间、冲击波速、冲击压力、超压与正压作用时间、抵达靶板的速度和时间，构建设置参数与试验结果之间的多维数据矩阵，作为试验数据列表存储在上位计算机；
87.试验执行步骤、确认装置连接无异常后，依据实际试验需求调用上位计算机的试验数据列表信息控制冲击波生成机构和弹道枪的启动时间，对待试验的靶板开展测试，使爆炸冲击波和破片以需求的强度与顺序击中靶板。
88.进一步地，一个实施例中，在装置配置步骤中，分别按照下述操作实现各结构的组装：
89.1、组合爆轰管：根据试验指标要求，选择合适的身管节数，使用法兰连接各节身管，在端部法兰处接入点火电极与配气系统管路，爆轰管末端连接扩口装置。
90.2、布置靶板与传感器系统：将靶板框架布置于正对爆轰管口处，在框架上夹持待测靶板，并安装测速靶与压力传感器；在爆轰管管壁预定槽位安装压力传感器，将上述所有压力传感器与数据采集器连接。
91.3、装配弹道枪：通过支架将弹道枪固定于爆轰管扩口处，枪口通过射孔对准靶板方向，确保火线无遮挡。
92.4、连接时序点火控制器与上位机：将爆轰管与弹道枪的点火器与时序点火控制器相连；将压力采集系统的数据采集器与上位机相连；将靶框上通断测速器与上位机相连。
93.进一步地，通过试射记录步骤建立爆炸波冲击性能数据矩阵，包括：
94.(一)开展爆轰管试射，建立爆炸波冲击性能数据矩阵。试验步骤如下：
95.(a1)配气：使用塑料薄膜将爆轰管末端开口包住，通过配气系统向爆轰管内充填特定配比的可燃气(乙烯或丙烷)与空气，管内气体循环30分钟以上，确保两种气体混合均匀。
96.(a2)点火并记录冲击波参数：气体混合完毕后通过上位机-时序点火控制器-点火器引燃管内混合气体，以点火时刻为0点，通过各压力传感器记录冲击波的特征(波速、波抵达靶板处时间、峰值超压与正压作用时间)。
97.(a3)清洗爆轰管：试验完毕后向爆轰管内通入空气置换爆炸后产生的废气，将落入管内的薄膜碎片等杂物清理干净，为后续试验做好准备。
98.(a4)循环试验，得出数据矩阵：按照一定顺序改变爆轰管输入参数(可燃气-空气配比，身管长度，点火能量)，依次循环(a1)、(a2)、(a3)步骤，直到建立爆轰管输入参数与输出参数间的多维数据矩阵，为后续试验提供基础。
99.(二)开展弹道枪试射，建立破片冲击性能数据矩阵。试验步骤如下：
100.(b1)组合药筒与破片：根据给定的球形破片质量选择合适的发射药量，将发射药、药筒与破片组合为子弹。
101.(b2)装填子弹：将组合完毕的子弹装入弹道枪，闭锁枪机
102.(b3)击发与测试：使用上位机-时序点火控制器-电击发装置击发子弹，以击发时刻为零时刻，使用靶框上的通断测速装置测试弹道枪的输出参数(破片击中靶板的速度与命中时间)。
103.(b4)发射后清理：发射完毕后从弹道枪中退出弹壳，使用通条清理枪膛，为后续试验做好准备。
104.(b5)循环试验，得出数据矩阵：按照一定顺序改变弹道枪的输入参数(破片质量与发射药装药质量)，依次循环(b1)、(b2)、(b3)、(b4)步骤，直到建立弹道枪输入参数与输出参数间的多维数据矩阵，为后续试验提供基础。
105.进一步确认装置连接无异常后，依据实际试验需求调用上位计算机的试验数据列表信息控制冲击波生成机构和弹道枪的启动时间，对待试验的靶板开展测试，使爆炸冲击波和破片以需求的强度与顺序击中靶板。具体包括：
106.(1)将上述实施例中分别得出的爆轰管与弹道枪的输入-输出参数矩阵导入上位机控制程序；连接各测试结构后，在靶框中装入待测靶板。
107.(2)组合药筒与破片，装填子弹：根据给定的球形破片质量以及试验所需的破片终点速度，查阅建立的弹道枪输入-输出数据矩阵，选择合适的发射药量，将发射药、药筒与破片组合为子弹，将子弹装入弹道枪膛，闭锁枪机。
