一种可回收的活性破片水锤效应试验装置及其试验方法

1.本发明属于油箱侵彻试验领域，具体涉及一种可回收的活性破片水锤效应试验装置及其试验方法。


背景技术：

2.油箱作为飞机的重要易损元件，油箱的破坏往往会导致整个机体的破坏、解体。因此针对飞机油箱的打击可作为战场上防空领域的重要杀伤手段，水锤效应是飞机油箱结构损伤的主导因素，水锤效应的存在可加强破片等高速物体对于油箱前后壁面的结构损伤。
3.而传统惰性破片对于油箱引燃效果有限，尽管能够破坏油箱结构，但却不足以引燃油箱，无法对飞机造成足够的损伤效果。因此，研究活性材料对于油箱打击效应至关重要。而现如今研究水锤效应试验装置均是针对惰性破片，试验装置主要采用充液密封容器，来研究惰性破片的水锤效应以及对于油箱整体结构的毁伤效果。
4.而针对活性材料打击油箱的研究，现有的实验装置无法收集活性材料破片侵彻后碎片及剩余破片、无法评估破片及液体的温度变化情况，因此也无法对活性材料在侵彻破碎过程中释放化学能及毁伤效果进行相应评估，无法对试验结果进行准确的分析。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种可回收的活性破片水锤效应试验装置及试验方法，解决了研究活性材料撞击充液容器水锤效应试验中，活性材料破碎碎片无法有效回收及活性材料毁伤效果无法有效评估的问题。
6.实现本发明的技术解决方案为：一种可回收的活性破片水锤效应试验装置，包括前级箱体、后级箱体、前靶板、后靶板、若干传感器，前级箱体的前后两个端面为开放端，前靶板固定在前级箱体的前端面，后靶板和后级箱体同轴依次固定在前级箱体的后端面，在前级箱体顶面设有进水口，底面设有出水口，且在前级箱体的顶面和底面对应位置分别开有n个传感器安装孔，n≥1，所述传感器安装孔沿前级箱体的中心轴线方向间隔排布，每个传感器安装孔安装一个传感器，在前级箱体的两个侧壁面上分别对应开有观察窗口，每个观察窗口上均设有透明面板。整个水锤效应试验装置密封，在前级箱体内注水，在后级箱体内设置可溶于水的缓冲物。发射活性破片，活性破片穿透前靶板后进入前级箱体内，活性破片发生破碎同时释放能量，通过传感器采集前级箱体内液体的压力和温度，同时利用高速摄像和红外热成像仪通过观察窗口采集活性破片的破碎情况、空腔形成以及破片和液体温度场变化情况，随后活性破片穿透后靶板进入后级箱体，剩余破片停留在后级箱体中，将后级箱体中的缓冲物及剩余破片取出，不断注水，直至缓冲物完全溶解，取出剩余破片。
7.一种应用所述可回收的活性破片水锤效应试验装置的试验方法，步骤如下：
8.步骤1、向前级箱体内注水，在后级箱体内装满溶于水的缓冲物，将高速摄像和红外热成像仪分别放置在两个观察窗口外侧，并检测可回收的活性破片水锤效应试验装置满足密封性要求。
9.步骤2、称取活性破片质量m。
10.步骤3、发射活性破片，活性破片穿透前靶板后进入前级箱体内，活性破片发生破碎同时释放能量，通过传感器采集前级箱体内液体的压力和温度，同时利用高速摄像和红外热成像仪通过观察窗口采集活性破片的破碎情况、空腔形成以及破片和液体温度场变化情况。
11.步骤4、随后活性破片穿透后靶板进入后级箱体，剩余破片停留在后级箱体中，将后级箱体中的缓冲物及剩余破片取出，不断注水，直至缓冲物完全溶解，取出剩余破片。
12.步骤5、将剩余破片擦干，称取剩余破片重量，进行后续处理工作。
13.本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
14.(1)前级箱体传感器安装孔所用传感器采用温度传感器、压力传感器或压力温度一体传感器。可对容器内部液体压力和温度同时进行测量，特别是通过温度传感器，可有效捕捉液体温度变化，从而对活性破片反应过程释放热量进行定量分析。
15.(2)观察窗口外侧同时放置高速摄像及红外热成像仪，可对容器内活性破片的破碎情况、空腔形成以及破片和液体温度场变化情况进行采集。
16.(3)后级箱体内部装填可溶解于水的缓冲物，可通过添加水使其溶解从而分离出活性破片剩余碎片。
17.(4)活性破片反应程度通过剩余碎片质量计算，避免因活性破片在穿透靶板过程中发生反应残留在靶板上导致的反应程度计算不准确问题。
18.(5)活性破片毁伤效果评估通过与同试验条件下惰性破片对比，从压力提升与温度提升两方面同时进行评估，可全面评估活性破片化学能与热能释放与毁伤效果提升程度。
附图说明
19.图1为本发明一种可回收的活性破片水锤效应试验装置的爆炸图。
20.图2为本发明一种可回收的活性破片水锤效应试验装置的结构示意图。
21.图3为本发明的一种可回收的活性破片水锤效应试验装置的前级箱体结构示意图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
24.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发
