一种连续多次高冲击加载试验与测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开的一种连续多次高冲击加载试验与测试系统及方法，属于连续冲击测试技术领域。本发明专利技术包括压力加载控制分系统、冲击加载控制分系统、多级弹仓结构、高压放电控制分系统、实验弹丸、弹靶碰撞室、高低温实验舱、高速高冲击激光干涉测试分系统、原位光电检测分系统、多级缓冲吸能装置、智能信息处理系统。本发明专利技术包括如下优点：能够实现连续多次高冲击加载试验；实现连续冲击的时间间隔控制；通过弹仓隔膜避免多个弹丸连续发射时相互冲突，保障每个弹丸顺利发射；通过原位光电检测系统检测靶体位置，精确控制每个实验弹丸的发射时机，实现对靶体目标的精准冲击；实现在极端环境条件下进行连续多次高能量冲击的在位试验与测试。下进行连续多次高能量冲击的在位试验与测试。下进行连续多次高能量冲击的在位试验与测试。

【技术实现步骤摘要】
一种连续多次高冲击加载试验与测试系统及方法

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[0001]本专利技术属于连续冲击测试
，尤其涉及一种连续多次高冲击加载试验与测试系统及方法。

技术介绍
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[0002]现代战争中一些重要的战略性价值设施会转移到地下或使用复杂的结构层层防护，侵彻弹是打击这些目标的最有效手段，可以穿透多层掩体在指定位置起爆，这就要求侵彻弹中的引信具有智能化，能够分辨当前的侵彻层数，为了保证智能引信受到连续冲击后能够正常起爆，需要对引信连续冲击的可靠性进行验证，而现有的多层靶的靶场试验成本昂贵，且具有一定的危险性和不可控性。为了降低试验成本，并且更好地控制试验过程和保证试验安全，室内模拟实验成为我们的有效手段。室内模拟试验要求能够在室内环境下完成对侵彻引信连续的、短间隔、可控的高冲击碰撞。
[0003]然而目前的各种冲击试验装置，例如Hopkinson杆、落锤式冲击台、空气炮等冲击装置仅可模拟单次的、非连续的冲击。而多次冲击技术多是用于材料疲劳性能的检测，包括跌落式、摆锤式、弹射式等，依靠电机或液压作为驱动，由于驱动力或结构的限制等，这些装置的冲击强度和频率普遍较低。以上装置都难以达到模拟短间隔、连续多次的高冲击的试验要求。申请号202010769813.2的专利，利用霍普金森杆装置，设计了封闭嵌套的三级子弹，即大弹套中弹再套小弹，实现了产生三道应力波。但是无法调节子弹撞击的时间间隙，且子弹超过三层很难操作，无法扩展到更多次的撞击。霍普金森杆不适用于较大弹载装置的测试，无法进行高温或低温下的加速度计的校准，总体来说此装置局限性较大。申请号201610604596.5、申请号201710984796.2、申请号201810140149.8的专利，都是用于检测材料的耐冲击性的，从冲击强度、冲击时间间隔要求等方面完全无法用于高g值加速度计和引信的冲击试验。
[0004]为了解决以上问题，本专利技术从测试原理到试验装置和方法等各方面进行创新设计，提供了一种可实现连续多次高冲击加载试验的测试系统及方法，为实验室条件下可控、可重复、可定量的特种测试提供了重要手段。

技术实现思路
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[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种连续多次高冲击加载试验与测试系统及方法，为可控、可重复、可定量的连续多次高冲击加载试验提供手段。本专利技术具有如下优点：突破空气炮只能进行单次冲击的限制，实现连续多次高冲击加载试验；实现连续冲击的时间间隔控制；通过弹仓隔膜避免多个弹丸连续发射时相互冲突，保障每个弹丸顺利发射；通过原位光电检测系统检测靶体位置，精确控制每个实验弹丸的发射时机，实现对靶体目标的精准冲击；实现在常温、高温和低温等极端环境条件下进行连续多次高能量冲击的在位试验与测试。
