模拟弹丸多角度冲击飞机燃油箱的实验装置及实验方法与流程

1.本发明涉及作战飞机燃油箱高生存力设计领域，具体是一种用于模拟弹丸多角度冲击飞机燃油箱的实验装置及实验方法。


背景技术：

2.作战飞机生存力是指飞机避开或经受住人为敌对环境的能力。提高飞机生存力对于降低飞机武器系统损耗、维持作战飞机的数量从而保持部队战斗力具有极为重要的意义，高生存力设计已成为当前各航空大国进行新一代军用飞机设计的重要指标之一。
3.飞机燃油箱是用来储存发动机及辅助动力设备所需燃油的设备，燃油箱的暴露面积通常占全机的50％以上，是飞机上易损性最高的部件。燃油箱内所含有的燃油属于易燃易爆物品，在遭受威胁打击后所产生的燃烧和爆炸是战场环境下引起飞机杀伤的主要原因。研究弹丸冲击下燃油箱发生燃烧或爆炸的机理，可以采取相对应的防燃抑爆措施，从而抑制弹丸进入油气空间引起的燃烧或爆炸，降低作战飞机因燃油系统毁伤引起的作战损失，对飞机燃油箱的高生存力设计具有重要指导意义。因此，有必要进行弹丸冲击油箱相关实验。
4.弹丸及其他威胁传播物冲击飞机燃油箱导致其引燃或引爆的影响因素有很多，通常来说包括弹丸速度和射击角度、燃油箱材料及厚度、燃油蒸气浓度和温度等。弹丸穿透蒙皮和油箱壁板进入油气空间时，引起油箱内发生燃烧或爆炸的主要原因是金属弹丸或碎片在穿透油箱壁过程中产生的碰撞火花，且由于摩擦效应使得金属弹丸或碎片表面形成高温区域，进而引起油箱内油气混合物的燃烧或爆炸。
5.飞机作战过程中，威胁的打击方向具有不确定性，研究威胁沿不同方向冲击飞机燃油箱的动态响应有助于确定燃油箱的薄弱环节和主要威胁方向。有关研究表明：不同打击方向对燃油箱造成的杀伤程度存在显著差异，燃油状态包括燃油蒸气浓度、温度和压力等参数对飞机主要威胁方向、易损面积和杀伤概率具有较大影响。因此，进行模拟弹丸多角度冲击飞机燃油箱的实验具有重要意义，通常值得关注的几个典型方向为0
°
、30
°
、45
°
和60
°
。
6.目前，国内外对飞机燃油箱起火预测相关研究较少，特别是弹丸以不同角度冲击飞机燃油箱时的引燃问题。针对燃油箱引燃机理的研究，国外开展的较早，美国军方从上个世纪60年代开始，就对战斗机油箱的引燃做了大量的实验。美国莱特空军基地实验室以实验的方式研究了油箱材料、破片速度、飞机海拔高度及环境温度等因素对军用飞机油箱的引燃及爆炸概率的影响。国内方面，北京理工大学肖艳文等在对杀爆战斗部威力研究时，对煤油油箱和柴油油箱进行了冲击实验；南京理工大学许化珍等采用理论与实验相结合的方法，结合热学、燃烧学、冲击力学分析了含能破片对柴油箱的引燃机理和引燃判据。
7.专利104198519a所述实验装置采用点火装置引燃油气空间，不能对实弹射击油箱进行模拟；专利102539139a中所述的试验台和专利cn102632998a中所述的实验装置均可用于模拟飞机燃油箱受弹丸撞击，但只能模拟弹丸沿垂直靶板方向冲击燃油箱；专利
cn102632998a中所述试验台采用锁扣连接盖板和箱体，气密性较差且不能反映真实油箱受实弹冲击后的破坏情况。国外有关机构采用增大出射靶板尺寸的方法来增大射击角度的范围，但是这种实验装置存在浪费靶板材料、耗费高等缺陷且角度增加的范围十分有限。
8.现有技术存在的问题可归纳为以下几点：1.实验油箱通用性较差，其设计仅针对某一型号飞机、装甲车辆或巡航导弹等的油箱；2.实验油箱多用于弹丸以0
°
攻角冲击靶板，不能用于模拟弹丸以其他角度对燃油箱的冲击；3.试验耗费高、耗时长，每次实验都会毁坏一个油箱，实验平台不易搭建和拆换，导致实验周期长、费用高。


技术实现要素：

9.为克服现有技术中存在的实验油箱通用性较差、仅能用于模拟弹丸0
°
攻角冲击靶板，以及试验成本高、耗时长的不足，本发明提出了一种模拟弹丸多角度冲击飞机燃油箱的实验装置及实验方法。
10.本发明提出的模拟弹丸多角度冲击飞机燃油箱的实验装置包括包括箱体、靶板、出油口阀门、安全泄压罩、压力传感器、温度传感器、气体浓度测试仪和恒温加热台；其中，所述靶板包括第一靶板、第二靶板、第三靶板、第四靶板和第五靶板；所述箱体安放在恒温加热台的上表面；所述第一靶板和第二靶板分别安装在该箱体前壁板外表面上；第三靶板、第四靶板和第五靶板分别安装在该箱体的后壁板外表面上；所述安全泄压罩安装在该箱体上表面的几何中心处；在该箱体一端壁板的下部有出油口；在出油口上安装有出油口阀门；通过所述压力传感器、温度传感器和气体浓度测试仪实时记录实验油箱内部的温度、压力变化数据和气体浓度值。
