[发明专利]模拟弹丸多角度冲击飞机燃油箱的实验装置及实验方法

说明书

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。该实验装置中的箱体安放在恒温加热台的上表面；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。通过压力传感器、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。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，不同靶板和不同类型弹丸以及弹丸以不同速度下对该燃油箱的冲击状态。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。

技术领域

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

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。

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。

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。

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°。

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。

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。

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。