[0006]本专利技术公开的一种连续多次高冲击加载试验与测试系统，包括压力加载控制分系
统、冲击加载控制分系统、多级弹仓结构、高压放电控制分系统、实验弹丸、弹靶碰撞室、高低温实验舱、高速高冲击激光干涉测试分系统、原位光电检测分系统、多级缓冲吸能装置、智能信息处理系统。
[0007]所述压力加载控制分系统，包括多个相同规格的压力容器、多个调压装置。每个压力容器分别连接一个调压装置，通过调压装置的调压旋钮调节各级压力容器内的驱动压力，用于驱动实验弹丸产生不同的发射速度。
[0008]所述冲击加载控制分系统，包括控制模块和多个快开电磁阀，快开电磁阀开启后，压力容器内的压缩气体快速释放，驱动实验弹丸加速运动。通过控制模块设置每个电磁阀的开启时间，从而控制每个实验弹丸的发射时间，实现连续冲击的时间间隔控制。
[0009]所述多级弹仓结构位于炮管首部，是实现空气炮连续冲击的主要结构，由多个相同的弹仓装置串连而成，每个弹仓装置的侧面连接一个压力容器。每个弹仓装置主要由弹仓、弹仓盖、弹仓盖套筒、弹仓隔膜组成。每个弹仓上方开有一个用于放入实验弹丸的孔，每个弹仓内放有一个实验弹丸，每个孔上方盖有一个弹仓盖。每个弹仓盖外面套有能够滑动的弹仓盖套筒。
[0010]所述弹仓隔膜安装在每两个弹仓之间，用于密封、隔离相邻的弹仓。由于多个弹仓串连在同一炮管中，如果弹仓间不隔离，那么发射前一发实验弹丸时，压力容器的高压气体也会对后一发的实验弹丸造成反向的冲击，使用弹仓隔膜分隔弹仓，保护后一发的实验弹丸不受影响，即通过弹仓隔膜避免多个弹丸发射时相互冲突，保障所有弹丸顺利连续发射。
[0011]所述高压放电控制分系统，包括PLC控制器，继电器，高压直流电源，保护电阻，多组高压电容，多组爆丝。多组爆丝通过炮管的预留孔道分别贴合到多级弹仓结构中的多个弹仓隔膜上。当高压放电控制系统接收到原位光电检测系统的信号时，启动高压放电装置放电，控制相应的爆丝破坏打开对应的弹仓隔膜。因为弹仓隔膜会对当前实验弹丸的发射造成阻碍，所以发射前需要先打开弹仓隔膜。
[0012]所述实验弹丸为阶梯型圆柱状结构，后端粗，前端细。后端圆柱底部有一圆柱形凹槽，凹槽直径大于实验弹丸的前端直径，凹槽中填充羊毛毡等柔性缓冲物，用于显著减小后一发弹丸的碰撞反弹作用。后一发实验弹丸发射时，与前一发实验弹丸后端凹槽中的缓冲物发生碰撞，后一发弹丸带动前一发弹丸向前加速运动，再次撞击目标靶件，实现连续多次高冲击加载。
[0013]作为优选，阶梯型圆柱状结构选用二级阶梯型圆柱状结构。
[0014]所述弹靶碰撞室包括止挡盘、冲击端外套、砧体、衍射光栅、缓冲管、缓冲结构、止推调节装置。冲击端外套与炮管连接，止挡盘安装在冲击端外套内，缓冲管顶紧冲击端外套，砧体位于缓冲管内，衍射光栅安装于砧体侧面的光栅承载平面上。缓冲羊毛毡载体结构位于缓冲管内的砧体和止推调节装置之间。
[0015]所述冲击端外套为圆柱形壳体，后端通过螺纹连接方式与炮管主体连接；止挡盘为圆盘状，中心有圆柱形通孔，只允许实验弹丸细端通过，实验弹丸的后端粗圆柱部分无法通过，止挡盘与实验弹丸台阶型端面产生碰撞，阻止实验弹丸前进。
[0016]所述砧体整体轮廓外形为圆柱体，分为头部碰撞端、中间的主体段和尾部端盖，头部碰撞端加工有圆柱形凹槽，填充柔性缓冲物质。主体段为壳体，腔体内部安装大质量试验件和待测冲击传感器。砧体尾部端盖通过螺纹连接方式将安装于砧体主体内腔的试件压
紧，形成硬连接。中间主体段的外壁面在左右对称位置加工有光栅承载平面。砧体外壁面的顶面和底面加工有轴线方向的两个导向键槽，两个导向键槽在周向上呈90度或180度角分布，与缓冲管内壁面顶面和底面的两个导向键配合，保证砧体沿轴线方向运动，无转动，保证激光干涉回波信号的强度不变。
