水下极近场电火花气泡壁压载荷测量实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种水下极近场电火花气泡壁压载荷测量实验装置，属于水下爆炸载荷研究实验装置领域。

背景技术：

极近场水下爆炸壁压载荷测量历来是水下爆炸，舰艇抗爆、抗冲击领域重要的研究内容之一。随着水中制导技术的飞快发展，水下兵器直接命中率大幅提高，命中散布直径大幅减小，舰艇遭受水下极近场爆炸概率大大增加。为提高舰艇生命力，只有在准确得到水下极近场爆炸壁压载荷，才能够有针对性地开展舰艇结构设计。另一方面，只有在准确得到水下极近场爆炸壁压载荷，才能获取新型水下兵器的威力，从而为兵器威力表征提供基础，为兵器开发指引方向。因此研究水下极近场爆炸壁压载荷机理具有非常重要的现实意义。

目前自由场压力测量技术已经较为成熟，而对于水下极近场爆炸壁压以及气泡射流载荷国内外还没有一种有效的测量方法。目前国内外针对水下爆炸极近场爆炸壁压以及气泡射流载荷测量装置还有诸多缺陷。基于材料的压阻、压电特性的水下爆炸壁压载荷测量装置受到量程小，热稳定性差，耐高温性能差等因素的影响，在使用中受到诸多限制。关于该类壁压测量装置在使用过程中所暴露的易失效、过早失效、记录时间短等报告也常见于公开发表的文献中。

另一方面，火工品的制造和使用受国家严格管控，所以开展以炸药、火药等火工品水下极近场爆炸实验会受到诸多限制，大部分学者并没有机会来开展该类实验，使得水下极近场爆炸壁压载荷测量研究更加困难。

因此，急需开发一种灵敏度高，可重复使用，不以火工品为爆源，能够在普通实验室开展实验的水下爆炸壁压载荷测量实验装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了提供一种水下极近场电火花气泡壁压载荷测量实验装置，其主要特点是结构简单，制造容易，爆源为非火工品爆源，可在普通实验室开展实验研究。为水下极近场爆炸壁压载荷测量研究，壁压载荷特性研究提供实验装置基础。

本实用新型的目的是这样实现的：在地面上设置有支架，支架上端安装有安装横梁，安装横梁上设置有两块安装平板，两块安装平板之间安装有防护筒夹具，防护筒夹具内设置有测杆防护筒，测杆防护筒内设置有测杆，测杆防护筒的一端设置有顶盖、另一端为迎爆端且固连有靶板安装底座，靶板安装底座的中心设置有与测杆直径相等的通孔，靶板安装底座的外端面设置有凹槽，且靶板安装底座的外端面固连有带凸沿的靶板，测杆的迎爆端穿过靶板安装底座和靶板且测杆的迎爆端的端面与靶板的迎爆面齐平，在凹槽内还设置有环形杆密封垫，且环形杆密封垫设置测杆与凸沿之间，在测杆防护筒内还设置有止退套筒，止退套筒的端部设置有止退顶盖、止退套筒内设置有止退阻尼垫，所述测杆的另一端伸入至止退套筒中并与止退阻尼垫接触，测杆防护筒的顶盖的中心位置通过螺纹设置有定位丝杆，定位丝杆的一端位于测杆防护筒外部、另一端伸入自航测杆防护筒内并与止退顶盖端面设置有螺纹孔配合，在测杆防护筒外表面还设置有电火花底座，电火花底座包括与测杆防护筒外表面配合的两个半圆环、连接两个半圆环的连接件、设置在半圆环上的安装臂，每个安装臂的下端竖直设置有放电针针柱，每个放电针针柱上设置有放电针，且放电针与放电针针柱垂直，测杆的表面贴有应变片。

