[发明专利]一种爆炸冲量测试装置、系统及方法

说明书

本发明公开了一种爆炸冲量测试装置、系统及方法，将爆炸冲量参数转化为易于测量且能反映出爆炸波冲击过程的滑块速度增值，通过本发明可以有效地测量爆炸后爆炸波传递过程比冲量的大小，测试误差小、准确性高，可为冲击波毁伤效应评估提供可靠数据。

技术领域

本发明涉及爆炸毁伤测试和评估技术领域，具体涉及一种爆炸冲量测试装置、系统及方法。

背景技术

在爆炸冲击波毁伤效应评估中，冲量是其中一个重要参数，爆炸冲量即爆炸压力-时间曲线所包围的面积。由于爆炸过程持续时间短及作用过程复杂等特点，瞬态冲量的直接测试难度很大。目前冲量测试主要有压力传感器、冲击摆及等高线等方法。压力传感器法是通过测量瞬态超压后，对时间积分获得冲量，目前为止，该方法被广泛应用在爆炸冲击波测试领域，但由于高频测量中的不确定因素以及在积分时人为判读误差等原因，使得冲量测试数据的准确性不高，从而影响了其在爆炸毁伤效应评估中的应用。冲击摆法是将待测冲量转化为角位移，具有抗干扰能力强和无需现场标定等优点，但实验过程中设备的质心和打击中心难以准确地确定，导致测量结果的误差很大，而且由于爆炸的破坏作用，使得将冲击摆法在高能炸药爆炸冲量测试中的应用，尤其是在野外试验环境下应用存在较大的困难。等高线法是在不同半径上将不同颜色的板块沿圆周方向排列成圆柱形，通过炸药爆炸后板块的分散特性分析炸药爆炸能量，并应用高速相机测定速度，进而转化为动量。该方法需利用高速相机判读速度值，实际应用受到很大限制。

发明内容

为克服现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种爆炸冲量测试装置、系统及方法，通过本发明可以有效地测量爆炸后爆炸波传递过程比冲量的大小，测试误差小、准确性高。

本发明采用的第一技术方案是：一种爆炸冲量测试装置，包括支架、壳体、滑块、滑杆及加速度传感器，支架用于固定测试装置，包括一个正对爆炸冲击波的前侧面，壳体固定在支架上，壳体前端面与支架的前侧面平齐且包含在前侧面中，壳体后端垂直向背离支架前侧面的方向延伸，壳体呈柱状，壳体的轴向中心部设有一滑动腔，滑动腔前端延伸至壳体前端面，滑动腔后端由壳体后盖封闭，壳体后盖设有排气孔；滑块、滑杆及加速度传感器组成一个滑动组件，滑动组件可滑动地设于壳体滑动腔中，滑块与滑动腔滑动连接，滑块的前端面平齐于壳体前端面，滑块前端面为冲击波作用面，滑杆及加速度传感器与滑动腔不接触，滑杆的前端与滑块后端连接，滑杆的后端连接加速度传感器，滑动组件在滑动腔中可滑动的距离满足爆炸冲量测试时滑块的行程。

本发明的设计原理是：根据力学中的动量守恒定理，在t₀到t的一段时间里，力F作用在一个质量为m的质点上，使得该质点的速度由v₀变成v，这个过程中，该质点所获得冲量I 如式(1)所示：

I＝Ft＝m(ν-ν₀)＝mΔν (1)

速度增量△v则可用加速度a变量描述，则冲量的计算方法如式(2)所示：

式中：I为冲量(kg·m/s)，m为滑块、滑杆及加速度传感器的总质量(kg)，a为滑块运动的加速度(m/s²)。

比冲量是指单位面积上的冲量值，其计算公式如下：

式中：S为冲击波作用在质点上的面积(m²)。

当爆源爆炸后，爆炸波作用在滑块的冲击波作用面，在正压作用时间内滑块均作加速运动，速度及动量不断增加，此阶段的冲量为正冲量。进入负压区后，滑块作减速运动，加速度为负值，此阶段的冲量为负冲量。对冲击波毁伤而言，关心的主要是正冲量。

本发明中，在滑块上安装一加速度传感器，从而测得滑动组件在冲击波作用下的加速度，并根据公式(2)及(3)求得比冲量。