本實(shí)用新型涉及一種水下極近場(chǎng)電火花氣泡壁壓載荷測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，屬于水下爆炸載荷研究實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

極近場(chǎng)水下爆炸壁壓載荷測(cè)量歷來(lái)是水下爆炸，艦艇抗爆、抗沖擊領(lǐng)域重要的研究?jī)?nèi)容之一。隨著水中制導(dǎo)技術(shù)的飛快發(fā)展，水下兵器直接命中率大幅提高，命中散布直徑大幅減小，艦艇遭受水下極近場(chǎng)爆炸概率大大增加。為提高艦艇生命力，只有在準(zhǔn)確得到水下極近場(chǎng)爆炸壁壓載荷，才能夠有針對(duì)性地開(kāi)展艦艇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另一方面，只有在準(zhǔn)確得到水下極近場(chǎng)爆炸壁壓載荷，才能獲取新型水下兵器的威力，從而為兵器威力表征提供基礎(chǔ)，為兵器開(kāi)發(fā)指引方向。因此研究水下極近場(chǎng)爆炸壁壓載荷機(jī)理具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前自由場(chǎng)壓力測(cè)量技術(shù)已經(jīng)較為成熟，而對(duì)于水下極近場(chǎng)爆炸壁壓以及氣泡射流載荷國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有一種有效的測(cè)量方法。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)水下爆炸極近場(chǎng)爆炸壁壓以及氣泡射流載荷測(cè)量裝置還有諸多缺陷?；诓牧系膲鹤?、壓電特性的水下爆炸壁壓載荷測(cè)量裝置受到量程小，熱穩(wěn)定性差，耐高溫性能差等因素的影響，在使用中受到諸多限制。關(guān)于該類(lèi)壁壓測(cè)量裝置在使用過(guò)程中所暴露的易失效、過(guò)早失效、記錄時(shí)間短等報(bào)告也常見(jiàn)于公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)中。

另一方面，火工品的制造和使用受?chē)?guó)家嚴(yán)格管控，所以開(kāi)展以炸藥、火藥等火工品水下極近場(chǎng)爆炸實(shí)驗(yàn)會(huì)受到諸多限制，大部分學(xué)者并沒(méi)有機(jī)會(huì)來(lái)開(kāi)展該類(lèi)實(shí)驗(yàn)，使得水下極近場(chǎng)爆炸壁壓載荷測(cè)量研究更加困難。

因此，急需開(kāi)發(fā)一種靈敏度高，可重復(fù)使用，不以火工品為爆源，能夠在普通實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的水下爆炸壁壓載荷測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了提供一種水下極近場(chǎng)電火花氣泡壁壓載荷測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，爆源為非火工品爆源，可在普通實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究。為水下極近場(chǎng)爆炸壁壓載荷測(cè)量研究，壁壓載荷特性研究提供實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：在地面上設(shè)置有支架，支架上端安裝有安裝橫梁，安裝橫梁上設(shè)置有兩塊安裝平板，兩塊安裝平板之間安裝有防護(hù)筒夾具，防護(hù)筒夾具內(nèi)設(shè)置有測(cè)桿防護(hù)筒，測(cè)桿防護(hù)筒內(nèi)設(shè)置有測(cè)桿，測(cè)桿防護(hù)筒的一端設(shè)置有頂蓋、另一端為迎爆端且固連有靶板安裝底座，靶板安裝底座的中心設(shè)置有與測(cè)桿直徑相等的通孔，靶板安裝底座的外端面設(shè)置有凹槽，且靶板安裝底座的外端面固連有帶凸沿的靶板，測(cè)桿的迎爆端穿過(guò)靶板安裝底座和靶板且測(cè)桿的迎爆端的端面與靶板的迎爆面齊平，在凹槽內(nèi)還設(shè)置有環(huán)形桿密封墊，且環(huán)形桿密封墊設(shè)置測(cè)桿與凸沿之間，在測(cè)桿防護(hù)筒內(nèi)還設(shè)置有止退套筒，止退套筒的端部設(shè)置有止退頂蓋、止退套筒內(nèi)設(shè)置有止退阻尼墊，所述測(cè)桿的另一端伸入至止退套筒中并與止退阻尼墊接觸，測(cè)桿防護(hù)筒的頂蓋的中心位置通過(guò)螺紋設(shè)置有定位絲桿，定位絲桿的一端位于測(cè)桿防護(hù)筒外部、另一端伸入自航測(cè)桿防護(hù)筒內(nèi)并與止退頂蓋端面設(shè)置有螺紋孔配合，在測(cè)桿防護(hù)筒外表面還設(shè)置有電火花底座，電火花底座包括與測(cè)桿防護(hù)筒外表面配合的兩個(gè)半圓環(huán)、連接兩個(gè)半圓環(huán)的連接件、設(shè)置在半圓環(huán)上的安裝臂，每個(gè)安裝臂的下端豎直設(shè)置有放電針針柱，每個(gè)放電針針柱上設(shè)置有放電針，且放電針與放電針針柱垂直，測(cè)桿的表面貼有應(yīng)變片。

