专利名称：撞击试验用的液体靶和撞击试验方法
技术领域：
本发明涉及一种用于撞击试验的靶，特别是涉及一种用于撞击试验用的以液体为被撞击介质的液体靶和撞击试验方法。
背景技术：
在传统的撞击试验中，一般用以金属板或水泥板等为被撞击介质的固体靶，这种固体靶有如下缺点1.成本高，且不能重复使用；即不仅靶板的造价很高，而且一次撞击试验就需要一块新的靶板。
2.模拟覆盖面窄；即一种材质和一种厚度的靶板只能提供给撞击物(如子弹、炮弹、导弹或车辆等)在撞击过程的一种力学环境，也就是一种撞击物的终点弹道力学环境；这就需要准备许多不同材质、不同厚度的靶板才能满足各种撞击试验要求。
3.重复性差；实践已经证明，即使靶板的材质和厚度都相同，撞击物着靶前的运动参数也相同，但各次撞击实验之间的终点弹道参数却相差甚远，这样就给分析撞击物在着靶过程中的动态性能造成困难。
另外，由于撞击物在着靶过程中的弹道参数(尤其是运动速度)发生剧烈变化，所以不可能制造出这样的固体靶板，使得撞击物在撞击固体靶板过程中撞击物的终点弹道参数可以用某便于分析的解析函数(阶越函数、方波函数等)近似描述。所以，研究设计人员很难用撞击固体靶过程中所得到的撞击物的终点弹道参数来分析撞击物在着靶的过程中其所处的力学环境对其动态性能的影响和作用。
发明内容
本发明的目的在于克服传统的固体靶的缺点；为了提供一种不仅可以多次重复使用，模拟覆盖面宽，终点弹道参数重复性好的，甚至可以根据具体要求模拟近似解析终点弹道参数的，所述的参数如阶越曲线，方波曲线等，以便对撞击物的动态性能进行分析的用于撞击试验的液体靶和撞击试验方法。
本发明的目的是这样实现的本发明提供的撞击试验用的液体靶，包括一盛装液体的靶壳，靶壳一开口端与引导放气管之间用法兰连接，并把液体靶膜夹在两者中间；引导放气管用法兰与发射管连接；发射管另一端口用法兰与一高压管连接，高压膜片夹在发射管和高压管之间，撞击物放置在发射管内靠近高压膜片处；在液体靶壳壁上开有圆孔或纵向长条孔，该孔从液体靶壳的开口端一直分布到液体靶壳的闭口端；为了避免压力波的传动对撞击物的影响，还要在液体靶壳内放置填充块；液体靶后盖用法兰与液体靶壳的后端口端口固定；测量液体靶壳内液体压力的压力传感器密封安装在液体靶壳上。在液体靶壳内充满液体作为被撞击介质。
所述的盛装液体的靶壳为不同形状的容器，例如金属圆桶等，靶壳厚度至少在20毫米以上。
所述的高压管、发射管、引导放气管和液体靶壳的内径可以相同也可以不同。
所述的高压膜片是一金属板、合成板或其它塑料板，在该板的单面或双面开有十字槽，金属板包括铝板、钢板或合金钢板等。
所述的在液体靶壳壁上开有圆孔的数量在10至500个之间，开孔直径在5毫米至80毫米之间；其长条孔的数量在2至100条之间，长条孔的宽度在2至50毫米之间，长度为10-500毫米，最好以螺旋方式排列。
对这些开孔的要求是当撞击物由液体靶壳的开口端进入液体靶壳后，随着撞击物的深入，该撞击物本身会逐步堵塞住这些孔，使得作为被撞击介质的液体从这些开孔流出的总有效面积随着物体的深入而减小，这样就可以通过预先调整液体靶壳壁上的开孔分布来控制撞击物在液体靶壳内的受力过程。为了控制撞击物在着靶后的受力过程，将液体靶壳壁上的开孔分成两部分一部分根据实验要求在撞击实验过程中关闭，一般用厚钢板堵住；另一部分根据要求是在实验过程中要开放的，需要在实验过程中开放的孔，一般实验前用薄金属板或非金属板堵住，在撞击物着靶后由于液体靶壳内的液体压力升高就把这些薄板冲破而开放。
