一种抗水下爆炸高速破片的防护液舱结构

1.本发明涉及一种抗水下爆炸高速破片的防护液舱结构，属于舰船结构防护技术领域。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，在现代海战中，大型水面舰船发挥着越来越不可替代的作用。在舰船执行任务期间，会受到鱼雷、深水炸弹等敌方水下武器攻击，其动力核心舱、燃油舱部位被水下武器命中会对抗沉性造成威胁。发生接触爆炸情况下，舰船所受爆炸攻击处产生破口，部分舱室进水，若爆轰威力过大，且舷侧防护结构强度不能满足防护要求，则会导致大量舱室进水，进而引起舰船沉没。各个国家对于舰船的抗爆能力和如何提升舰船生命力及战斗续航问题一直都是保持重视的态度。水下武器攻击水面舰船，攻击点往往选择舰船舷侧或舭部。通过在舰船舷侧位置处布置多层隔舱防护结构，当舷侧结构发生大变形甚至破损毁伤情况下，仍然能够保证其抗沉性不衰减，可以提升舰船的生命力和战斗续航力。
3.水下武器打击舰船过程种，战斗部爆炸产生爆轰产物和冲击波，近场结构会因破坏产生高速破片，这些破片向舰船内部飞散并侵彻防护结构，对内部的燃油舱、核心动力舱造成威胁，直接影响舰船的抗沉性和生命力。随着现代水中武器的不断深入研究，其爆炸冲击威力也逐渐加强，将会产生能量更大、速度更快的爆轰产物和破片，对防护舱壁的防护能力提出越来越高的要求。目前舰船舷侧防护舱结构多采用“空-液-空”的舱段分布形式。多舱防护结构中能够抵御高速破片侵彻的核心结构在于防护液舱。
4.防护液舱由液舱外板和液舱内板及中间的吸收液体组成，液舱外板结构主要通过塑性大变形吸收爆炸释放的能量。液舱中水介质主要吸收舷侧外板和液舱外板在接触爆炸作用下产生的高速破片，液舱是防护高速破片的主要载体。但是，由于液舱空间比较有限，对爆炸能量的吸收和破片能量耗散程度受限，单独液舱的防护效能并不理想，因此提升液舱结构的防护效能对于提升舰船生命力和抗沉性具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明是为了解决上述问题，进而提供了一种抗水下爆炸高速破片的防护液舱结构。
6.针对上述存在的问题，本发明提供以下方案。
7.一种抗水下爆炸高速破片的防护液舱结构，它包括由外向内依次布置的液舱外板及液舱内板，液舱内板、液舱外板与板间空腔共同组成防护液舱，且空腔内填充吸收液体。防护液舱内还布置有若干内隔板及若干加强筋，且每个内隔板及每个加强筋均沿船长方向布置，若干内隔板由上到下依次布置，若干加强筋与若干内隔板交错布置，每个内隔板的两侧分别与液舱外板和液舱内板固接，每个加强筋的两端分别与横舱壁固接。
8.进一步地，加强筋的断面形状为三角形。
9.进一步地，加强筋表面涂装有防水层。
10.进一步地，加强筋与横舱壁之间的固定连接方式为焊接。
11.进一步地，若干加强筋分为多组布置，且每相邻两组加强筋之间布置一个内隔板。
12.进一步地，每组加强筋中加强筋的数量至少为三个，且由上到下依次错位布置。
13.进一步地，错位布置的加强筋中，靠近液舱外板的加强筋为第一加强筋，靠近液舱内板的加强筋为第二加强筋，其中第一加强筋的三角形平面侧与液舱外板正对设置，第二加强筋的三角形尖部与液舱外板正对设置。
14.进一步地，液舱外板包括两层钢板及夹设在两层钢板之间的凯夫拉材料层。
15.进一步地，内隔板为多孔结构。
