本發(fā)明涉及沖擊波模擬加載試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種沖擊波波形可調(diào)的爆炸波模型裝置。

背景技術(shù)：

爆炸產(chǎn)生的沖擊波是爆炸毀傷中最主要的手段，爆炸沖擊波毀傷效應(yīng)一直是防護(hù)工程領(lǐng)域的主要課題，在不能進(jìn)行原型核試驗(yàn)和大當(dāng)量常規(guī)武器試驗(yàn)情況下，利用實(shí)驗(yàn)室技術(shù)實(shí)現(xiàn)沖擊波模擬是研究爆炸沖擊波毀傷的主要手段。

爆炸波模擬裝置成為有效且廣泛應(yīng)用的爆炸沖擊波試驗(yàn)工具，其驅(qū)動(dòng)方式主要有炸藥驅(qū)動(dòng)和高壓氣體驅(qū)動(dòng)從而產(chǎn)生模擬的爆炸沖擊波。以高壓氣體作為驅(qū)動(dòng)能源的模擬裝置主要由驅(qū)動(dòng)器(主氣室)、膜片或快速活門閥、擴(kuò)張段及試驗(yàn)段等組成，通過打破膜片或快速打開活門閥，釋放高壓氣體形成沖擊波，沿?cái)U(kuò)張段前進(jìn)到達(dá)試驗(yàn)段形成較為均勻的沖擊波面載荷，加載到試件實(shí)現(xiàn)對爆炸波的可觀測模擬。

傳統(tǒng)的采用多氣室驅(qū)動(dòng)的爆炸波模擬裝置，沖擊波產(chǎn)生的方式有兩種：一種是爆破膜片的方式，通常采用炸藥起爆，通過控制各主氣室的膜片在不同的時(shí)間起爆，從而產(chǎn)生多個(gè)峰值的沖擊波波形，此種方式的不足是高壓氣室內(nèi)的氣體全部釋放，無法控制高壓氣體釋放容量，波形的具體形狀難以有效控制；另一種方式是控制快速活門閥，通過閥門的快速開啟與關(guān)閉實(shí)現(xiàn)高壓氣體的釋放，可以控制高壓氣流量，但是由于閥門響應(yīng)時(shí)間較慢，就目前能查到的最快速響應(yīng)閥門的開閉響應(yīng)時(shí)間也在幾十毫秒級別，且價(jià)格十分昂貴，對于毫秒級開閉響應(yīng)時(shí)間的的沖擊波試驗(yàn)，采用快速活門閥不能滿足要求。因此，傳統(tǒng)的采用多氣室驅(qū)動(dòng)的爆炸波模擬裝置，由于受到實(shí)現(xiàn)方式或設(shè)備能力的限制，其產(chǎn)生沖擊波的波形不易控制或峰值作用時(shí)間調(diào)節(jié)范圍有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種沖擊波波形可調(diào)的爆炸波模型裝置。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種沖擊波波形可調(diào)的爆炸波模型裝置，包括多氣室驅(qū)動(dòng)裝置、混合段、擴(kuò)張段和試驗(yàn)段，所述多氣室驅(qū)動(dòng)裝置的出氣口通過所述混合段與所述擴(kuò)張段的進(jìn)氣端連接，所述擴(kuò)張段的出氣端與所述試驗(yàn)段的進(jìn)氣端連接；

所述多氣室驅(qū)動(dòng)裝置包括輔氣室、連接桿、安裝板、活塞桿和主氣室，多個(gè)所述主氣室并聯(lián)設(shè)置，所述連接桿的后端與設(shè)置在所述輔氣室內(nèi)的活塞固定連接，所述連接桿的前端與所述安裝板固定連接，多個(gè)所述活塞桿的后端均與所述安裝板可滑動(dòng)連接，所述活塞桿的前端穿過所述主氣室的后端面與設(shè)置在所述主氣室內(nèi)的密封錐固定連接，所述主氣室的前端面通過出氣管與所述混合段連通，所述主氣室與所述出氣管之間設(shè)置有高壓膜片，所述密封錐的前端設(shè)置有破膜錐。

