一种冲击波波形可调的爆炸波模型装置的制作方法

本发明涉及冲击波模拟加载试验技术领域，尤其涉及一种冲击波波形可调的爆炸波模型装置。

背景技术：

爆炸产生的冲击波是爆炸毁伤中最主要的手段，爆炸冲击波毁伤效应一直是防护工程领域的主要课题，在不能进行原型核试验和大当量常规武器试验情况下，利用实验室技术实现冲击波模拟是研究爆炸冲击波毁伤的主要手段。

爆炸波模拟装置成为有效且广泛应用的爆炸冲击波试验工具，其驱动方式主要有炸药驱动和高压气体驱动从而产生模拟的爆炸冲击波。以高压气体作为驱动能源的模拟装置主要由驱动器(主气室)、膜片或快速活门阀、扩张段及试验段等组成，通过打破膜片或快速打开活门阀，释放高压气体形成冲击波，沿扩张段前进到达试验段形成较为均匀的冲击波面载荷，加载到试件实现对爆炸波的可观测模拟。

传统的采用多气室驱动的爆炸波模拟装置，冲击波产生的方式有两种：一种是爆破膜片的方式，通常采用炸药起爆，通过控制各主气室的膜片在不同的时间起爆，从而产生多个峰值的冲击波波形，此种方式的不足是高压气室内的气体全部释放，无法控制高压气体释放容量，波形的具体形状难以有效控制；另一种方式是控制快速活门阀，通过阀门的快速开启与关闭实现高压气体的释放，可以控制高压气流量，但是由于阀门响应时间较慢，就目前能查到的最快速响应阀门的开闭响应时间也在几十毫秒级别，且价格十分昂贵，对于毫秒级开闭响应时间的的冲击波试验，采用快速活门阀不能满足要求。因此，传统的采用多气室驱动的爆炸波模拟装置，由于受到实现方式或设备能力的限制，其产生冲击波的波形不易控制或峰值作用时间调节范围有限。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种冲击波波形可调的爆炸波模型装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种冲击波波形可调的爆炸波模型装置，包括多气室驱动装置、混合段、扩张段和试验段，所述多气室驱动装置的出气口通过所述混合段与所述扩张段的进气端连接，所述扩张段的出气端与所述试验段的进气端连接；

所述多气室驱动装置包括辅气室、连接杆、安装板、活塞杆和主气室，多个所述主气室并联设置，所述连接杆的后端与设置在所述辅气室内的活塞固定连接，所述连接杆的前端与所述安装板固定连接，多个所述活塞杆的后端均与所述安装板可滑动连接，所述活塞杆的前端穿过所述主气室的后端面与设置在所述主气室内的密封锥固定连接，所述主气室的前端面通过出气管与所述混合段连通，所述主气室与所述出气管之间设置有高压膜片，所述密封锥的前端设置有破膜锥。

具体地，所述活塞将所述辅气室分隔为相互密封的前气室和后气室，所述连接杆的后端穿过所述辅气室的前端面的通孔与所述活塞垂直连接，所述连接杆与所述辅气室的前端面的通孔的内侧面密封可滑动连接，所述连接杆的前端与所述安装板垂直连接。

具体地，所述安装板上设置有安装孔，所述活塞杆的后端与所述安装孔可滑动连接，所述活塞杆的前端穿过设置在所述主气室后端面的通孔与所述密封锥固定连接，所述活塞杆与所述出气管同轴设置，所述密封锥的最大直径大于所述出气管的内径。

本发明的有益效果在于：

本发明一种冲击波波形可调的爆炸波模型装置以压缩空气作为驱动能源，采用多气室多膜片驱动方式，通过控制气室的膜片爆破数量及各气室膜片的爆破时间，以产生不同峰值数量、不同形状的冲击波波形；通过控制高压气体的压力和释放的气流量，调节冲击波超压峰值及正压作用时间，从而产生满足试验的模拟冲击波。

附图说明

图1是本发明所述一种冲击波波形可调的爆炸波模型装置的结构示意图；

图2是本发明所述多气室驱动装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明一种冲击波波形可调的爆炸波模型装置，包括多气室驱动装置1、混合段2、扩张段3和试验段4，多气室驱动装置1的出气口通过混合段2与扩张段3的进气端连接，扩张段3的出气端与试验段4的进气端连接；