本實(shí)用新型還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.在靶板安裝底座與測(cè)桿防護(hù)筒的連接處設(shè)置有防護(hù)筒密封圈。

2.在地面上還設(shè)置有位于測(cè)桿防護(hù)筒下方的水箱、設(shè)置在水箱一側(cè)的高速攝像機(jī)、設(shè)置在水箱另一側(cè)的光源，地面上還設(shè)置有實(shí)驗(yàn)桌，實(shí)驗(yàn)桌上設(shè)置有控制箱和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的測(cè)桿置于測(cè)桿防護(hù)筒內(nèi)，穿過(guò)靶板上的開(kāi)孔與水箱中的水接觸，水下電火花放電針置于靶板附近，放電針針尖與測(cè)桿同軸。電火花放電引發(fā)水下爆炸氣泡，作用在靶板壁面上的爆炸載荷致使測(cè)桿中產(chǎn)生應(yīng)力波。通過(guò)置于測(cè)桿上的應(yīng)變片測(cè)得桿中應(yīng)力波的信號(hào)，反推得到靶板壁面處的爆炸載荷，從而達(dá)到對(duì)水下極近場(chǎng)電火花氣泡壁壓載荷的測(cè)量。另外，通過(guò)高速攝像機(jī)對(duì)水下電火花氣泡整個(gè)過(guò)程進(jìn)行觀測(cè)，可對(duì)應(yīng)力波信號(hào)與水下爆炸氣泡和壁面相互作用過(guò)程緊密聯(lián)系起來(lái)，更好地研究水下極近場(chǎng)電火花氣泡壁壓載荷特性。本實(shí)用新型爆源采用電火花，避開(kāi)了國(guó)家對(duì)于火工品的管制，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不再受到限制，普通實(shí)驗(yàn)室即可開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)用新型使用安全，實(shí)驗(yàn)效果好，能夠?yàn)樗聵O近場(chǎng)電火花氣泡壁壓載荷研究，進(jìn)而為水下極近場(chǎng)爆炸壁壓載荷機(jī)理研究提供一種有效的實(shí)驗(yàn)方法。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型測(cè)桿防護(hù)筒內(nèi)部示意圖；

圖2為本實(shí)用新型靶板處局部示意圖；

圖3為本實(shí)用新型止退套筒處局部示意圖；

圖4為本實(shí)用新型電火花放電針處局部示意圖；

圖5本實(shí)用新型的整體示意圖；

圖中：1靶板；2靶板安裝底座；3測(cè)桿防護(hù)筒；4安裝平板；5防護(hù)筒夾具；6測(cè)桿；7止退套筒；8止退阻尼墊；9止退頂蓋；10頂蓋；11定位絲杠；12電火花底座；13防護(hù)筒密封圈；14桿密封墊；15放電針針柱；16放電針；17實(shí)驗(yàn)水箱；18支架；19安裝橫梁；20光源；21高速攝像機(jī)；22控制箱。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本實(shí)用新型主要用于測(cè)量水下極近場(chǎng)電火花氣泡壁壓載荷，為水下極近場(chǎng)爆炸壁壓載荷機(jī)理研究提供實(shí)驗(yàn)裝置；水下極近場(chǎng)爆炸作用在壁面處的載荷會(huì)使結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力波，通過(guò)測(cè)量結(jié)構(gòu)中應(yīng)力波信號(hào)從而達(dá)到對(duì)壁壓載荷的測(cè)量，本實(shí)用新型所有內(nèi)容都是圍繞該原理展開(kāi)。

