[发明专利]爆炸场冲量和风动压测试装置

说明书

本发明公开了一种爆炸场冲量和风动压测试装置，包括受力模块1、测力模块2和固定模块3，受力模块1和测力模块2固连后安装于固定模块3，装置固有频率根据被测爆炸场冲击波频率特性确定，爆炸场冲量和风动压载荷作用于受力模块1后，测力模块2输出电压曲线，进而根据测力模块2灵敏度得到冲量和风动压。本发明不仅能实现爆炸场风动压参量的测试，而且具备冲量测试能力，实现了一套装置同时完成冲量和风动压的测量，所获取的数据可为弹药威力评估和目标易损性研究提供数据支撑。

本发明属于爆炸毁伤测试与评估技术领域，具体涉及一种测试装置，特别是一种爆炸场冲量和风动压测试装置。

背景技术

炸药装药在空气中爆炸产生的高温、高压爆轰产物急剧膨胀，把周围空气从原来的位置迅速挤压出去，形成空气冲击波，同时，从爆炸中心向外涌出的高压气浪紧跟在冲击波阵面后形成冲击风或曳力风，冲击波和冲击风都会对目标造成不同程度的破坏，是装药对目标造成毁伤的主要作用形式。

冲击波对障碍物的作用主要有超压载荷和冲量载荷，当冲击波的正压持续时间小于目标自身周期的四分之一时，由于目标结构尚来不及响应，冲击波作用过程已经结束，此时目标的毁伤程度主要取决于冲量载荷。对烟囱、尖塔、电杆等一类细长目标的破坏，起主要作用是随爆炸冲击波而来的冲击风。这类目标的横向面积较小，冲击波在迎风面上形成的反射高压很快就被侧面稀疏波稀疏，而空气流体绕过目标形成环流向前运动，使得目标结构承受冲击风的吹袭，风动压载荷就是这种风压就加载到细长物体上的载荷。

在冲量测试方面，目前冲量测试普遍采用超压曲线积分法。由于高灵敏压力传感器的广泛使用及测试技术的进步，超压峰值测试结果准确度得到了大幅度的提高，积分法直接利用测试获得的超压曲线积分得到冲量。但是，一方面受到测试条件的影响，不能获得光滑、连续的超压时间曲线时有发生；另一方面受到人为因素的影响，积分时间段起点、终点的选择会因人而异，积分结果不一致。通过多次试验结果来看，该方法获得的冲量重复性较差，对爆炸威力评估影响大。

在风动压和风动压载荷测试方面，清华大学的席葆树教授在1973年设计完成了采用电感式差压传感器的LDY-6型微压差传感器风动压测试仪器，首次成功得到了核试验现场的爆炸场风动压，西北核技术研究所的彭常贤在《空气风动压探头的动态响应研究》文中介绍了一种采用一皮托管和一膜片式双边变磁阻传感器所组成的空气风动压测试探头，探头具有两个同时进气的总压和静超压管道空腔，根据总压和静超压之差计算风动压。但是核爆炸风动压持续时间长、峰值高，而普通化学爆炸冲击波持续只有数毫秒，皮托管的响应时间很难满足化爆冲击波和风动压的测试需求。

相对于高频的冲击波，风动压载荷则为低频信号，当下对冲量和风动压载荷的测试是相互独立的，且风动压载荷测试尚无较为成熟可靠的测试方法，更未见能同时实现冲量和风动压载荷的测试装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种爆炸场冲量和风动压测试装置，既能实现对高频冲击波冲量的测试，又能实现对低频风动压载荷的测试。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

(一)装置组成

本发明的爆炸场冲量和风动压测试装置的原理模型为质量-弹簧-阻尼组成的单自由度二阶系统。质量-弹簧-阻尼系统的运动方程为

式中m为系统质量块质量，c为系统阻尼，k为弹簧刚度，x为系统的位移输出，f(t)为作用力。

系统的角频率ω和阻尼比ε表达式为

据此，本发明设计的冲量和风动压测试装置主要包括受力模块、测力模块和固定模块，如图1所示。其中受力模块相当于质量块，测力模块相当于弹簧-阻尼，受力模块受到的外力为静态力F时，位移为：

x＝F/ω² (3)