一种模拟爆炸冲击波和高速破片群联合载荷作用试验方法技术

本发明专利技术涉及一种模拟武器战斗部近距爆炸后形成的爆炸冲击波和高速密集破片群联合载荷作用的试验方法，包括以下五个步骤：步骤1，确定缩比战斗部模型尺寸，计算爆炸后破片的初速和着靶目标结构的破片数量、破片质量分布，计算等效预制破片的质量、尺寸和数量；步骤2，制作步骤1所述的等效预制破片；步骤3，确定等效装药的装药型式，包括装药种类、装药形状、装药尺寸；步骤4，制作步骤3所述的等效装药；步骤5，将步骤2所述的等效预制破片、步骤4所述的等效装药、引爆电雷管组装成等效缩比战斗部。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及防护工程领域，尤其涉及一种能用于模拟武器战斗部近距爆炸后形成的爆炸冲击波与高速密集破片群对防护结构、人员设备等的联合毁伤破坏效应的试验方法。
技术介绍
随着武器技术的迅速发展，现代武器的性能大大增强。当战斗部装药完成爆轰，壳体碎裂后，会形成爆炸冲击波和高速破片两种毁伤载荷。爆炸冲击波和高速破片是常规弹药爆炸对防护结构产生破坏效应的主要因素。破片毁伤载荷属于局部强冲击载荷，其冲击能量密度很高，通过破片的高速撞击和侵彻，削弱目标结构的强度，从而使其丧失部分或全部功能；爆炸冲击波载荷属于分布强冲击载荷，通过使目标结构产生变形、破坏、振动等响应而使其丧失既定功能。实际上，结构在两种载荷联合作用下的毁伤效应与单一载荷作用有着显著区别，在一定条件下，两种载荷的联合作用具有叠加增强效应，而并不是两者单独作用于结构的破坏效应的简单叠加。在防护结构设计中，必须兼顾考虑这两种载荷的联合毁伤效应，仅仅考虑单一载荷的毁伤作用是远远不够的。目前，研究武器战斗部对目标结构的联合毁伤效应主要通过以下三种手段实现：(1)实弹爆炸试验；该方法能够获得真实、准确、可靠的毁伤结果，但模型尺寸大、设计制作周期长、制造成本高、耗资大，实施难度较大；(2)数值仿真；该方法受制于两个条件，一是爆炸场计算需要的网格密度大、单元总数多、计算时长大，计算成本很高；二是爆炸场存在气体和固体的多重藕合作用，现有的算法难以准确模拟这种情况，精确度无法保证，且数值仿真需要大量试验提供基础数据和修正依据；(3)模拟试验；该方法是通过建立防御目标和目标结构的等效模型，开展战斗部毁伤效应试验；该方法试验成本相对实弹爆炸试验低，在合适的缩尺下，试验效果与实弹爆炸试验基本等效，是目前研究采用的一种非常有效的方法；但该方法对试验场地条件要求非常严苛，为确保人员和试验设备安全，试验须在大型的开放式隐秘试验场地进行(需要耗费大量人力物力对试验场地进行安全排查)，或者须在试验模型四周设置严格的辅助防护设施；若模型尺度过大，则要求试验场地更为隐蔽，或者辅助防护设施更为厚重，这对试验场地条件的要求更为苛刻，需要耗费更多的人力物力。因此，采用适当的试验方法和发射装置，用以模拟武器战斗部近炸产生的爆炸冲击波和高速破片联合毁伤载荷，对于开展目标结构在武器战斗部近炸下的毁伤效应研究具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述
技术介绍
存在的不足，提出一种可在爆炸洞等室内试验场进行的、可模拟武器战斗部空中近距爆炸对目标结构的联合毁伤效应的试验方法，能够简单安全且科学合理的进行防护结构抗联合毁伤性能试验研究。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术解决方案：一种模拟武器战斗部近距爆炸产生的爆炸冲击波和高速破片群联合毁伤载荷对目标结构的联合作用的试验方法，即采用炸药爆炸驱动预制破片方式，包括确定等效预制破片的分布、制作等效预制破片、确定等效装药的装药形式、制作等效装药、组装等效缩比战斗部五个步骤；所述等效缩比战斗部由引爆电雷管、等效装药、等效预制破片三个部分组成；所述引爆电雷管用于引爆等效装药，安装于等效装药的引爆面；所述等效装药为等效缩比梯恩梯装药，用于产生爆炸冲击波毁伤载荷，推动预制破片飞行和对目标结构产生冲击作用；所述等效预制破片粘贴于等效装药的接触面，用于模拟高速破片毁伤载荷；本专利技术的特征在于：(1)确定等效预制破片的分布步骤，包括下述子步骤：(1.1)确定缩比战斗部模型尺寸；确定防御目标，根据相似理论及试验条件需要，确定缩比战斗部模型比例，得到缩比战斗部模型尺寸；以下计算过程均按照缩比模型尺寸进行计算；(1.2)计算缩比战斗部的破片初速V0；装药爆轰后，战斗部壳体碎裂形成破片，破片飞行一定距离后，速度达到峰值，定义该速度峰值为破片的初始速度，记为V0；对于圆柱形战斗部，单位：m/s；其