結(jié)合圖1至圖5，本實(shí)用新型包括：測(cè)桿、測(cè)桿防護(hù)筒、靶板安裝底座、靶板、測(cè)桿密封墊、止退套筒、止退阻尼墊、止退頂蓋、頂蓋、定位絲杠、電火花底座等部分。所述圓形靶板安裝底座通過(guò)螺栓緊固于測(cè)桿防護(hù)筒一端，圓形靶板通過(guò)螺栓固定于靶板安裝底座固另一側(cè)。靶板安裝底座、靶板均與測(cè)桿防護(hù)筒同軸。靶板和靶板安裝底座中心均有圓形開(kāi)孔，開(kāi)孔直徑與測(cè)桿直徑相同。靶板與靶板安裝底座一側(cè)開(kāi)有圓柱型凹槽，測(cè)桿密封墊至于此凹槽中。測(cè)桿位于測(cè)桿防護(hù)筒內(nèi)，一端穿過(guò)靶板安裝底座、靶板中心開(kāi)孔，且該端面與靶板面平齊。所述止退套筒外徑與測(cè)桿防護(hù)筒內(nèi)徑相等，內(nèi)徑與測(cè)桿直徑相同。止退頂蓋通過(guò)螺栓與止退套筒一端固定。止退阻尼墊至于套筒內(nèi)部，一端頂于止退頂蓋。止退套筒至于測(cè)桿防護(hù)筒內(nèi)，測(cè)桿另一端深入止退套筒內(nèi)，并頂于止退阻尼墊。所述頂蓋通過(guò)螺栓與測(cè)桿防護(hù)筒另一端緊固在一起。定位絲杠通過(guò)頂蓋中心所開(kāi)的螺栓孔深入測(cè)桿防護(hù)筒內(nèi)部。定位絲杠通過(guò)止退頂蓋上所開(kāi)的螺栓孔與止退頂蓋固定在一起。

更為具體的說(shuō)：本實(shí)用新型的測(cè)桿防護(hù)筒3為一厚壁圓管，兩端均攻有螺紋孔，且在測(cè)桿防護(hù)筒迎爆端外側(cè)有一圈凸沿。靶板安裝底座2通過(guò)螺栓與測(cè)桿防護(hù)筒3迎爆端相固連。靶板安裝底座2與測(cè)桿防護(hù)筒3之間有一防護(hù)筒密封圈13，起到密封作用。靶板安裝底座2中心有一通孔，通孔直徑與測(cè)桿6直徑相等。另外在靶板安裝底座2外側(cè)開(kāi)有一圓柱型凹槽。靶板1與靶板安裝底座2通過(guò)螺栓鏈接。在靶板2背爆側(cè)有一圈凸沿，該凸沿外徑與靶板安裝底座2圓柱凹槽內(nèi)徑相同。在靶板安裝底座2圓柱型凹槽內(nèi)置有一桿密封墊14。桿密封墊14中心同樣開(kāi)有一直徑與測(cè)桿6相等的通孔，桿密封墊14厚度稍大于靶板安裝底座2上圓柱型凹槽的深度。測(cè)桿6置于測(cè)桿防護(hù)筒3內(nèi)部。測(cè)桿6迎爆端依次穿過(guò)靶板安裝底座2、桿密封墊14、靶板1中心的通孔。測(cè)桿6迎爆端端面與靶板1迎爆面平齊。當(dāng)靶板1與靶板安裝底座2固緊時(shí)，桿密封墊14將被壓縮，一方面起到密封作用，另一方面起到對(duì)測(cè)桿6固定作用。止退套筒7為一厚壁圓管，其外徑與測(cè)桿防護(hù)筒3內(nèi)徑相同，其內(nèi)徑與測(cè)桿6直徑相同，置于測(cè)桿防護(hù)筒3內(nèi)部。止退套筒7一端面上攻有螺紋孔。止退頂蓋9通過(guò)螺栓與止退套筒7相互緊固在一起。止退阻尼墊8為一硬橡膠圓柱，其直徑與測(cè)桿6相等，長(zhǎng)度為止退套筒7長(zhǎng)度的一半。止退阻尼墊8置于止退套筒7內(nèi)，一端與頂于止退頂蓋9處。頂蓋10通過(guò)螺栓與測(cè)桿防護(hù)筒3端部緊固在一起。頂蓋10中心攻有一螺栓通孔，定位絲杠11穿過(guò)此螺栓孔深入測(cè)桿防護(hù)筒內(nèi)部，并通過(guò)止退頂蓋9上所攻的螺栓孔與止退頂蓋緊固在一起。通過(guò)旋轉(zhuǎn)定位絲杠11，調(diào)節(jié)止退套筒位置，使得測(cè)桿6深入止退套筒內(nèi)部并頂住止退阻尼墊8。電火花底座12為一開(kāi)口緊固圈，且有兩個(gè)向外伸出的放電針針柱15安裝臂。電火花底座12通過(guò)緊固螺栓緊固于測(cè)桿防護(hù)筒3上。兩根放電針針柱15通過(guò)螺栓安裝于電火花底座12安裝臂上。兩根放電針16相對(duì)、同軸緊固于兩根放電針針柱15上。通過(guò)調(diào)節(jié)放電針16在放電針針柱15上的位置，達(dá)到開(kāi)展不同爆距實(shí)驗(yàn)。防護(hù)筒夾具5由兩個(gè)緊固瓦組成，緊固瓦內(nèi)徑與測(cè)桿防護(hù)筒3外徑相等。通過(guò)緊固螺栓實(shí)現(xiàn)緊固瓦抱緊測(cè)桿防護(hù)筒3，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)桿防護(hù)筒3的固定。防護(hù)筒夾具5通過(guò)螺栓與安裝平板4固連。安裝平板4通過(guò)螺栓與安裝橫梁19相連，安裝橫梁19固定于支架18之上。