具體地，所述活塞將所述輔氣室分隔為相互密封的前氣室和后氣室，所述連接桿的后端穿過所述輔氣室的前端面的通孔與所述活塞垂直連接，所述連接桿與所述輔氣室的前端面的通孔的內(nèi)側(cè)面密封可滑動(dòng)連接，所述連接桿的前端與所述安裝板垂直連接。

具體地，所述安裝板上設(shè)置有安裝孔，所述活塞桿的后端與所述安裝孔可滑動(dòng)連接，所述活塞桿的前端穿過設(shè)置在所述主氣室后端面的通孔與所述密封錐固定連接，所述活塞桿與所述出氣管同軸設(shè)置，所述密封錐的最大直徑大于所述出氣管的內(nèi)徑。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明一種沖擊波波形可調(diào)的爆炸波模型裝置以壓縮空氣作為驅(qū)動(dòng)能源，采用多氣室多膜片驅(qū)動(dòng)方式，通過控制氣室的膜片爆破數(shù)量及各氣室膜片的爆破時(shí)間，以產(chǎn)生不同峰值數(shù)量、不同形狀的沖擊波波形；通過控制高壓氣體的壓力和釋放的氣流量，調(diào)節(jié)沖擊波超壓峰值及正壓作用時(shí)間，從而產(chǎn)生滿足試驗(yàn)的模擬沖擊波。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述一種沖擊波波形可調(diào)的爆炸波模型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明所述多氣室驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1所示，本發(fā)明一種沖擊波波形可調(diào)的爆炸波模型裝置，包括多氣室驅(qū)動(dòng)裝置1、混合段2、擴(kuò)張段3和試驗(yàn)段4，多氣室驅(qū)動(dòng)裝置1的出氣口通過混合段2與擴(kuò)張段3的進(jìn)氣端連接，擴(kuò)張段3的出氣端與試驗(yàn)段4的進(jìn)氣端連接；

如圖2所示，多氣室驅(qū)動(dòng)裝置1包括輔氣室5、連接桿6、安裝板7、活塞桿8和主氣室12，多個(gè)主氣室12并聯(lián)設(shè)置，連接桿6的后端與設(shè)置在輔氣室5內(nèi)的活塞固定連接，連接桿6的前端與安裝板7固定連接，多個(gè)活塞桿8的后端均與安裝板7可滑動(dòng)連接，活塞桿8的前端穿過主氣室12的后端面與設(shè)置在主氣室12內(nèi)的密封錐9固定連接，主氣室12的前端面通過出氣管與混合段2連通，主氣室12與出氣管之間設(shè)置有高壓膜片11，密封錐9的前端設(shè)置有破膜錐10，活塞將輔氣室5分隔為相互密封的前氣室和后氣室，連接桿6的后端穿過輔氣室5的前端面的通孔與活塞垂直連接，連接桿6與輔氣室5的前端面的通孔的內(nèi)側(cè)面密封可滑動(dòng)連接，連接桿6的前端與安裝板7垂直連接，安裝板7上設(shè)置有安裝孔，活塞桿8的后端與安裝孔可滑動(dòng)連接，活塞桿8的前端穿過設(shè)置在主氣室12后端面的通孔與密封錐9固定連接，活塞桿8與出氣管同軸設(shè)置，密封錐9的最大直徑大于出氣管的內(nèi)徑。

本發(fā)明一種沖擊波波形可調(diào)的爆炸波模型裝置的工作原理如下：

其中混合段2和擴(kuò)張段3均為錐形筒，混合段2的大口徑端與多氣室驅(qū)動(dòng)裝置1連接，混合段2的小口徑端通過小段直管與擴(kuò)張段3的小口徑端連接，擴(kuò)張段3的大口階段與試驗(yàn)段4連接。

模擬裝置試驗(yàn)前，根據(jù)試驗(yàn)需求，通過活塞桿8在安裝孔內(nèi)的滑動(dòng)，調(diào)節(jié)各個(gè)活塞桿8在主氣室12內(nèi)的長度(即活塞破膜錐10與膜片的距離)，活塞桿8和安裝孔通過阻尼材料可滑動(dòng)連接，向主氣室12、輔氣室5通入不同的高壓氣體，直至氣壓達(dá)到預(yù)設(shè)定的氣壓值。