应用本发明提供的液体靶进行撞击试验的方法，包括以下步骤(1)实验前根据实验要求先选择好液体靶壳壁上的开多少孔，把所有的孔根据实验要求分成两部分一部分孔根据实验要求在撞击实验过程中关闭，这部分孔一般用厚钢板堵住；另一部分根据要求是在实验过程中要开放的，需要在实验过程中开放的这部分孔，一般实验前用薄金属板或非金属板堵住，并在液体靶壳内放置填充块；(2)液体灌入液体靶壳内，用液体靶膜将液体封在液体靶壳内；(3)高压管内充入高压气体；(4)撞击物放置在发射管内靠近高压膜片处；(5)高压膜片破膜，撞击实验开始；高压膜片可以是单膜也可以是双膜，事先控制好膜片的有效厚度，在该板的单面或双面开有十字槽(十字槽内剩余厚度)，靠高压管充气压力自然破膜；高压膜片也可以采用一般激波管或激波风洞常见的双膜机构，用充气破膜或放气破膜方法均可；(6)通过液体靶上的压力传感器测量液体靶壳内的液体压力变化过程就可以得到撞击物的过载变化。
液体靶的工作过程是这样的高压管内的高压气体驱动撞击物在发射管内加速运动，当撞击物到达引导放气管后，驱动气体放掉，撞击物靠惯性在引导放气管内继续向液体靶壳运动，当撞击物碰到液体靶膜时，撞击物模拟着靶过程开始。撞击物冲破液体靶膜并对液体靶壳内液体加压，高压液体冲破作为开放孔上的薄板流出。由于液体几乎是不可以压缩的，所以液体流出有效面积和此时撞击物的运动速度就决定了液体靶壳内的压力，该压力由放置在液体靶壳上的压力传感器测量得到，液体压力乘以撞击物的截面积就是撞击物的阻力，该阻力再除以撞击物的质量就是撞击物的过载(加速度)。即通过测量液体靶壳内的液体压力变化过程就可以得到撞击物的过载变化。
本发明的优点在于1.由于该液体靶内装的是液体，因此能重复使用，所以成本很低。
2.模拟覆盖面宽；即预先计算好所需的模拟的撞击物的终点弹道力学环境，只需调整液体靶的开口数目即可满足各种撞击试验要求。
3.重复性好；由于每次模拟实验使用同一个靶，因此，撞击物着靶前的运动参数也相同，终点弹道参数一样，这样就便于分析撞击物在着靶过程中的动态性能。
4.另外，提供一种新型的试验靶和方法；由于撞击物在着靶过程中的弹道参数(尤其是运动速度)发生剧烈变化，所以不可能制造出类似具有本发明提供的液体靶性能的固体靶板，使得撞击物在着靶过程中撞击物的终点弹道参数可以用某些便于分析的解析函数(阶越函数、方波函数等)近似描述。
图1是本发明的结构示意面说明如下高压管(1)； 高压膜片(2)； 发射管(3)；撞击物(4)； 引导放气管(5)；液体靶膜(6)；液体(7)； 液体靶壳(8)； 开孔(9)；填充块(10)；压力传感器(11)； 液体靶后盖(12)；具体实施方式
实施例1模拟一种打靶过程而制作一撞击试验用的液体靶；(高压管给撞击物加速用，类似于炮药；撞击物在引导放气管内运动类似与炮弹在空中飞行的过程)。