一种亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试系统和方法

1.本发明为一种亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试系统和方法，尤其针对炸药驱动亚毫米级重金属颗粒群前沿前沿速度的测试方法，属于高速动态过程测试技术领域。


背景技术：

2.在现代城区作战及近空火力支援中，正确击中目标以得到最大杀伤力效果的同时，有效控制毁伤范围和程度，最大限度的降低附带毁伤效应成为某些特定作战环境下的作战要求，为实现这一作战使命，国内外研制了一种低附带毁伤弹药的新型弹种。
3.这种低附带毁伤弹药的壳体采用碳纤维复合材料代替传统金属材料，在中心高能炸药与壳体之间填充一定质量的亚毫米级重金属颗粒，其主要利用重金属颗粒群速度衰减快的特点实现对毁伤区域内目标进行可控杀伤。因此重金属颗粒群在不同位置的前沿速度对研究重金属颗粒的飞散特性与终点毁伤效应评估有重要影响。
4.国内外针对传统大尺寸破片的速度测量方法已经开展众多研究，但是针对于亚毫米级破片速度测量装置及方法的文献与专利报道很少。目前，常用的破片测速方法有三种：靶网法、闪光x射线照相法和高速摄像法，但针对于亚毫米重金属颗粒群的速度测量存在着以下不足：
5.(1)靶网法主要是通过记录破片在不同位置击穿靶网时的时间信号获得破片的速度，其制作复杂且适用于较大尺寸的破片，而重金属颗粒是亚毫米级球形破片，无法击穿靶网从而无法获得重金属颗粒的速度。
6.(2)闪光x射线照相法虽然可以记录破片在不同时刻的运动轨迹，并通过每幅图像的间隔距离与时间差获得破片的速度，但由于重金属颗粒尺寸小以及碳纤维壳体破碎片产生的阴影，很难捕捉和区分重金属颗粒飞散过程，使得无法适用于重金属颗粒的速度测试，同时闪光x射线照相系统操作复杂，使用成本高，对使用的环境有较高要求，不适应于户外靶场。
7.(3)高速摄像法适用于测量无遮挡物且轨迹可预测的大尺寸破片，而对于亚毫米级重金属颗粒群很难捕捉且辨别，从而无法适用于该类破片的速度测试。