中，弹药装填系数装药量单位：kg；壳体质量单位：kg；对于球对称战斗部，单位：m/s；其中，弹药装填系数式中，装药量单位：kg；壳体质量单位：kg；上述各式中，为战斗部装药的格林比能，与装药种类相关，单位：m/s；ρe为战斗部装药密度，与装药种类有关，单位：kg/m3；r0为战斗部装药半径，单位：m；L0为战斗部装药长度，单位：m；Qvf为装药爆热，与装药种类有关，单位：J/kg；梯恩梯装药爆热QTNT＝4186×103J/kg；ρs为战斗部壳体材料密度，与壳体材料种类有关，单位：kg/m3；δ0为战斗部壳体厚度，单位：m；所述装药为梯恩梯、黑索金、奥克托金、黑梯炸药中的一种；装药特征参数见下表：所述战斗部壳体材料为钢或铜，钢包括45#钢、30CrMnSiNi2A、35CrMnSiA；壳体特征参数见下表：(1.3)计算缩比战斗部爆炸产生的破片总数NT、破片质量分布；破片总数其中，破片总数NT单位：枚；破片分布系数单位：kg1/2；装药化学常数B单位：kg1/2/m7/6，与装药种类有关；进一步地，质量大于ms的破片累积数目进一步地，单枚质量在质量区间(ms1，msj]内的破片累积数目：其中，0≤i≤j，ms1≤msj；进一步地，破片平均质量(1.4)计算目标结构的着靶破片数量N0；假设武器战斗部尺寸远小于目标结构模型尺寸及爆距，取目标结构平面形状为正方形；对于圆柱形战斗部，角度单位：°；对于中心起爆的球形战斗部，其中，θ为有效作用角；角度单位：°；上述各式中，La为目标结构的边长，单位：m；R为爆心至目标结构的垂直距离，单位：m；(1.5)计算着靶破片的初始动能；所有着靶目标结构的破片的初始动能总和单位：J；(1.6)确定等效预制破片的质量、尺寸、数量分布：取等效预制破片平面形状为正方形，厚度t＝δ0，其中，δ0为缩比战斗部壳体厚度；单枚质量等效预制破片总数进一步地，单枚等效预制破片平面面积单位：m2；进一步地，单枚等效预制破片边长单位：m；(2)制作等效预制破片步骤；由有资质的工厂按照步骤(1.6)中确定的尺寸和数量生产等效预制破片；(3)确定等效装药的装药形式步骤，包括下述子步骤：(3.1)计算考虑壳体效应的缩比战斗部等效装药当量Mef；对于圆柱形战斗部，单位：kg；对于球形战斗部，单位：kg；上述各式中，rm为壳体破裂时的半径，与战斗部壳体材料有关，钢壳战斗部rm＝1.5r0，铜壳战斗部rm＝2.24r0；τ为爆轰产物多方指数，与装药种类有关；(3.2)根据能量相似原理，计算缩比战斗部的等效梯恩梯装药质量单位：kg；(3.3)根据能量守恒定律，计算等效装药的梯恩梯装药质量单位：kg；(3.4)计算等效装药的尺寸；取等效装药的装药种类为梯恩梯，装药形状为圆柱形，接触面为正对目标结构的装药底面，所述接触面为等效预制破片与等效装药的接触面；等效装药的底面积单位：m2；进一步地，等效装药的装药半径单位：m；进一步地，等效装药的装药长度单位：m；(4)制作等效装药步骤；由有资质的工厂按照步骤(3.4)中计确定的尺寸和种类生产等效装药；(5)组装等效缩比战斗部步骤，包括下述子步骤：(5.1)在等效装药的接触面上生成等效预制破片的坐标，使等效预制破片能密集对称布置于等效装药的接触面；所述坐标为等效预制破片形心坐标；所述坐标轴为以接触面圆心为原点，装药长度方向为纵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟爆炸冲击波和高速破片群联合载荷作用的试验方法，其特征在于该方法由以下步骤实现：步骤1，确定缩比战斗部模型尺寸，计算爆炸后破片的初速和着靶目标结构的破片数量、破片质量分布，计算等效预制破片的质量、尺寸和数量；步骤2，制作步骤1所述的等效预制破片；步骤3，确定等效装药的装药型式，包括装药种类、装药形状、装药尺寸；步骤4，制作步骤3所述的等效装药；步骤5，将步骤2所述的等效预制破片、步骤4所述的等效装药、引爆电雷管组装成等效缩比战斗部。

【技术特征摘要】
1.一种模拟爆炸冲击波和高速破片群联合载荷作用的试验方法，其特征在于该方法由以下步骤实现：步骤1，确定缩比战斗部模型尺寸，计算爆炸后破片的初速和着靶目标结构的破片数量、破片质量分布，计算等效预制破片的质量、尺寸和数量；步骤2，制作步骤1所述的等效预制破片；步骤3，确定等效装药的装药型式，包括装药种类、装药形状、装药尺寸；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯海量，李茂，李典，朱锡，陈长海，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42