一根高压管1长6米，内径100毫米，其高压管1是用来给撞击物加速用的，类似于炮药；高压膜片2为单面开有十字槽的铝板，其厚度为2毫米，十字槽内剩余厚度为0.8毫米；发射管3长3米，内径122毫米；高压膜片2夹在发射管3和高压管1之间，然后用法蓝把发射管3、高压管1和高压膜片2固定一体；引导放气管5长2米，内径122毫米，该引导放气管5与内径为122毫米、深600毫米的液体靶壳8的一端口之间夹有液体靶膜6，用法蓝把三者固定成一体；其中液体靶膜6为涤纶膜；液体靶壳8的壳厚度为0.2毫米，液体靶壳8上开有96个直径为20毫米的圆孔9，开孔从液体靶壳的开口端一直到液体靶壳的闭口端，圆孔9以螺旋方式分布；要关闭的开孔9用5毫米厚的钢板堵住，要破的开孔用0.5毫米厚的铝片堵住；撞击物的质量为6.4公斤，外径为122毫米，长300毫米，将其放置在发射管3内；测量液体靶壳内液体压力的用一通常压力传感器11，压力传感器11密封安装在液体靶壳8上。液体靶壳8的开口端内放置铝制的填充块10；液体靶后盖(12)作成塞子状的固定在液体靶8的闭口端。本实施例中所用的材料(除已说明的材料外)均为钢。在液体靶壳内充满液体(7)作为被撞击介质。
当模拟实验时，高压管段充入1.6兆帕的氮气；液体靶的工作过程是这样的实验前根据实验要求先选择好液体靶壳(8)壁上的开孔(9)为开放孔和关闭孔并分别用薄板和厚钢板堵住，在液体靶壳(8)内放置填充块(10)，液体(7)灌入液体靶壳(8)内，用液体靶膜(6)将液体(7)封在液体靶壳(8)内；高压管(1)内充入高压气体，撞击物(4)放置在发射管(3)内靠近高压膜片处。高压膜片(2)破膜，撞击实验开始，高压管(1)内的高压气体驱动撞击物(4)在发射管(3)内加速运动，当撞击物(4)到达引导放气管(5)后，驱动气体放掉，撞击物(4)靠惯性在引导放气管(3)内继续向液体靶壳(8)运动，当撞击物(4)碰到液体靶膜(6)时，撞击物(4)模拟着靶过程开始。撞击物(4)冲破液体靶膜(6)并对液体靶壳(8)内液体(7)加压，高压液体冲破开孔(9)上的薄板流出。由于液体几乎是不可以压缩的，所以液体(7)流出有效面积和此时撞击物(4)的运动速度就决定了液体靶壳(8)内的压力，该压力由放置在液体靶壳上的压力传感器(11)测量得到，液体压力乘以撞击物的截面积就是撞击物(4)的阻力，该阻力再除以撞击物(4)的质量就是撞击物的过载(加速度)。即通过测量液体靶壳内的液体压力变化过程就可以得到撞击物的过载变化。
实施例2其结构同实施例1，只是液体靶壳上的开孔9为长条孔，长条孔9长600毫米，宽20毫米，共四条，均匀分布在液体靶壳上。
实施例3用实施例1的撞击试验用的液体靶进行撞击试验，其具体的撞击试验方法如下(1)实验前根据实验要求先选择好液体靶壳壁上的开孔有多少为开放孔和关闭孔，作为开放孔的用薄板堵住，作为关闭孔的用厚钢板堵住，在液体靶壳内放置填充块；(2)液体灌入液体靶壳内，用液体靶膜将液体封在液体靶壳内；(3)高压管内充入1.6兆帕高压气体；(4)撞击物放置在发射管内靠近高压膜片处；(5)高压膜片在高压管内充气自然破膜，撞击实验开始；(6)通过液体靶上的压力传感器测量液体靶壳内的液体压力变化过程就可以得到撞击物的过载变化。
液体靶的工作过程是这样的高压管内的高压气体驱动撞击物在发射管内加速运动，当撞击物到达引导放气管后，驱动气体放掉，撞击物靠惯性在引导放气管内继续向液体靶壳运动，当撞击物碰到液体靶膜时，撞击物模拟着靶过程开始。撞击物冲破液体靶膜并对液体靶壳内液体加压，高压液体冲破作为开孔上的薄板流出。由于液体几乎是不可以压缩的，所以液体流出有效面积和此时撞击物的运动速度就决定了液体靶壳内的压力，该压力由放置在液体靶壳上的压力传感器测量得到，液体压力乘以撞击物的截面积就是撞击物的阻力，该阻力再除以撞击物的质量就是撞击物的过载(加速度)。即通过测量液体靶壳内的液体压力变化过程就可以得到撞击物的过载变化。