技术实现要素：

8.本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试系统和方法。该方法能够规避重金属颗粒尺寸小而无法捕捉的问题，能够真实准确的测量出不同位置处重金属颗粒群前沿速度，为研究低附带毁伤弹药毁伤元的飞散特性与终点毁伤效应评估提供更为可靠的试验数据。
9.为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
10.亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试系统，包括连接触发装置的低附带毁伤战斗部模型；还包括亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试装置，亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试装置依次连接计时仪、示波器、数据处理系统；
11.低附带毁伤战斗部模型包括重金属颗粒嵌层，重金属颗粒嵌层内部设有高能炸药，高能炸药上固定有传爆序列，传爆序列连接触发装置。
12.所述的亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试装置包括：固定杆、支撑杆组成的中心杆，中心杆底部设有底座；
13.中心杆上安装有两个相互平行的矩形支撑板；支撑板外套有绝缘层薄板，绝缘层薄板上依次贴有铝箔锡纸一、聚乙烯薄膜、铝箔锡纸二；
14.触发线的屏蔽网线与铝箔锡纸二连接，触发线的信号线与铝箔锡纸一连接形成断通靶；
15.触发线另一端与与计时器连接。
16.数据获取主要由计时仪、示波器、数据处理系统联合完成，计时仪采用us级时间单位的设备，能够准确的捕捉触发断通信号；示波器采用具有高效位数和非常快的波形捕获率的数字存储示波器，用来记录触发信号的波形；数据处理系统通过将试验获取的波形数据通过处理并计算获得亚毫米级重金属颗粒前沿速度，为低附带毁伤弹药的毁伤效应表征与评估可靠的试验结果。
17.一种亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试方法，包括如下步骤：
18.步骤一：根据试验方案，设计好低附带毁伤战斗部模型参数；
19.步骤二：将亚毫米级重金属颗粒前沿速度测试装置固定在指定位置且与爆心同一高度，将触发线与计时器、计时仪与示波器对应连接，并设置好示波器将其归零状态；
20.步骤三：利用触发装置将低附带毁伤战斗部模型起爆，在爆轰驱动作用下使得重金属颗粒群加速到最大速度并开始向测试靶飞行，当重金属颗粒群撞击到铝箔锡纸一使其与铝箔锡纸二导通，计时仪开始计时并在示波器上产生脉冲起跳信号，此时记为第一时刻t1；同理当重金属颗粒群在第二个测速装置的位置时产生第二个脉冲起跳信号，此时记为第二时刻t2；
21.步骤四：通过数据处理系统将试验数据处理求出重金属颗粒飞行的时间间隔δt，测量重金属颗粒飞行距离为δl；
22.步骤五：最后根据速度测试原理，计算得到重金属颗粒在某位置的前沿速度。
23.本发明与现在技术相比，带来的技术优势体现在以下几个方面：
24.(1)该装置结构简单可操作性强，适用于复杂环境且成本低；
25.(2)利用断通靶测速原理，准确的获得了亚毫米级重金属颗粒群前沿速度。
26.(3)解决了亚毫米级破片群因尺寸小、质量轻、难捕捉而无法获得破片速度的难题，为表征低附带毁伤弹药的毁伤效应提供可靠的试验数据，为小尺寸破片群速度测试提供新思路。
附图说明
27.图1为低附带毁伤战斗部模型静爆威力场测试系统的结构示意图图。
28.图2为亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试装置结构示意图。
29.图3为亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试装置结构剖面图(沿支撑板中线全剖)
30.图4为重金属颗粒群作用速度测试装置后的示意图。
31.图5为亚毫米级重金属颗群撞击测速装置时断通信号的电压-时间的曲线图。
32.图中的标号分别表示：1、低附带毁伤战斗部模型，11、传爆序列，12、重金属颗粒嵌层，13、高能炸药，2、亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试装置，2-1、固定杆，2-2、支撑板，2-3、触发线，2-4、聚乙烯薄膜，2-5、铝箔锡纸一，2-6、铝箔锡纸二，2-7、绝缘层薄板，2-8、固定螺栓，2-9、支撑杆，2-10、自攻螺钉，2-11、底座，3、计时仪，4、示波器，5、数据处理系统，6、起爆装置。
具体实施方式
33.以下结合附图及具体实施例，对发明做进一步地说明。
34.如图1所示，本实施例中给出了一种亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试系统，该测试系统包括连接触发装置6的低附带毁伤战斗部模型1；还包括亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试装置2，亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试装置2依次连接计时仪3、示波器4、数据处理系统5；
35.低附带毁伤战斗部模型1包括重金属颗粒嵌层12，重金属颗粒嵌层12内部设有高能炸药13，高能炸药13上固定有传爆序列11，传爆序列11连接触发装置6；高能炸药13主要用于驱动重金属颗粒嵌层12及加载至最大速度；重金属颗粒嵌层12由亚毫米级球形碳化钨、粘结剂、助燃剂等压制而成的环状，镶套在高能炸药13周围；传爆序列11主要是用于传递爆炸能量最终起爆低附带毁伤战斗部模型，固定在高能炸药13上表面。触发装置6是在试验场地布置完成后用于可靠的引爆低附带毁伤战斗部模型1。
36.如图2所示，亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试装置2包括：固定杆2-1、支撑杆2-9组成的中心杆，中心杆底部设有底座2-11；
37.如图3所示，中心杆上安装有两个相互平行的矩形支撑板2-2；支撑板2-2外套有绝缘层薄板2-7，绝缘层薄板2-7上依次贴有铝箔锡纸一2-5、聚乙烯薄膜2-4、铝箔锡纸二2-6；
38.触发线2-3的屏蔽网线与铝箔锡纸二2-6连接，触发线2-3的信号线与铝箔锡纸一2-5连接，形成断通靶；
39.触发线2-3另一端与与计时器3连接。
40.其中为了实现测速装置可拆卸、可调整高度，固定杆2-1与支撑杆2-9采用过渡配合的钢管装配而成，且连接配合处加工一定长度的中心直槽口且采用固定螺栓2-8固定，支撑杆2-9与底座2-11采用螺纹连接，同时为了防止该装置在冲击波作用下移动，在底座沿圆环方向设计了四个螺纹孔，采用自攻螺钉2-10将其与地面固定。
41.数据获取主要由计时仪3、示波器4、数据处理系统5联合完成，计时仪3采用us级时间单位的设备，能够准确的捕捉触发断通信号；示波器4采用具有高效位数和非常快的波形捕获率的数字存储示波器，用来记录触发信号的波形；数据处理系统5通过将试验获取的波形数据通过处理并计算获得亚毫米级重金属颗粒前沿速度，为低附带毁伤弹药的毁伤效应表征与评估可靠的试验结果。
42.一种亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试方法，包括如下步骤：
43.步骤一：根据试验方案，设计好低附带毁伤战斗部模型1的模型参数；
44.步骤二：将亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试装置2固定在指定位置且与爆心同一高度，将触发线2-3依次与计时器3、示波器4连接，并设置好示波器4将其归零状态；
45.步骤三：利用触发装置6将低附带毁伤战斗部模型1起爆，在爆轰驱动作用下使得
重金属颗粒群加速到最大速度并开始向测试靶飞行，当重金属颗粒群撞击到铝箔锡纸一2-5使其与铝箔锡纸二2-6导通，如图4所示，重金属颗粒群作用速度测试装置后的效果图，计时仪3开始计时并在示波器4上产生脉冲起跳信号，此时记为第一时刻t1；同理当重金属颗粒群在第二个测速装置的位置时产生第二个脉冲起跳信号，此时记为第二时刻t2，如图5所示，亚毫米级重金属颗群通过亚毫米级重金属颗粒群前沿速度测试装置2时示波器4上显示出断通信号的电压-时间的曲线图；
46.步骤四：通过数据处理系统5将试验数据处理求出重金属颗粒飞行的时间间隔δt＝t
1-t2＝219.2us，测量重金属颗粒飞行距离为δl＝300mm；
47.步骤五：最后根据速度测试原理，计算得到重金属颗粒在某位置的速度：v＝δl/δt＝300mm/219.2us＝1368.6m/s。
48.本发明提出了一种亚毫米及重金属颗粒群前沿速度测试系统和方法，该装置解决了小尺寸、小质量的颗粒群速度测试的难点，结构可操作性强，方法简单明了，原理清楚，操作简单，具有较强的适用性。