16.本发明与现有技术相比具有以下效果：
17.在沿着船长方向设置多组加强筋和内隔板，不仅能够改变爆轰产物与破片的运动轨迹，使其发生偏转，同时能够反射破片侵彻液舱时产生的激波，以此降低对后续侵彻液舱内板及防御纵壁时产生的破坏。
附图说明
18.图1为舷侧防护舱防护舱段的立体结构示意图；
19.图2为舷侧防护舱防护舱段的主视示意图；
20.图3为图2的i处放大示意图；
21.图4为图2的p处放大示意图；
22.图5为内隔板的俯视示意图；
23.图6为防护液舱侵彻效果图，其中(a)、(b)、(c)分别为侵彻前、侵彻中和侵彻后的效果示意图。
24.图中：
25.1、舷侧外板；2、液舱外板；3、液舱内板；4、防御纵壁；5、加强筋；6、吸收液体；7、内隔板；
26.51、第二加强筋；52、第一加强筋；
27.21、钢板；22、凯夫拉材料层。
具体实施方式
28.具体实施方式一：结合图1～6说明本实施方式，一种抗水下爆炸高速破片的防护液舱结构，它包括由外向内依次布置的液舱外板2及液舱内板3，其中液舱内板3、液舱外板2与板间空腔共同组成防护液舱，且空腔内填充吸收液体6，防护液舱内还布置有若干内隔板7及若干加强筋5，且每个内隔板7及每个加强筋5均沿船长方向布置，若干内隔板7由上到下依次布置，若干加强筋5与若干内隔板7交错布置，每个内隔板7的两侧分别与液舱外板2和液舱内板3固接，每个加强筋5的两端分别与横舱壁固接。
29.舷侧外板1、液舱外板2、液舱内板3及防御纵壁4中每相邻两个结构之间形成的空腔由外向内依次为空舱、液舱、空舱。舷侧外板1与液舱外板2之间形成的空腔为膨胀空腔，其内布置横竖交叉的带孔隔板，交叉隔板将舷侧外板1与液舱外板2连接，在爆炸载荷下必然发生变形与破裂。液舱外板2在膨胀空舱损坏以后，接受冲击载荷及爆轰产物和高速破片
的侵彻，破片在侵彻过程发生镦粗塑性变形，侵彻阻力提升，侵彻能力下降。
30.液舱外板2用于做防护液舱的第一层防护层。
31.根据实际需要，防护液舱内填充的吸收液体6可以为淡水、海水或柴油等。本技术中优选为使用淡水。
32.液舱在爆炸冲击过程中发生形变和破坏，将爆炸能量转化成冲击波和破片及爆轰产物的动能。液舱中水介质吸收舷侧外板1和液舱外板2在接触爆炸作用下产生高速破片的能量。高速破片的能量在吸收液体的阻力中被消耗，也会因为水介质的粘性作用发生偏转、旋转运动，增大了在水中的阻尼。防护液舱在高速破片发生侵彻时会发生水锤效应，高速破片产生的压力波以吸收液体6为介质传递至其它舱壁结构。
33.横舱壁即为横向舱壁，沿船宽方向布置，其为现有防护舱壁的结构组成之一，液舱内板3及液舱外板2的两端分别与横舱壁固接，形成密闭的防护液舱。
34.在爆轰产物与破片撞击到加强筋5时，加强筋5能衰减其动能，同时改变破片运动轨迹，引起其在吸收液体6中的旋转运动，增大在液舱内的运动阻尼，甚至直接使其运动停止。除了改变破片的飞行轨迹，还能够反射破片侵彻液舱时产生的激波，以此达到降低对后续侵彻液舱内板3及防御纵壁4时产生的破坏。
35.多层内隔板7能够增强防护液舱的横向强度，衰减爆轰过程中传递的冲击波。
36.加强筋5的断面形状为三角形。如此设计，优选为正三角形。通过布置加强筋5在防护液舱内的位置，能够更大可能改变破片的飞行轨迹，还能够反射破片侵彻液舱时产生的激波，以达到降低对后续侵彻液舱内板3及防御纵壁4时产生的破坏。