明中的具体含义。
25.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围指内。
26.下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。
27.活性破片作为一种新型毁伤元，相比于传统的惰性破片，其在侵彻靶板与毁伤目标过程中自身发生反应，随后破碎，释放大量的化学能与热能，而对于油箱目标的打击毁伤，活性破片在侵彻过程中的释放的化学能与热能便是增强毁伤能力的研究重点。
28.结合图1～图3，本发明所述的一种可回收的活性破片水锤效应试验装置，包括前级箱体5、后级箱体10、前靶板2、后靶板9、若干传感器，前级箱体5的前后两个端面为开放端，前靶板2固定在前级箱体5的前端面，后靶板9和后级箱体10同轴依次固定在前级箱体5的后端面，在前级箱体5顶面设有进水口6，底面设有出水口7，且在前级箱体5的顶面和底面对应位置分别开有n个传感器安装孔8，n≥1，所述传感器安装孔8沿前级箱体5的中心轴线方向间隔排布，每个传感器安装孔8安装一个传感器，在前级箱体5的两个侧壁面分别上对应开有观察窗口，每个观察窗口上均设有透明面板4；整个水锤效应试验装置密封，在前级箱体5内注水，在后级箱体10内填充可溶于水的缓冲物；利用火药枪、轻气炮等手段发射活性破片，活性破片穿透前靶板2后进入前级箱体5内，活性破片在撞击前靶板2过程中发生破碎同时释放能量，通过传感器采集前级箱体5内液体局部的压力和温度，同时利用高速摄像和红外热成像仪通过观察窗口采集活性破片的破碎情况、空腔形成以及破片和液体内部整个温度场变化情况，随后活性破片穿透后靶板9进入后级箱体10，剩余破片因动能不足同时被后级箱体内缓冲物减速，从而停留在后级箱体10中，将后级箱体10中的缓冲物及剩余破片取出，不断注水，直至缓冲物完全溶解，取出剩余破片，擦干并称重。
29.为了保证整个水锤效应试验装置密封性，在前级箱体5和前靶板2之间、前级箱体5和后靶板9之间，两个透明面板4和前级箱体5之间分别设置密封组件3。
30.所述密封组件3采用硅胶密封圈、v型密封圈组合等。
31.进一步地，通过压紧框1/螺钉/螺栓等方式将前靶板2和密封组件3与前级箱体5固连，通过压紧框1/螺钉/螺栓等方式将后靶板9和密封组件与和前级箱体5固连，通过压紧框1/螺钉/螺栓等方式分别将两个透明面板4和前级箱体5固连。
32.在前级箱体5最前端的传感器安装孔8位于前级箱体5的中心处，剩余传感器安装孔8依次向后排布。当n＞1时，通过多个传感器测量活性破片撞击容器过程中弹道方向容器内部液体压力和温度分布梯度；同时通过在前级箱体5传感器安装孔8安装传感器时，改变所采用传感器与上下传感器安装孔8之间的距离，可测量活性破片撞击容器过程中弹道垂直方向容器内部液体和压力分布梯度。
33.传感器采用温度传感器、压力传感器或压力温度一体传感器。
34.上述溶于水的缓冲物采用氯化钠、硫酸钠、硝酸钾等盐类。
35.一种应用可回收的活性破片水锤效应试验装置的试验方法，步骤如下：
36.步骤1、向前级箱体5内注水，在后级箱体10内装满可溶于水的缓冲物，将高速摄像和红外热成像仪分别放置在两个观察窗口外侧，并检测可回收的活性破片水锤效应试验装
置是否满足密封性要求。
37.步骤2、称取活性破片质量m。
38.步骤3、利用火药枪、轻气炮等手段发射活性破片，活性破片穿透前靶板2后进入前级箱体5内，活性破片发生破碎同时释放能量，通过传感器采集前级箱体5内液体的压力和温度，同时利用高速摄像和红外热成像仪通过观察窗口采集活性破片的破碎情况、空腔形成以及破片和液体温度场变化情况。
39.步骤4、随后活性破片穿透后靶板9进入后级箱体10，剩余破片停留在后级箱体10中，将后级箱体10中的缓冲物及剩余破片取出，不断注水，直至缓冲物完全溶解，取出剩余破片。
40.步骤5、将剩余破片擦干，称取剩余破片重量，用于后续对活性破片撞击箱体反应程度进行处理计算。利用扫描电镜对收集的剩余破片做微观形貌分析，观察剩余活性破片失效模式及断口形貌分析。
41.步骤6、对活性破片撞击箱体过程中，活性破片反应程度及毁伤效果提升率进行处理计算。活性破片撞击前级箱体5过程中反应程度e根据如下公式计算：
[0042][0043]
式中，m为回收的剩余破片质量，单位为g；m为初始活性破片的质量，单位为g。
[0044]
活性破片撞击充液前级箱体5过程中的毁伤压力提升率pr与毁伤温度提升率tr根据如下公式计算：
[0045][0046][0047]
其中，pa为活性破片撞击充液前级箱体5过程中传感器采集到的第一个压力峰值，单位为mpa；pi为同等质量惰性破片在同一试验条件下，传感器采集到的第一个压力峰值，单位为mpa；ta为活性破片撞击充液前级箱体5过程中传感器采集的第一个温度峰值，单位为k；ti为同等质量惰性破片在同一试验条件下，传感器采集的第一个温度峰值，单位为k。