11.在所述箱体前壁板与箱体后壁板上分别有靶板安装孔；在各所述靶板安装孔上分别固定有套筒；所述第一靶板、第二靶板、第三靶板、第四靶板和第五靶板分别套装在各套筒上。
12.各所述靶板安装孔的中心位于箱体高度的300mm～400mm处，并使各靶板安装孔的下边缘在油箱内油液表面之上，避免油液从各靶板安装孔中泄漏。
13.安装所述各靶板时均使各靶板的几何中心与所在靶板安装孔的中心重合；分别位于箱体前壁板上的第一靶板的安装孔与位于箱体后壁板上的第三靶板的安装孔同心。
14.所述第一靶板与第二靶板之间的距离等于箱体宽度；第三靶板与第四靶板之间的中心距等于箱体宽度的倍；第三靶板与第五靶板的中心距等于箱体宽度的倍。
15.所述套筒两端分别有端板，该套筒一端的端板固定在所述箱体上，并且在箱体表面与该端盖表面之间有密封橡胶垫片；所述靶板通过连接螺栓固定在该套筒另一端端板的外表面，并且在靶板内表面与该端盖表面之间有密封橡胶垫片。
16.各所述靶板采用铝合金或镁铝合金或复合材料或不锈钢制成；该靶板的厚度模拟油箱的厚度，根据油箱的不同材质为1.5～5.0mm。
17.所述安全泄压罩采用厚度为1～3mm的橡胶片制成，该安全泄压罩的下端套装并固定在套筒14，该套筒固定在箱体上盖几何中心的通孔上。
18.本发明提出的利用所述模拟弹丸多角度冲击飞机燃油箱的实验过程是：
19.步骤1，确定靶板的材料与厚度：
20.确定靶板的材料；确定的靶板材料与飞机燃油箱的材料相同。
21.确定靶板的厚度：通过公式(1)计算靶板厚度h
ci
：
[0022][0023]
式中:h
ci
为靶板厚度；σ
bi
为飞机燃油箱材料的极限强度；σ
bci
为靶板材料的极限强度；ρ
i
为飞机燃油箱材料密度；ρ
ci
为靶板材料的密度；h为飞机燃油箱材料的厚度；
[0024]
步骤2，确定各实验对照组中燃油箱的加油量：
[0025]
根据作战飞机的不同任务剖面，设置4个实验对照组，分别为第一实验对照组、第二实验对照组、第三实验对照组和第四实验对照组；所确定的各实验对照组中燃油箱的加油量依次分别为10％、20％、30％和40％；所述燃油加入量的单位为体积分数。
[0026]
步骤3，第一实验对照组的实验：
[0027]
所述第一实验对照组的实验包括0
°
冲击实验、30
°
冲击实验、60
°
冲击实验和45
°
冲击实验。
[0028]ⅰ0
°
冲击实验
[0029]
所述0
°
冲击实验中包括500m/s弹丸速度、600m/s弹丸速度、800m/s弹丸速度和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验。
[0030]
ⅰ
500m/s弹丸速度冲击实验；
[0031]
根据步骤2中确定的第一实验对照组的燃油加入量，向箱体内加入燃油；加油后安装并固定所述安全泄压罩。
[0032]
加热燃油；将箱体内的燃油加热至50℃并保持5～10min，同时测试燃油蒸气浓度；
[0033]
发射弹丸进行实验，具体是：
[0034]
以所述第一靶板为射入靶，以第三靶板为射出靶；调整弹道枪射击角度，使射击线与所述第一靶板的几何中心线重合，形成0
°
射击角，使发射的弹丸从第一靶板靶心射入，从第三靶板靶心射出；设定发射的弹丸速度为500m/s；发射弹丸；观测弹丸从第一靶板靶心射入从第三靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并记录相关数据；
[0035]
完成500m/s弹丸速度的冲击实验。
[0036]
ⅱ
600m/s弹丸速度冲击实验；
[0037]
调整射击速度为600m/s；重复所述500m/s弹丸速度的冲击实验的过程，完成600m/s弹丸速度的冲击实验。
[0038]
ⅲ
800m/s弹丸速度冲击实验；
[0039]
调整射击速度为800m/s；重复所述500m/s弹丸速度的冲击实验的过程，完成800m/s弹丸速度的冲击实验。
[0040]
ⅳ
1000m/s弹丸速度冲击实验；
[0041]