权利要求
1.一种撞击实验用的液体靶，其特征是一液体靶壳(8)，液体靶壳(8)的一开口端与引导放气管(5)之间用法兰连接，并把液体靶膜(6)夹在两者中间；引导放气管(5)用法兰与发射管(3)连接；发射管(3)另一端口用法兰与一高压管(1)连接，高压膜片(2)夹在发射管(3)和高压管(1)之间，撞击物(4)放置在发射管内靠近高压膜片处；在液体靶壳(8)壁上开有圆孔或纵向长条孔(9)，该孔(9)从液体靶壳(8)的开口端一直分布到液体靶壳(8)的闭口端；液体靶壳(8)内放置填充块(10)，液体靶后盖(12)固定在该闭端口；测量液体靶壳内液体压力的压力传感器(11)密封安装在液体靶壳上。
2.按权利要求1撞击实验用的液体靶，其特征是所述的液体靶壳(8)为金属圆桶或不同形状的容器，靶壳厚度至少20毫米以上。
3.按权利要求1撞击实验用的液体靶，其特征是所述的在液体靶壳(8)壁上开有圆孔(9)的数量在10至500个之间，圆孔(9)直径在5毫米至80毫米之间，并以螺旋方式排列。
4.按权利要求1撞击实验用的液体靶，其特征是所述的在液体靶壳(8)壁上开有长条孔(9)，所开长条孔(9)的数量在2至100条之间，长条孔的宽度在2至50毫米之间，长度为10-500毫米，并以螺旋方式排列。
5.按权利要求1撞击实验用的液体靶，其特征是所述的高压管(1)、发射管(3)、引导放气管(5)和液体靶壳(7)的内径相同或不同，内径在10毫米至500毫米之间；
6.按权利要求1撞击实验用的液体靶，其特征是所述的高压膜片(2)是一金属板、合成板或其它塑料板，在该板的单面或双面开有十字槽，金属板包括铝板、钢板或合金钢板。
7.一种应用权利要求1所述的撞击实验用的液体靶进行撞击试验的方法，包括以下步骤(1)实验前根据实验要求先选择好液体靶壳(8)壁上所开的孔(9)有多少为开放孔和关闭孔，作为开放孔的用薄板堵住，作为关闭孔的用厚钢板堵住，在液体靶壳内放置填充块；(2)液体灌入液体靶壳(8)内，用液体靶膜(6)将液体(7)封在液体靶壳(8)内；(3)高压管(1)内充入高压气体；(4)撞击物(4)放置在发射管(3)内靠近高压膜片(2)处；(5)高压膜片破膜，撞击实验开始。高压膜片可以是单膜，事先控制好膜片的十字槽内剩余厚度，靠高压管充气压力自然破膜；高压膜片也可以采用一般激波管或激波风洞常见的双膜机构，用充气破膜或放气破膜方法均可。(6)通过液体靶上的压力传感器(11)测量液体靶壳内的液体压力变化过程就可以得到撞击物的过载变化。
全文摘要
本发明涉及一种以液体为被撞击介质的液体靶和撞击试验方法。该液体靶包括液体靶壳的一开口端与引导放气管之间用法兰连接，并把液体靶膜夹在两者中间；引导放气管用法兰与发射管连接；发射管另一端口用法兰与一高压管连接，高压膜片夹在发射管和高压管之间，撞击物放置在发射管内靠近高压膜片处；在液体靶壳壁上开有圆孔或纵向长条孔，该孔从液体靶壳的开口端一直分布到液体靶壳的闭口端；液体靶壳内放置填充块，液体靶后盖固定在该闭端口；测量液体靶壳内液体压力的压力传感器密封安装在液体靶壳上。该液体靶可以重复使用，重复性能好；模拟覆盖面宽。
文档编号G01N3/307GK1414368SQ0113662
公开日2003年4月30日 申请日期2001年10月22日 优先权日2001年10月22日
发明者李岐, 姜俊成 申请人:中国科学院力学研究所