[发明专利]一种柱形非药式水下爆炸冲击波等效加载实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下爆炸冲击波等效加载实验装置，具体涉及一种柱形非药式水下爆炸冲击波等效加载实验装置。

背景技术

目前对于不同结构及材料的水下爆炸冲击波加载测试主要依靠一定当量的炸药在不同容积的水槽中进行实药爆炸实现，这种加载方式存在危险性高、加载成本高、实验数据测试精度不足和实验资质要求高无法普及等缺点。而完全利用数值仿真技术对结构的水下爆炸冲击波加载进行研究，又由于缺少必要的实验验证而无法确定其正确性，而柱形非药式水下爆炸冲击波加载实验因为具有可重复率高、所需实验资质低、操作简单、主要实验参数参量测量准确、可对气背及水背目标结构进行加载等优点，可以使水下爆炸冲击波加载在实验室内大规模展开。

目前，美国佐治亚理工学院和英国剑桥大学建立的非药式水下爆炸冲击波加载装置为不带内散射角结构，但由于受轻气炮驱动装置口径的限制，仅能对小型气背结构进行加载；美国哈佛大学、西北大学合建的带散射角的非药式水下爆炸冲击波等效加载装置能够在实验室内对稍大结构进行水下冲击波加载实验，但由于冲击波加载水舱内部存在一个小的散射角，这样虽然能够增加测试结构的加载面积，但同时降低了水下冲击波的加载峰值，所产生的水下冲击波峰值也局限于60MPa范围内。国内现有撞击式水下冲击波等效加载装置均为与美国西北大学相同的带内散射角结构，该装置仅能对气背环境的目标结构进行低强度水下冲击波加载。

发明内容

本发明为了解决炸药式水下爆炸冲击波加载实验不能在实验室内普遍展开，且重复率低、测量精度不够的问题，进而提出一种柱形非药式水下爆炸冲击波等效加载实验装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括主加载水舱、轻气炮、驱动弹、活塞、测试靶板和一套测速机构，主加载水舱和轻气炮呈一字型水平设置，主加载水舱的头部端与轻气炮的炮口相对，活塞安装在主加载水舱的头部端内，测试靶板固定安装在主加载水舱的尾部端内，且测试靶板的板面与主加载水舱沿长度方向的中心线垂直，主加载水舱的外侧壁上沿主加载水舱长度方向均布设有多个冲击波测量机构安装口，驱动弹安装在轻气炮的炮口内，一套测速机构并排安装在轻气炮的外侧壁上。

本发明的有益效果是：本发明根据一维冲击波原理及声学近似原理，通过平板撞击使水中粒子获得一定初速进而产生水下冲击波加载，本发明能够对目标结构进行气背及水背环境下的高强度水下冲击波加载，而且能够方便的对冲击波强度及被加载结构的变形破坏进行检测。本发明可以不使用炸药在实验室范围内进行高强度的水下爆炸冲击波加载实验，该系统操作简单，可重复性高，实施所需的实验资质低、主要实验参数参量测量准确，能够显著提高实效效率。本发明能够在不使用炸药的情况下完成气背和水背环境下目标结构的高强度水下冲击波加载，本发明所实施的冲击波强度可达到300MPa，明显高于现有撞击式水下爆炸冲击波等效加载装置所能达到的冲击波强度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是主加载水舱安装水背副舱后的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种柱形非药式水下爆炸冲击波等效加载实验装置包括主加载水舱1、轻气炮2、驱动弹5、活塞6、测试靶板7和一套测速机构3，主加载水舱1和轻气炮2呈一字型水平设置，主加载水舱1的头部端与轻气炮2的炮口相对，活塞6安装在主加载水舱1的头部端内，测试靶板7固定安装在主加载水舱1的尾部端内，且测试靶板7的板面与主加载水舱1沿长度方向的中心线垂直，主加载水舱1的外侧壁上沿主加载水舱1长度方向均布设有多个第一冲击波测量机构安装口4，驱动弹5安装在轻气炮2的炮口内，一套测速机构3并排安装在轻气炮2的外侧壁上。

本实施方式中主加载水舱1可以产生加载峰值为300MPa的水下冲击波。

本实施方式中主加载水舱1头部端端面与轻气炮2炮口之间留有30mm的间隙。

本实施方式中主加载水舱1为空心柱形；驱动弹5直径为66mm，材料可为铝或钢，驱动弹5的厚度可根据实际工况确定，当驱动弹5为5mm厚铝弹时，轻气炮2可将驱动弹5加速到1500m/s。

轻气炮2的炮口处安装有两个激光发射器和两个激光接收器，两个激光接收器与计数器连接，当轻气炮2发射的驱动弹5飞出炮口时，驱动弹5分别阻断两束激光，计数器记录组件的间隔时间，通过两束激光的距离除以计数器记录的时间即为驱动弹5的撞击速度。