调整射击速度为1000m/s；重复所述500m/s弹丸速度的冲击实验的过程，完成1000m/s弹丸速度的冲击实验。
[0042]
至此完成30
°
冲击实验；将燃油箱内燃油排除并将对该燃油箱内通气洗气。
[0043]
至此完成0
°
冲击实验；将燃油箱内燃油排出并向该燃油箱内通入空气以排出废气。
[0044]ⅱ30
°
冲击实验
[0045]
所述30
°
冲击实验中包括500m/s弹丸速度、600m/s弹丸速度、800m/s弹丸速度和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验；
[0046]
根据步骤2中确定的第一实验对照组的燃油加入量，向箱体内加入燃油并安装安全泄压罩。
[0047]
加热燃油；将箱体内的燃油加热至50℃并保持5～10min，同时测试燃油蒸气浓度。
[0048]
发射弹丸进行实验，具体过程是：
[0049]
以所述第一靶板为射入靶，以第四靶板为射出靶；调整弹道枪射击角度，使射击线过所述第一靶板的几何中心和第四靶板的几何中心，形成30
°
射击角，使发射的弹丸从第一靶板靶心射入，从第四靶板靶心射出。
[0050]
发射弹丸；依次重复所述0
°
冲击实验中记载的500m/s、600m/s、800m/s和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验的过程，分别完成在所述各速度下的冲击实验。
[0051]
分别观测各速度下的冲击实验中弹丸从第一靶板靶心射入从第三靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并记录相关数据。
[0052]
完成30
°
冲击实验；将燃油箱内燃油排除并将对该燃油箱内通气洗气。
[0053]ⅲ60
°
冲击实验
[0054]
所述60
°
冲击实验中包括500m/s弹丸速度、600m/s弹丸速度、800m/s弹丸速度和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验。
[0055]
根据步骤2中确定的第一实验对照组的燃油加入量，向箱体内加入燃油并安装安全泄压罩。
[0056]
加热燃油；将箱体内的燃油加热至50℃并保持5～10min，同时测试燃油蒸气浓度。
[0057]
发射弹丸进行实验；具体过程是：
[0058]
以所述第一靶板为射入靶，以第五靶板为射出靶；调整弹道枪射击角度，使射击线过所述第一靶板的几何中心和第五靶板的几何中心，形成60
°
射击角，使发射的弹丸从第一靶板靶心射入，从第五靶板靶心射出。
[0059]
发射弹丸；依次重复所述0
°
冲击实验中记载的500m/s、600m/s、800m/s和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验的过程，分别完成在所述各速度下的冲击实验；
[0060]
分别观测各速度下的冲击实验中弹丸从第一靶板靶心射入从第五靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并记录相关数据。
[0061]
完成60
°
冲击实验；将燃油箱内燃油排除并将对该燃油箱内通气洗气。
[0062]ⅳ45
°
冲击实验
[0063]
转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体后壁板面对弹道枪。
[0064]
所述45
°
冲击实验中包括500m/s弹丸速度、600m/s弹丸速度、800m/s弹丸速度和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验。
[0065]
根据步骤2中确定的第一实验对照组的燃油加入量，向箱体内加入燃油并安装安全泄压罩。
[0066]
加热燃油；将箱体内的燃油加热至50℃并保持5～10min，同时测试燃油蒸气浓度。
[0067]
发射弹丸进行实验；具体过程是：
[0068]
以所述第三靶板为射入靶，以第二靶板为射出靶；调整弹道枪射击角度，使射击线过所述第三靶板的几何中心和第二靶板的几何中心，形成45
°
射击角，使发射的弹丸从第三
靶板靶心射入，从第二靶板靶心射出。
[0069]
发射弹丸；依次重复所述0
°