[0017]所述缓冲管为圆柱形壳体，缓冲管在左右管壁的对称位置开有水平通孔，便于高速高冲击激光干涉测试系统检测缓冲管内的砧体运动。缓冲管内壁的顶面和底面的对称位置加工有导向键，与砧体顶面和底面的导向键槽形成配合，保证砧体沿轴线方向运动，无转动，保证激光干涉回波信号的强度不变。
[0018]所述缓冲羊毛毡载体结构为一端开放的圆筒结构，圆筒内径大于砧体外径，圆筒内填充缓冲物，圆筒开放端顶紧砧体，作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续多次高冲击加载试验与测试系统，包括压力加载控制分系统、冲击加载控制分系统、多级弹仓结构、高压放电控制分系统、实验弹丸、弹靶碰撞室、高低温实验舱、高速高冲击激光干涉测试分系统、原位光电检测分系统、多级缓冲吸能装置、智能信息处理系统；所述压力加载控制分系统，包括多个相同规格的压力容器、多个调压装置；每个压力容器配有一个调压装置，调节压力容器内气压的大小，用于驱动实验弹丸产生不同的发射速度；所述冲击加载控制分系统，包括控制模块和多个快开电磁阀，每个压力容器配有一个快开电磁阀，控制模块控制每个快开电磁阀的开启时间，实现连续冲击的时间间隔控制；所述多级弹仓结构由多个弹仓装置串连组成，每个弹仓装置连通一个压力容器；每个弹仓装置由弹仓、弹仓盖、弹仓盖套筒、弹仓隔膜组成；弹仓隔膜位于每两个弹仓之间，每个弹仓隔膜都与高压放电控制分系统的爆丝相贴合；每个弹仓内放有实验弹丸，实验弹丸后端圆柱底部有一圆柱形凹槽，凹槽内填充缓冲物质；所述弹靶碰撞室包括止挡盘、冲击端外套、砧体、衍射光栅、缓冲管、缓冲结构、止推调节装置；砧体中间主体段为腔体；弹靶碰撞室位于高低温实验舱内，高低温实验舱箱体侧面开有用多层光学玻璃密封的窗口；所述高速高冲击激光干涉测试分系统，位于高低温实验舱光学玻璃窗口侧面，对准砧体上的光栅；原位光电检测分系统位于缓冲管两侧，激光路径对准砧体；与高速高冲击激光干涉测试系统分别通过数据线与智能信息处理系统连接；所述多级缓冲吸能装置包括齿轮箱进退移动装置、气弹簧缓冲吸能模块、缓冲尾管吸能模块以及缓冲管内的缓冲结构、止推调节装置，用于卸载砧体动能。2.根据权利要求1所述的连续多次冲击加载试验与测试系统，其特征在于：所述弹仓隔膜安装在每两个弹仓之间，用于密封、隔离相邻的弹仓；弹仓隔膜优选聚酯薄膜，每个弹仓隔膜表面贴有爆丝；通过弹仓隔膜避免多个弹丸发射时相互冲突，保障所有弹丸顺利连续发射。3.根据权利要求1所述的连续多次冲击加载试验与测试系统，其特征在于：所述高压放电控制分系统，包括PLC控制器，继电器，高压直流电源，保护电阻，多组高压电容，多组爆丝；爆丝通过炮管的预留孔道分别贴合到多级弹仓结构中的多个弹仓隔膜表面；通过高压放电控制系统开启弹仓隔膜，保障每一发实验弹丸无阻碍发射。4.根据权利要求1所述的连续多次冲击加载试验与测试系统，其特征在于：所述砧体整体轮廓外形为圆柱体，分为头部碰撞端、中间的主体段和尾部端盖，头部碰撞端加工有凹槽，凹槽内填充缓冲物；主体段为壳体，内部安装大质量试件；尾部端盖通过螺纹连接方式压紧被测试件；中间主体段的外壁面加工有光栅承载平面；砧体外壁面加工有轴线方向的导向键槽，两个导向键槽在周向上呈90度或180度角分布，与缓冲管内壁面的两个导向键形成配合。5.根据权利要求1所述的连续多次冲击加载试验与测试系统，其特征在于：所述原位光电检测分系统，包括光电发射器、接收器、检测电路、信号传输线路，分别与高压放电控制系统和冲击加载控制系统连接；通过原位光电检测系统检测靶体位置，精确控制每个实验弹丸的发射时机，对目标进行的精准冲击加载。
6.根据权利要求1所述的连续多次冲击加载试验与测试系统，其特征在于：所述缓冲结构为一端开放的圆筒结构，圆筒内填充缓冲物，圆筒开放端顶紧砧体，用于吸收砧体动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振海，滕飞，宋钱骞，张振山，
申请(专利权)人：北京海泰微纳科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：