108.(3)爆轰管配气：根据实验实际需求的冲击参数(峰值超压，正压作用时间等)，查阅建立的爆轰管输入-输出数据矩阵，得出合适的燃料种类与燃气-空气配比。使用塑料薄膜将爆轰管末端开口包住，通过配气系统向爆轰管内充填选定的燃料-空气混合气，管内气体循环30分钟以上，确保两种气体混合均匀。
109.(4)点火测试：将试验所需的爆炸波-破片冲击参数(峰值超压、正压作用时间、破片终点速度、破片质量以及两者的冲击时间间隔)输入上位机。上位机根据得出的弹道枪输入-输出数据矩阵和爆轰管输入-输出数据矩阵自动计算弹道枪与爆轰管点火时刻间的时间间隔。接到点火指令后，通过上位机-时序点火控制器-点火器引燃管内混合气体(此时为
0点时刻)，随后在规定时间间隔后通过上位机-时序点火控制器-电击发装置击发弹道枪，使破片与爆炸波以规定强度与顺序击中靶板。通过靶框上的通断测速器与压力传感器分别记录破片与爆炸波对靶板的实际冲击参数，与预期值对比后，便于开展误差分析。
110.进一步地，一个实施例中，所述方法还包括：在试射记录步骤和试验执行步骤中，每一轮试射或试验后，执行测后清理步骤，包括以下操作：
111.从弹道枪中退出弹壳，使用通条清理枪膛；向爆轰管内通入空气置换爆炸后产生的废气，清理落入管内的薄膜碎片杂物。每轮试验后及时清理枪膛，并将落入管内的薄膜碎片等杂物清理干净，为后续试验做好准备，能够进一步保障试验数据的精确性。
112.对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
113.需要指出的是，在本发明的其他实施例中，该方法还可以通过将上述实施例中的某一个或某几个进行结合来得到新的冲击波与破片复合冲击试验方法，以实现对爆炸冲击波-破片复合冲击效果的精准灵活测试。
114.应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意味着限制。
115.说明书中提到的“一实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一实施例”并不一定均指同一个实施例。
116.虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

技术特征：
1.一种冲击波与破片复合冲击试验装置，其特征在于，所述装置包括：冲击波生成机构，其配置为生成试验所需的冲击波载荷并按照设定的方向冲击作用；破片冲击机构，其固定设置在所述冲击波生成机构的末端，与冲击波生成机构配合运行，配置为生成复合冲击试验所需的破片杀伤元；时序点火控制器，其分别与所述冲击波生成机构和破片冲击机构连接，配置为响应于上位计算机的控制信息精确输出作用于冲击波生成机构和破片冲击机构的启动能量；靶板机构，其与冲击波生成机构的末端出口和破片冲击机构的冲击输出端相对设置，包括靶板框架和夹持在框架上的待冲击靶板；冲击参数采集系统，其包括冲击压力采集系统和通断测速器，均固定设置在所述靶板框架上，配置为采集冲击波和破片击中靶板时的复合冲击参数和击中时间信息，并上传至上位计算机。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冲击波生成机构包括爆轰管主体、爆轰管扩张段、点火电机、燃气接口和配气装置；爆轰管主体的首端采用法兰板密封，末端与爆轰管扩张段密封连接；所述点火电机与所述时序点火控制器连接，用于在特定时刻通过燃气接口引燃爆轰管主体内的可燃气体；所述配气装置支持多种可燃气体的配置。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述冲击波生成机构的爆轰管主体由若干节无缝钢管构成，各段间采用可拆卸法兰密封连接；所述点火电机和配气装置在爆轰管主体的首端部位法兰处接入。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述破片冲击机构采用兼容多种发射药的弹道枪，包括身管、枪机与电击发结构；所述身管为滑膛结构，用于加速球形破片；所述电击发结构与时序点火控制器相连，用于在特定时刻引燃发射药。