冲击实验中记载的500m/s、600m/s、800m/s和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验的过程，分别完成在所述各速度下的冲击实验。
[0070]
分别观测各速度下的冲击实验中弹丸从第一靶板靶心射入从第五靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并记录相关数据。
[0071]
完成45
°
冲击实验；将燃油箱内燃油排除并将对该燃油箱内通气洗气。
[0072]
步骤4，第二实验对照组的实验：
[0073]
所述第二实验对照组的实验中，燃油箱的加油量为20％；所述燃油加入量的单位为体积分数。
[0074]
转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体前壁板面对弹道枪。
[0075]
所述第二实验对照组的实验包括0
°
冲击实验、30
°
冲击实验、60
°
冲击实验和45
°
冲击实验。
[0076]
重复所述第一实验对照组的实验过程，依次完成第二实验对照组的0
°
冲击实验、30
°
冲击实验、60
°
冲击实验；当完成该0
°
冲击实验、30
°
冲击实验和60
°
冲击实验后，转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体后壁板面对弹道枪；重复所述第一实验对照组的实验过程，完成第二实验对照组的45
°
冲击实验。
[0077]
步骤5，第三实验对照组的实验：
[0078]
所述第三实验对照组的实验中，燃油箱的加油量为30％；所述燃油加入量的单位为体积分数。
[0079]
转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体前壁板面对弹道枪。
[0080]
重复所述第一实验对照组的实验过程，依次完成第三实验对照组的0
°
冲击实验、30
°
冲击实验、60
°
冲击实验；当完成该0
°
冲击实验、30
°
冲击实验和60
°
冲击实验后，转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体后壁板面对弹道枪；重复所述第一实验对照组的实验过程，完成第三实验对照组的45
°
冲击实验。
[0081]
步骤6，第四实验对照组的实验：
[0082]
所述第四实验对照组的实验中，燃油箱的加油量为40％；所述燃油加入量的单位为体积分数。
[0083]
转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体前壁板面对弹道枪。
[0084]
重复所述第一实验对照组的实验过程，依次完成第四实验对照组的0
°
冲击实验、30
°
冲击实验、60
°
冲击实验；当完成该0
°
冲击实验、30
°
冲击实验和60
°
冲击实验后，转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体后壁板面对弹道枪；重复所述第一实验对照组的实验过程，完成第四实验对照组的45
°
冲击实验。
[0085]
至此，完成模拟弹丸多角度冲击飞机燃油箱的实验。
[0086]
本发明所述入射靶板和出射靶板的材料和厚度根据研究目标类型来确定，通用性较强。单次打击实验中仅仅对靶板造成毁伤，不会对油箱结构造成破坏，靶板更换简单易操作，有效降低了实验成本，缩短了实验周期。通过将不同的靶板作为入射靶板和出射靶板，以实现对燃油箱进行0
°
、30
°
、45
°
和60
°
冲击的模拟，当不严格要求弹丸从靶板靶心射入和射出时，模拟的角度范围在0
°
～65
°
之间。
[0087]
本发明用于模拟燃油箱在弹丸以不同角度穿透飞机油箱壁板进入油气空间后的
引燃或引爆情况，采用频数统计法来获取一定工况下油箱引燃/引爆的概率，通过箱体上方布置的压力传感器和温度传感器采集弹丸多角度冲击燃油箱全过程的压力和温度变化数据，通过高速摄像机可以记录下燃油箱的引燃或引爆过程。本发明能够模拟不同燃油体积分数、不同燃油蒸气浓度条件下，不同材料靶板、不同厚度靶板、不同类型弹丸以及弹丸以不同速度下冲击该燃油箱时燃油箱是否发生引燃/引爆。所采用的安全泄压罩能够保护箱体；不同靶板的组合使得射击角度更多，并且入射靶板和出射靶板拆换方便，能够缩短实验周期，实现了快速重复多次实验，整个实验平台具有结构简单、易于操作、成本低和通用性强的特点。