試驗(yàn)時(shí)，輔氣室5的前氣室快速排氣，輔氣室5的兩個(gè)腔體形成壓差，在壓差的作用下，活塞通過連接桿6推動(dòng)安裝板7向前側(cè)移動(dòng)(即圖示中的右側(cè))，所有主氣室12內(nèi)的活塞桿8帶動(dòng)密封錐9同步向前運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)一段距離后，破膜錐10將距離最近的高壓膜片11刺破，相應(yīng)的主氣室12內(nèi)的高壓氣體快速通過出氣管流至混合段2內(nèi)，并最終從試驗(yàn)段4排出，造成沖擊波。與此同時(shí)，安裝板7繼續(xù)推動(dòng)各個(gè)活塞桿8向前移動(dòng)，最前側(cè)的密封錐9將與之對應(yīng)的出氣管封堵，同時(shí)因?yàn)榛钊麠U8可在安裝孔內(nèi)滑動(dòng)，使得安裝板7推動(dòng)另外的活塞桿8繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)不同的長度依次使高壓膜片11破裂，從而產(chǎn)生多個(gè)峰值的復(fù)雜沖擊波。

在不同的主氣室12內(nèi)充入不同壓力的高壓氣體，可得到不同沖壓峰值大小的復(fù)雜波形，各峰值的間隔時(shí)間可通過控制各氣室高壓膜片11爆破時(shí)間實(shí)現(xiàn)，可通過以下方式實(shí)現(xiàn)：1)經(jīng)安裝板7分別調(diào)節(jié)各活塞桿8進(jìn)入主氣室12內(nèi)的長度，使各破膜錐10與膜片的距離滿足要求；2)通過控制連接桿6與安裝板7的移動(dòng)速度，即控制輔助氣室的壓差，由于各氣室的破膜錐10與膜片距離不同，同樣可控制各膜片的爆破間隔時(shí)間。

本裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)以壓縮空氣作為驅(qū)動(dòng)能源，采用多氣室多膜片驅(qū)動(dòng)方式，通過控制氣室膜片的爆破數(shù)量和爆破間隔時(shí)間，以產(chǎn)生多峰值的復(fù)雜沖擊波波形，并加載到試件后實(shí)現(xiàn)對爆炸沖擊波的模擬。

(2)采用機(jī)械碰撞實(shí)現(xiàn)膜片的爆破，通過活塞桿8的移動(dòng)，最前端的破膜錐10沖破高壓膜片11，隨后密封錐9堵住出氣口，以實(shí)現(xiàn)高壓氣體的快速釋放、關(guān)閉，可控制進(jìn)入試驗(yàn)段4的高壓氣體流量；

(3)各主氣室12內(nèi)破膜錐10與高壓膜片11的距離可調(diào)節(jié)，即通過安裝板7調(diào)節(jié)不同主氣室12內(nèi)活塞桿8的長度，保證能夠同步運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確地控制各氣室膜片爆破時(shí)間，從而產(chǎn)生多峰值的復(fù)雜沖擊波波形；

(4)所有主氣室12內(nèi)的活塞桿8同步向前運(yùn)動(dòng)，距離活塞破膜錐10最近的膜片首先破裂，相應(yīng)氣室內(nèi)的高壓氣體快速釋放，隨著運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的向前運(yùn)動(dòng)，其他主氣室12的膜片按距離從近到遠(yuǎn)依次破裂，并釋放出高壓氣體；

(5)采用一個(gè)輔助氣室即可完成所有主氣室12的氣體釋放和關(guān)閉動(dòng)作，結(jié)構(gòu)簡單；所有主氣室12內(nèi)的活塞桿8設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)、可拆卸式，方便使用和更換。

本發(fā)明的技術(shù)方案不限于上述具體實(shí)施例的限制，凡是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的技術(shù)變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。