本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)使用環(huán)境、具體結(jié)構(gòu)以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

1、實(shí)驗(yàn)使用環(huán)境

本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)使用環(huán)境如附圖5所示，除了本實(shí)用新型裝置外還應(yīng)設(shè)有：實(shí)驗(yàn)水箱17、光源20、高速攝像機(jī)21、控制箱22以及實(shí)驗(yàn)桌、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)水箱17由透明玻璃制成，實(shí)驗(yàn)時(shí)放置于地面上并進(jìn)行固定。高速攝像機(jī)21置于實(shí)驗(yàn)水箱20一側(cè)，距離實(shí)驗(yàn)水箱17壁約0.5米。光源20置于實(shí)驗(yàn)水箱對(duì)面一側(cè)，距離實(shí)驗(yàn)水箱17壁約0.5米，光源中心與高速攝像機(jī)21同高。實(shí)驗(yàn)桌置于距實(shí)驗(yàn)水箱約3米處，控制箱22、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)至于實(shí)驗(yàn)桌上。

2、實(shí)驗(yàn)裝置具體結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩個(gè)支架18分別至于實(shí)驗(yàn)水箱17一側(cè)，安裝橫梁19固定于支架18之上。通過(guò)螺栓安裝平板固定于安裝橫梁之上。調(diào)節(jié)支架18位置使得測(cè)桿防護(hù)筒3軸線處于實(shí)驗(yàn)水箱17中心處。擰緊靶板1與靶板安裝底座2的緊固螺栓，壓縮桿密封墊，固定測(cè)桿6。調(diào)節(jié)定位絲桿11，使得止退阻尼墊8頂住測(cè)桿。調(diào)整好放電針16與靶板2之間的距離至所需距離。放電針16放電引發(fā)實(shí)驗(yàn)水箱17中的水中生成爆炸氣泡，所生成的載荷作用于測(cè)桿6端面，引起測(cè)桿6內(nèi)部產(chǎn)生響應(yīng)的應(yīng)力波信號(hào)。通過(guò)貼于測(cè)桿6表面的應(yīng)變測(cè)量?jī)x測(cè)出該信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)靶板壁面處的載荷的測(cè)量。止退阻尼墊8會(huì)阻止測(cè)桿向上運(yùn)動(dòng)，并吸收測(cè)桿沖量，使得整套實(shí)驗(yàn)裝置可以進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)裝置具體結(jié)構(gòu)所述內(nèi)容，并結(jié)合附圖1～5對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行組裝。根據(jù)實(shí)驗(yàn)使用環(huán)境所述內(nèi)容和附圖5布置實(shí)驗(yàn)環(huán)境。根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)光照強(qiáng)度需要調(diào)節(jié)光源20燈光強(qiáng)度。調(diào)節(jié)放電針16與靶板之間距離至所需距離。將測(cè)桿防護(hù)筒6深入水中適當(dāng)深度，調(diào)節(jié)光源20、高速攝像機(jī)21高度使之與放電針對(duì)準(zhǔn)。連接好所需數(shù)據(jù)線、電源線、控制線等電纜。

(2)開(kāi)通電源，聯(lián)調(diào)各控制設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、采集設(shè)備至待實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。

(3)調(diào)節(jié)放電針16放電電壓至所需電壓并完成充電，將實(shí)驗(yàn)觸發(fā)控制器至于觸發(fā)態(tài)。

(4)觸動(dòng)觸發(fā)控制器，光源20、高速攝像機(jī)21、數(shù)據(jù)采集設(shè)備開(kāi)始工作。延遲過(guò)后，放電針?lè)烹娨l(fā)水中爆炸。水中爆炸過(guò)程將被高速攝像機(jī)21記錄下來(lái)，測(cè)桿6中應(yīng)力波信號(hào)將被信號(hào)采集儀記錄。通過(guò)分析水中爆炸影像與應(yīng)力波信號(hào)得出壁壓載荷。

綜上所述，本實(shí)用新型采用高壓電放電為爆源，通過(guò)聯(lián)合分析所測(cè)得的測(cè)桿中的應(yīng)力波信號(hào)和高速攝像機(jī)記錄的水下爆炸影像實(shí)現(xiàn)對(duì)水下極近場(chǎng)水下爆炸壁壓載荷的測(cè)量。該發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，爆源為非火工品爆源，普通實(shí)驗(yàn)室即可開(kāi)展實(shí)驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，可為水下爆炸領(lǐng)域?qū)W者開(kāi)展水下極近場(chǎng)爆炸壁壓載荷研究提供良好的實(shí)驗(yàn)途徑。