[0088]
为说明本发明的效果，以0
°
冲击试验为例进行了实验验证。实验结果见下表：
[0089]
实验数据统计结果
[0090]
附图说明
[0091]
图1为本发明的结构示意图。
[0092]
图2为本发明燃油箱的轴侧图。
[0093]
图3为本发明燃油箱的轴侧图。
[0094]
图4为本发明燃油箱的主视图。
[0095]
图5为本发明燃油箱的左视图。
[0096]
图6为本发明燃油箱的俯视图。
[0097]
图7为本发明燃油箱的a
‑
a剖视图。
[0098]
图8为本发明燃油箱的b
‑
b剖视图。
[0099]
图9为本发明安全泄压罩与箱体的连接示意图。
[0100]
图10为本发明靶板与套筒的连接示意图。
[0101]
图11为本发明底部支座的结构示意图。
[0102]
图12为弹丸引燃油箱时压力变化示意图。
[0103]
图13为v＝500m/s时油箱引燃现象；其中：图13a是引燃瞬间，图13b是燃爆瞬间，图13c是持续燃烧，图13d是火焰即将熄灭。
[0104]
图14为v＝800m/s时油箱引燃现象；其中：图14a是引燃瞬间，图14b是燃爆瞬间，图14c是持续燃烧，图14d是火焰即将熄灭。
[0105]
图15为靶板穿孔；其中：图15a是靶板圆形穿孔，图15b是靶板花瓣状穿孔，图15c是靶板撕裂状穿孔。
[0106]
图16为高速摄像机拍摄到的冲击火花；其中：图16a是v＝500m/s时，图16b是v＝
600m/s时，图16c是v＝800m/s时，图16d是v＝1000m/s时。
[0107]
图17为出射靶板后方产生的大量火花；其中：图17a是v＝525m/s时，图17b是v＝791m/s时，图17c是v＝795m/s时。
[0108]
图18为油箱杀伤概率函数示意图。
[0109]
图中：1.计算机；2.压力传感器；3.温度传感器；4.箱体；5.把手；6.角钢；7.支架；8.出油口阀门；9.恒温加热台；10.第一靶板；11.第二靶板；12.密封橡胶垫片；13.套筒；14.上盖套筒；15.气体浓度测试仪；16.密封锁环；17.安全泄压罩；18.第三靶板；19.第四靶板；20.第五靶板；21.箱体上盖板；22.箱体前壁板；23.箱体侧壁板；24.箱体后壁板。
具体实施方式
[0110]
本实施例为模拟弹丸多角度冲击飞机燃油箱的实验装置，包括箱体4、靶板、套筒13、出油口阀门8、安全泄压罩17、压力传感器2、温度传感器3、气体浓度测试仪15和恒温加热台9。其中，所述靶板包括第一靶板10、第二靶板11、第三靶板18、第四靶板19和第五靶板20。所述箱体4安放在恒温加热台9的上表面。所述第一靶板10和第二靶板11分别安装在该箱体的一侧表面；第三靶板18、第四靶板19和第五靶板20分别安装在该箱体的另一侧表面。所述安全泄压罩17安装在该箱体上表面的几何中心处。在该箱体一端壁板的下部有出油口；在出油口上安装有出油口阀门8。在该箱体上盖板安装有压力传感器2、温度传感器3和气体浓度测试仪15，并且所述压力传感器、温度传感器和气体浓度测试仪分别与计算机1连接，以实时记录实验油箱内部的温度、压力变化数据和气体浓度值。在箱体4两端的壁板上安装有把手5；在一侧的箱体侧壁板23上有用于排放实验后箱体内的废弃燃油的出油口；该出油口是安装有出油口阀门8。
[0111]
底部支座是由角钢6和支架焊接而成的框形支架。支座一侧角钢上开有槽，用于放置出油口阀门6。
[0112]
在箱体正下方布置有2台恒温加热台9，用于加热箱体中的燃油，加速燃油挥发为燃油蒸气，同时控制燃油及气相空间温度，以确保燃油蒸气温度在其闪点以上，在冲击火花作用下能够引燃或引爆。恒温加热台9的温度根据实验要求调节；该恒温加热台的功率为1400w。
[0113]