5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述冲击波生成机构的爆轰管扩张段设有支架和射孔，用于固定与使用弹道枪，支架设置于爆轰管扩张段的外侧，枪口通过射孔对准靶板中心处。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述靶板框架正对设置在爆轰管扩张段敞口外侧，使从爆轰管扩张段敞口冲出的冲击波能够直接作用于夹持在靶板框架上的靶板。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括冲击压力采集系统，其包括传感器阵列和数据采集器，设置在爆轰管主体内侧管壁，用于采集爆轰管内不同位置处冲击波的超压与抵达时间，为上位计算机决策控制信号提供依据。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上位计算机通过数据线与时序点火控制器、通断测速器以及各压力采集系统连接，配置为：基于压力采集系统得出的爆轰冲击波压力-时间数据，计算波速与预期抵达靶板时间，综合前期试验得出的弹道枪初速数据，以及试验要求的冲击波-破片冲击间隔，自动决策弹道枪点火时间；所述上位计算机还配置为：根据冲击压力采集系统以及通断测速器采集的数据分析复合冲击参数，包括冲击波的压力、正压作用时间和达到时间以及破片的平均速度和到达时间。
9.一种冲击波与破片复合冲击试验方法，该方法应用于如权利要求1～8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述方法包括：装置配置步骤、根据实验要求选择爆轰管身管节数，接入点火电极和配气系统管路后，采用法兰连接各节身管和扩展段，形成冲击波生成机构；通过爆轰管扩张段处的支架将弹道枪固定，使枪口通过射孔对准靶板方向，将靶板框架布置于正对爆轰管口处，夹持安装待冲击靶板；试射记录步骤、基于配置好的装置分别对冲击波生成机构和弹道枪开展多轮试射，记录装填物参数、启动时间、冲击波速、冲击压力、超压与正压作用时间、抵达靶板的速度和时间，构建设置参数与试验结果之间的多维数据矩阵，作为试验数据列表存储在上位计算机；试验执行步骤、确认装置连接无异常后，依据实际试验需求调用上位计算机的试验数据列表信息控制冲击波生成机构和弹道枪的启动时间，对待试验的靶板开展测试，使爆炸冲击波和破片以需求的强度与顺序击中靶板。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在试射记录步骤和试验执行步骤中，每一轮试射或试验后，执行测后清理步骤，包括以下操作：从弹道枪中退出弹壳，使用通条清理枪膛；向爆轰管内通入空气置换爆炸后产生的废气，清理落入管内的薄膜碎片杂物。

技术总结
本发明提供了一种冲击波与破片复合冲击试验装置及方法，该装置包括用于生成试验所需的冲击波载荷的冲击波生成机构，与冲击波生成机构配合运行，配置为生成复合冲击试验所需的破片杀伤元的破片冲击机构，两者由时序点火控制器响应于上位计算机的控制信息精确输出启动控制能量，启动时将爆轰冲击作用于与冲击波生成机构的末端出口和冲击波生成机构枪口的靶板完成试验，通过压力采集系统和通断测速器采集冲击波和破片击中靶板时的复合试验冲击参数。采用该装置执行试验，能有效克服现有技术测试结果真实性不足、测试条件单一以及测试成本过高的问题，可以提供更丰富的冲击条件，有利于精确模拟实际工况，且具有较低的试验成本与场地资质需求。本与场地资质需求。本与场地资质需求。


技术研发人员：王浩喆 凌晓东 陈国鑫 顾蒙 于安峰 党文义
受保护的技术使用者：中石化安全工程研究院有限公司
技术研发日：2022.03.18
技术公布日：2023/9/22