如图2所示，多气室驱动装置1包括辅气室5、连接杆6、安装板7、活塞杆8和主气室12，多个主气室12并联设置，连接杆6的后端与设置在辅气室5内的活塞固定连接，连接杆6的前端与安装板7固定连接，多个活塞杆8的后端均与安装板7可滑动连接，活塞杆8的前端穿过主气室12的后端面与设置在主气室12内的密封锥9固定连接，主气室12的前端面通过出气管与混合段2连通，主气室12与出气管之间设置有高压膜片11，密封锥9的前端设置有破膜锥10，活塞将辅气室5分隔为相互密封的前气室和后气室，连接杆6的后端穿过辅气室5的前端面的通孔与活塞垂直连接，连接杆6与辅气室5的前端面的通孔的内侧面密封可滑动连接，连接杆6的前端与安装板7垂直连接，安装板7上设置有安装孔，活塞杆8的后端与安装孔可滑动连接，活塞杆8的前端穿过设置在主气室12后端面的通孔与密封锥9固定连接，活塞杆8与出气管同轴设置，密封锥9的最大直径大于出气管的内径。

本发明一种冲击波波形可调的爆炸波模型装置的工作原理如下：

其中混合段2和扩张段3均为锥形筒，混合段2的大口径端与多气室驱动装置1连接，混合段2的小口径端通过小段直管与扩张段3的小口径端连接，扩张段3的大口阶段与试验段4连接。

模拟装置试验前，根据试验需求，通过活塞杆8在安装孔内的滑动，调节各个活塞杆8在主气室12内的长度(即活塞破膜锥10与膜片的距离)，活塞杆8和安装孔通过阻尼材料可滑动连接，向主气室12、辅气室5通入不同的高压气体，直至气压达到预设定的气压值。

试验时，辅气室5的前气室快速排气，辅气室5的两个腔体形成压差，在压差的作用下，活塞通过连接杆6推动安装板7向前侧移动(即图示中的右侧)，所有主气室12内的活塞杆8带动密封锥9同步向前运动，运动一段距离后，破膜锥10将距离最近的高压膜片11刺破，相应的主气室12内的高压气体快速通过出气管流至混合段2内，并最终从试验段4排出，造成冲击波。与此同时，安装板7继续推动各个活塞杆8向前移动，最前侧的密封锥9将与之对应的出气管封堵，同时因为活塞杆8可在安装孔内滑动，使得安装板7推动另外的活塞杆8继续向前运动，并根据不同的长度依次使高压膜片11破裂，从而产生多个峰值的复杂冲击波。

在不同的主气室12内充入不同压力的高压气体，可得到不同冲压峰值大小的复杂波形，各峰值的间隔时间可通过控制各气室高压膜片11爆破时间实现，可通过以下方式实现：1)经安装板7分别调节各活塞杆8进入主气室12内的长度，使各破膜锥10与膜片的距离满足要求；2)通过控制连接杆6与安装板7的移动速度，即控制辅助气室的压差，由于各气室的破膜锥10与膜片距离不同，同样可控制各膜片的爆破间隔时间。

本装置具有以下优点：

(1)以压缩空气作为驱动能源，采用多气室多膜片驱动方式，通过控制气室膜片的爆破数量和爆破间隔时间，以产生多峰值的复杂冲击波波形，并加载到试件后实现对爆炸冲击波的模拟。

(2)采用机械碰撞实现膜片的爆破，通过活塞杆8的移动，最前端的破膜锥10冲破高压膜片11，随后密封锥9堵住出气口，以实现高压气体的快速释放、关闭，可控制进入试验段4的高压气体流量；

(3)各主气室12内破膜锥10与高压膜片11的距离可调节，即通过安装板7调节不同主气室12内活塞杆8的长度，保证能够同步运动，准确地控制各气室膜片爆破时间，从而产生多峰值的复杂冲击波波形；

(4)所有主气室12内的活塞杆8同步向前运动，距离活塞破膜锥10最近的膜片首先破裂，相应气室内的高压气体快速释放，随着运动机构的向前运动，其他主气室12的膜片按距离从近到远依次破裂，并释放出高压气体；

(5)采用一个辅助气室即可完成所有主气室12的气体释放和关闭动作，结构简单；所有主气室12内的活塞杆8设计成可调节、可拆卸式，方便使用和更换。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。