所述箱体4的外形为矩形，采用q235钢制成。在该箱体的上盖板的几何中心有用于安装安全泄压罩17的上盖套筒14。在该箱体的一侧壁板上开有两个靶板安装孔，分别安装第一靶板10和第二靶板11；在该箱体的另一侧壁板上开有三个靶板安装孔，分别安装第三靶板18、第四靶板19和第五靶板20；在安装各靶板时，均使各靶板的几何中心与所在靶板安装孔的中心重合。以开有两个靶板安装孔的壁板为箱体前壁板，以开有三个靶板安装孔的壁板为箱体后壁板。各所述靶板安装孔的中心位于箱体高度的300mm～400mm处，并使各靶板安装孔的下边缘在油箱内油液表面之上，避免油液从各靶板安装孔中泄漏。分别位于箱体前壁板上的第一靶板的安装孔与位于箱体后壁板上的第三靶板18的安装孔同心。所述箱体前壁板上安装有2块靶板，箱体后壁板上安装有3块靶板，第一靶板10与第二靶板11之间的距离等于箱体宽度；第三靶板18与第四靶板19之间的中心距等于箱体宽度的倍；第三靶板18与第五靶板20的中心距等于箱体宽度的倍。
[0114]
本实施例中，所述箱体4的壁厚为5mm，箱体下底面长为1000mm，宽为400mm，箱体高度为500mm。各所述靶板安装孔的孔径均为160mm，并且各所述靶板安装孔的中心距该箱体底板下表面的距离均为300mm。
[0115]
五个套筒13分别位于该箱体外，并使各套筒的一端分别安装在一个靶板安装孔外。各所述靶板分别套装在各套筒上。在安装各靶板时，在所述箱体前壁板上依次安装第一靶板和第二靶板，在所述箱体后壁板上依次安装第三靶板、第四靶板和第五靶板。
[0116]
所述套筒13两端分别有端板，该套筒一端的端板通过连接螺栓固定在所述箱体上，并且在箱体表面与该端盖表面之间有密封橡胶垫片12。所述靶板通过连接螺栓固定在该套筒另一端端板的外表面，并且在靶板内表面与该端盖表面之间有密封橡胶垫片12。套筒的长度为50mm。
[0117]
各所述靶板为方形，采用常规的油箱材料制成，包括铝合金或镁铝合金或复合材料或不锈钢。该靶板的厚度亦模拟油箱的厚度，根据油箱的不同材质为1.5～5.0mm。
[0118]
所述安全泄压罩17采用厚度为1～3mm的橡胶片制成，当箱体内部燃油蒸气被引燃或引爆后，产生的高压气体能将该安全泄压罩冲破或顶开，避免高压对箱体4结构造成破坏。该安全泄压罩的下端套装在所述上盖套筒14上并通过密封锁环16箍紧。
[0119]
本实施例能够模拟燃油箱内不同燃油体积分数、不同燃油蒸气浓度条件下，不同材料靶板、不同厚度靶板、不同类型弹丸以及弹丸以不同速度下冲击该燃油箱时燃油箱能否引燃/引爆。
[0120]
本实施例应用模拟弹丸多角度冲击飞机燃油箱实验装置的实验方法，包括以下步骤：
[0121]
步骤1，确定靶板的材料与厚度：
[0122]
确定靶板的材料。确定的靶板材料与飞机燃油箱的材料相同。本实施例中靶板材料为铝合金。
[0123]
确定靶板的厚度：根据真实飞机燃油箱的材料和厚度确定靶板的材料与厚度。依据强度等效原则，通过公式(1)计算靶板厚度h
ci
：
[0124][0125]
式中:h
ci
为靶板厚度；σ
bi
为飞机燃油箱材料的极限强度；σ
bci
为靶板材料的极限强度；ρ
i
为飞机燃油箱材料密度；ρ
ci
为靶板材料的密度；h为飞机燃油箱材料的厚度。
[0126]
步骤2，确定各实验对照组中燃油箱的加油量：
[0127]
根据作战飞机的不同任务剖面，设置4个实验对照组，分别为第一实验对照组、第二实验对照组、第三实验对照组和第四实验对照组。所确定的各实验对照组中燃油箱的加油量依次分别为10％、20％、30％和40％；所述燃油加入量的单位为体积分数。
[0128]
步骤3，第一实验对照组的实验。
[0129]
所述第一实验对照组的实验包括0
°
冲击实验、30
°
冲击实验、60
°
冲击实验和45
°
冲击实验。
[0130]ⅰ0
°
冲击实验。
[0131]
所述0
°
冲击实验中包括500m/s弹丸速度、600m/s弹丸速度、800m/s弹丸速度和
1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验。
[0132]
ⅰ
500m/s弹丸速度冲击实验。
[0133]
根据步骤2中确定的第一实验对照组的燃油加入量，向箱体内加入燃油。加油后安装安全泄压罩17，并用密封锁环16将安全泄压罩17固紧在上盖套筒14上。
[0134]
加热燃油。将箱体4内的燃油加热至50℃并保持5～10min，同时测试燃油蒸气浓度。
[0135]
发射弹丸进行实验。具体是：
[0136]
以所述第一靶板为射入靶，以第三靶板为射出靶。调整弹道枪射击角度，使射击线与所述第一靶板的几何中心线重合，形成0
