[发明专利]一种测量爆轰驱动下飞片姿态的阶梯支架型探针元件及其测试方法

说明书

本发明属于爆炸与冲击测试技术领域，提供了一种测量爆轰驱动下飞片姿态的阶梯支架型探针元件及其测试方法，具体测试步骤如下：(1)将阶梯支架型探针元件固定于待测飞片外表面，利用同轴电缆使其输出端与信号采集仪相连；(2)在待测飞片上铺设或填充一定炸药，起爆端插入雷管；(3)起爆炸药后，记录探针元件的电阻值变化引起的动态电压或电流信号；(4)将电信号换算为电阻丝导通的时程曲线，对相应段数据进行分析得到炸药的爆速和飞片的飞行轨迹。本发明的元件大幅降低了杂波干扰对测试结果的影响；可以连续测量炸药爆速和飞片飞行姿态，且操作简单，成本低廉，适用范围广。

技术领域

本发明属于爆炸与冲击测试技术领域，涉及一种测量爆轰驱动下飞片姿态的阶梯支架型探针元件10及其测试方法。

背景技术

平面或轴对称装药在金属元件表面发生爆炸后，高速膨胀的爆轰产物将直接作用在金属元件上，驱动平板或管壳做二维变形或飞行运动，最常见的便是爆炸焊接时滑移爆轰驱动下复板或圆管的加速运动。上述过程是一个非常复杂的二维爆轰驱动问题，研究该问题的主要实验方法有斜电阻丝法、电探针法、高速摄影法和X射线闪光照相法等。双斜电阻丝法是将裸电阻丝的一端固定于金属基板上，另一端穿过基板与示波器相连，中间将电阻丝支撑起，利用示波器记录上升段和下降段的持续时间可计算得到飞片的运动速度(参考：邵丙璜,张凯.爆炸焊接原理及其工程应用[M].大连:大连工学院出版社,1987：98-112.)，也有学者设计了类似结构的单斜电阻丝法(参考：Smith E G J,Linse V D.Theacceleration characteristics of explosively driven flyer plates[C].Proc 6thInternational Conference High Energy Rate Fabrication,Essen,Germany,1977:1.1.1-15.)，只需利用上升段电阻丝也可以得到飞板的运动速度，但测试数据要相对少一些。斜电阻丝法虽然可以较方便地获得爆炸焊接中复板的运动参数，但由于使用的是悬空布置的裸电阻丝，一方面容易受爆炸和金属碰撞过程中电磁辐射、金属射流、空气冲击波等的干扰，并且由于飞板的碰撞，悬空的电阻丝会受到自身弯曲波扰动的影响，测试结果可能因此失效(参考：张凯,奚进一,杨文彬.连续斜电阻丝测量飞板速度时弯曲波影响的理论分析[J].爆炸与冲击,1986,6(1):30-38.)。电探针法是使用不同长度的接触式电探针沿金属飞板轴向或沿金属圆管环向布置，炸药起爆后飞行的金属元件依次接触电探针，示波器相应地记录下各探针的接触时间，从而可获得金属元件的飞行轨迹(参考：Esen S,Nyberg U,Arai H,et al.Determination of the energetic characteristics of commercialexplosives using the cylinder expansion test technique[R].Swebrec Report2005,Swedish Blasting Research Centre och tekniska universitet,Luleā,Sweden,2005.)。然而离散式电探针获得的实验数据非常有限，这将影响后续飞板或圆管飞行姿态、速度求导等数据分析的精度，并且大量的探针线路也容易出错。高速扫描相机可以客观记录物体的高速运动过程，广泛应用于各类爆轰与驱动性能的研究，最典型的就是基于高速摄影技术的标准圆筒试验(参考：Catanach R,Hill L,Harry H,et al.Cylindertest specification[R].LA-13643-MS,Los Alamos National Lab.,Los Alamos,NM(USA),1999.)。利用短脉冲的X射线同样可获得高速运动状态的物体在指定时刻的瞬时图像，这种方法称为X射线闪光照相法(参考：Smith E G J,Laber D,Linse V D.Explosivemetal acceleration studies using flash X-ray techniques[C].Proceedings 3rdInternational Conference of the Center for High Energy Forming,Vail,Colorado,1971:1.4.1-26.)。上述高速摄影技术尽管原理上更客观可信，但实际操作中设备繁杂，测试条件苛刻，实验成本也较高，并且在对底片进行数据处理时人为误差大，尤其是对波头位置的精确判定存在较大困难。