37.加强筋5表面涂装有防水层。如此设计，将加强筋5表面做防水处理，减小侵蚀和磨损，进而保证加强筋5的强度和使用寿命。
38.加强筋5与横舱壁之间的固定连接方式为焊接。
39.若干加强筋5分为多组布置，且每相邻两组加强筋5之间布置一个内隔板7。
40.每组加强筋5中加强筋5的数量至少为三个，且由上到下依次错位布置。
41.错位布置的加强筋5中，靠近液舱外板2的加强筋5为第一加强筋52，靠近液舱内板3的加强筋5为第二加强筋51，其中第一加强筋52的三角形平面侧与液舱外板2正对设置，第二加强筋51的三角形尖部与液舱外板2正对设置。如此设计，断面呈三角形的第一加强筋52的垂线延长线以及第二加强筋51垂线反向延长线均垂直于液舱外板2。第一加强筋52的三角形平面侧与液舱外板2正对设置，使破片侵彻外板后更大的几率撞击到第一加强筋52；第二加强筋51的三角形尖部与液舱外板2正对设置，为改变破舱后爆轰产物的飞行轨迹增大接触面积。
42.液舱外板2包括两层钢板21及夹设在两层钢板21之间的凯夫拉材料层22。如此设计，形成“钢板-凯夫拉材料-钢板”三层防护结构，凯夫拉材料质量轻，强度高以及良好的韧性，将其加设在两层钢板21之间不仅能提高液舱外板2整体的防护性能，也能拦截部分爆轰产物和破片。液舱外板2厚度和强度的增大，会侵蚀破片形状，撞到舱壁的时候发生镦粗塑性形变，破片迎流面积变大，使得破片飞行阻力增大，从而降低破片在液舱中的侵彻能力。
43.内隔板7为多孔结构。如此设计，减轻内隔板7重量，同时能够衰减爆轰及破片在水中航行产生的冲击波，而且也对破片的飞行也有一定的阻拦作用。
44.本技术中的防护液舱在受到爆轰产物和破片侵彻前、侵彻中以及侵彻后的各个状
态下，防护液舱的状态如图6所示，分别为：
45.图6(a)为防护液舱在没有受到爆轰产物和破片侵彻时，液舱处于稳定状态；
46.图6(b)表示此时已经开始发生侵彻以及破片进入防护液舱，但是还没有撞击到加强筋5和隔板等结构，沿着当前飞行轨迹继续运动，在水中运行仅形成空穴的状态；
47.图6(c)表示已经完成侵彻的各种状态，其中位置a为破片在侵彻液舱外板2时被三层防护结构拦截，没有穿透液舱外板2，外板表面出现凹坑并发生大变形；位置b为破片侵彻液舱外板2，撞击在正三角形加强筋5的平面侧后被加强筋5反弹；位置c为破片侵彻液舱外板2，撞击在正三角形加强筋5的斜面，破片飞行弹道发生偏转；位置d为破片在侵彻液舱外板2以后进入液舱，并没有撞击到加强筋5，沿原轨迹继续向前运动，继续对液舱内板3进行侵彻；位置e为破片侵彻液舱外板2以后进入液舱，正好撞击到加强筋5，但是没有发生反弹和偏转，直接将运动能量作用在加强筋5，其运动停止；位置f为破片侵彻液舱外板2以后撞击到隔板中，隔板改变飞行方向降低飞行速度；位置g为破片在侵彻完液舱外板2，撞击到加强筋5实现运动方向的偏转，然后撞击到下一个加强筋5。
48.除位置d以外，大部分侵彻完液舱外板2的爆轰产物和高速破片进入液舱，防护液舱发生水锤效应，高速破片在液舱中受到吸收液体6的阻力作用；液舱中加强筋5防御、变形甚至破坏而引起破片在液舱内发生旋转运动；部分高速破片撞击到隔板以后，减弱飞行速度、改变飞行轨迹甚至停止，都增大了破片在液舱中的运动阻尼，实现对爆轰产物和破片能量的消耗，降低对后续侵彻液舱内板3及防御纵壁4时产生破坏的风险。