°
射击角，使发射的弹丸从第一靶板靶心射入，从第三靶板靶心射出。设定发射的弹丸速度为500m/s。发射弹丸。观测弹丸从第一靶板靶心射入从第三靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并记录相关数据。
[0137]
完成500m/s弹丸速度的冲击实验。
[0138]
ⅱ
600m/s弹丸速度冲击实验。
[0139]
调整射击速度为600m/s。重复所述500m/s弹丸速度的冲击实验的过程，完成600m/s弹丸速度的冲击实验。
[0140]
ⅲ
800m/s弹丸速度冲击实验。
[0141]
调整射击速度为800m/s。重复所述500m/s弹丸速度的冲击实验的过程，完成800m/s弹丸速度的冲击实验。
[0142]
ⅳ
1000m/s弹丸速度冲击实验。
[0143]
调整射击速度为1000m/s。重复所述500m/s弹丸速度的冲击实验的过程，完成1000m/s弹丸速度的冲击实验。
[0144]
至此完成30
°
冲击实验。将燃油箱内燃油排除并将对该燃油箱内通气洗气。
[0145]
至此完成0
°
冲击实验。将燃油箱内燃油排出并向该燃油箱内通入空气以排出废气。
[0146]ⅱ30
°
冲击实验。
[0147]
所述30
°
冲击实验中包括500m/s弹丸速度、600m/s弹丸速度、800m/s弹丸速度和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验。
[0148]
根据步骤2中确定的第一实验对照组的燃油加入量，向箱体内加入燃油并安装安全泄压罩17。
[0149]
加热燃油。将箱体4内的燃油加热至50℃并保持5～10min，同时测试燃油蒸气浓度。
[0150]
发射弹丸进行实验。具体过程是：
[0151]
以所述第一靶板为射入靶，以第四靶板为射出靶。调整弹道枪射击角度，使射击线过所述第一靶板的几何中心和第四靶板的几何中心，形成30
°
射击角，使发射的弹丸从第一靶板靶心射入，从第四靶板靶心射出。
[0152]
发射弹丸。依次重复所述0
°
冲击实验中记载的500m/s、600m/s、800m/s和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验的过程，分别完成在所述各速度下的冲击实验。
[0153]
分别观测各速度下的冲击实验中弹丸从第一靶板靶心射入从第三靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并记录相关数据。
[0154]
完成30
°
冲击实验。将燃油箱内燃油排除并将对该燃油箱内通气洗气。
[0155]ⅲ60
°
冲击实验。
[0156]
所述60
°
冲击实验中包括500m/s弹丸速度、600m/s弹丸速度、800m/s弹丸速度和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验。
[0157]
根据步骤2中确定的第一实验对照组的燃油加入量，向箱体内加入燃油并安装安全泄压罩17。
[0158]
加热燃油。将箱体4内的燃油加热至50℃并保持5～10min，同时测试燃油蒸气浓度。
[0159]
发射弹丸进行实验。具体过程是：
[0160]
以所述第一靶板为射入靶，以第五靶板为射出靶。调整弹道枪射击角度，使射击线过所述第一靶板的几何中心和第五靶板的几何中心，形成60
°
射击角，使发射的弹丸从第一靶板靶心射入，从第五靶板靶心射出。
[0161]
发射弹丸。依次重复所述0
°
冲击实验中记载的500m/s、600m/s、800m/s和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验的过程，分别完成在所述各速度下的冲击实验。
[0162]
分别观测各速度下的冲击实验中弹丸从第一靶板靶心射入从第五靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并记录相关数据。
[0163]
完成60
°
冲击实验。将燃油箱内燃油排除并将对该燃油箱内通气洗气。
[0164]ⅳ45
°
冲击实验。
[0165]
转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体后壁板面对弹道枪。
[0166]
所述45
°
冲击实验中包括500m/s弹丸速度、600m/s弹丸速度、800m/s弹丸速度和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验。
[0167]
根据步骤2中确定的第一实验对照组的燃油加入量，向箱体内加入燃油并安装安全泄压罩17。
[0168]
加热燃油。将箱体4内的燃油加热至50℃并保持5～10min，同时测试燃油蒸气浓度。
[0169]
发射弹丸进行实验。具体过程是：
[0170]
以所述第三靶板为射入靶，以第二靶板为射出靶。调整弹道枪射击角度，使射击线过所述第三靶板的几何中心和第二靶板的几何中心，形成45
°
射击角，使发射的弹丸从第三靶板靶心射入，从第二靶板靶心射出。
[0171]
发射弹丸。依次重复所述0
°
冲击实验中记载的500m/s、600m/s、800m/s和1000m/s弹丸速度四种速度的冲击实验的过程，分别完成在所述各速度下的冲击实验。
[0172]
分别观测各速度下的冲击实验中弹丸从第一靶板靶心射入从第五靶板靶心射出后燃油箱是否被引燃或引爆，并记录相关数据。
[0173]
完成45
°
冲击实验。将燃油箱内燃油排除并将对该燃油箱内通气洗气。
[0174]
步骤4，第二实验对照组的实验。
[0175]
所述第二实验对照组的实验中，燃油箱的加油量为20％；所述燃油加入量的单位为体积分数。
[0176]
转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体前壁板面对弹道枪。
[0177]
所述第二实验对照组的实验包括0
°
冲击实验、30
°
冲击实验、60
°
冲击实验和45
°
冲
击实验。
[0178]
重复所述第一实验对照组的实验过程，依次完成第二实验对照组的0
°
冲击实验、30
°
冲击实验、60
°
冲击实验。当完成该0
°
冲击实验、30
°
冲击实验和60
°
冲击实验后，转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体后壁板面对弹道枪。重复所述第一实验对照组的实验过程，完成第二实验对照组的45
°
冲击实验。
[0179]
步骤5，第三实验对照组的实验。
[0180]
所述第三实验对照组的实验中，燃油箱的加油量为30％；所述燃油加入量的单位为体积分数。
[0181]
转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体前壁板面对弹道枪。
[0182]
重复所述第一实验对照组的实验过程，依次完成第三实验对照组的0
°
冲击实验、30
°
冲击实验、60
°
冲击实验。当完成该0
°
冲击实验、30
°
冲击实验和60
°
冲击实验后，转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体后壁板面对弹道枪。重复所述第一实验对照组的实验过程，完成第三实验对照组的45
°
冲击实验。
[0183]
步骤6，第四实验对照组的实验。
[0184]
所述第四实验对照组的实验中，燃油箱的加油量为40％；所述燃油加入量的单位为体积分数。
[0185]
转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体前壁板面对弹道枪。
[0186]
重复所述第一实验对照组的实验过程，依次完成第四实验对照组的0
°
冲击实验、30
°
冲击实验、60
°
冲击实验。当完成该0
°
冲击实验、30
°
冲击实验和60
°
冲击实验后，转动箱体180
°
，使所述箱体的箱体后壁板面对弹道枪。重复所述第一实验对照组的实验过程，完成第四实验对照组的45
°
冲击实验。
[0187]
至此，完成模拟弹丸多角度冲击飞机燃油箱的实验。
[0188]
本实施例中，弹丸由弹道枪发射。发射速度由装药量控制，实验采用由tnt、8701和黑索金混合而成的聚黑类炸药。装药量与弹丸速度对应关系如下表：
[0189]
装药量(g)7.38.811.214弹丸速度(m/s)5006008001000