本实用新型还包括这样一些结构特征：

1.在靶板安装底座与测杆防护筒的连接处设置有防护筒密封圈。

2.在地面上还设置有位于测杆防护筒下方的水箱、设置在水箱一侧的高速摄像机、设置在水箱另一侧的光源，地面上还设置有实验桌，实验桌上设置有控制箱和数据采集系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的测杆置于测杆防护筒内，穿过靶板上的开孔与水箱中的水接触，水下电火花放电针置于靶板附近，放电针针尖与测杆同轴。电火花放电引发水下爆炸气泡，作用在靶板壁面上的爆炸载荷致使测杆中产生应力波。通过置于测杆上的应变片测得杆中应力波的信号，反推得到靶板壁面处的爆炸载荷，从而达到对水下极近场电火花气泡壁压载荷的测量。另外，通过高速摄像机对水下电火花气泡整个过程进行观测，可对应力波信号与水下爆炸气泡和壁面相互作用过程紧密联系起来，更好地研究水下极近场电火花气泡壁压载荷特性。本实用新型爆源采用电火花，避开了国家对于火工品的管制，实验场地不再受到限制，普通实验室即可开展相关实验。本实用新型使用安全，实验效果好，能够为水下极近场电火花气泡壁压载荷研究，进而为水下极近场爆炸壁压载荷机理研究提供一种有效的实验方法。

附图说明

图1为本实用新型测杆防护筒内部示意图；

图2为本实用新型靶板处局部示意图；

图3为本实用新型止退套筒处局部示意图；

图4为本实用新型电火花放电针处局部示意图；

图5本实用新型的整体示意图；

图中：1靶板；2靶板安装底座；3测杆防护筒；4安装平板；5防护筒夹具；6测杆；7止退套筒；8止退阻尼垫；9止退顶盖；10顶盖；11定位丝杠；12电火花底座；13防护筒密封圈；14杆密封垫；15放电针针柱；16放电针；17实验水箱；18支架；19安装横梁；20光源；21高速摄像机；22控制箱。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型主要用于测量水下极近场电火花气泡壁压载荷，为水下极近场爆炸壁压载荷机理研究提供实验装置；水下极近场爆炸作用在壁面处的载荷会使结构中会产生应力波，通过测量结构中应力波信号从而达到对壁压载荷的测量，本实用新型所有内容都是围绕该原理展开。

结合图1至图5，本实用新型包括：测杆、测杆防护筒、靶板安装底座、靶板、测杆密封垫、止退套筒、止退阻尼垫、止退顶盖、顶盖、定位丝杠、电火花底座等部分。所述圆形靶板安装底座通过螺栓紧固于测杆防护筒一端，圆形靶板通过螺栓固定于靶板安装底座固另一侧。靶板安装底座、靶板均与测杆防护筒同轴。靶板和靶板安装底座中心均有圆形开孔，开孔直径与测杆直径相同。靶板与靶板安装底座一侧开有圆柱型凹槽，测杆密封垫至于此凹槽中。测杆位于测杆防护筒内，一端穿过靶板安装底座、靶板中心开孔，且该端面与靶板面平齐。所述止退套筒外径与测杆防护筒内径相等，内径与测杆直径相同。止退顶盖通过螺栓与止退套筒一端固定。止退阻尼垫至于套筒内部，一端顶于止退顶盖。止退套筒至于测杆防护筒内，测杆另一端深入止退套筒内，并顶于止退阻尼垫。所述顶盖通过螺栓与测杆防护筒另一端紧固在一起。定位丝杠通过顶盖中心所开的螺栓孔深入测杆防护筒内部。定位丝杠通过止退顶盖上所开的螺栓孔与止退顶盖固定在一起。

更为具体的说：本实用新型的测杆防护筒3为一厚壁圆管，两端均攻有螺纹孔，且在测杆防护筒迎爆端外侧有一圈凸沿。靶板安装底座2通过螺栓与测杆防护筒3迎爆端相固连。靶板安装底座2与测杆防护筒3之间有一防护筒密封圈13，起到密封作用。靶板安装底座2中心有一通孔，通孔直径与测杆6直径相等。另外在靶板安装底座2外侧开有一圆柱型凹槽。靶板1与靶板安装底座2通过螺栓链接。在靶板2背爆侧有一圈凸沿，该凸沿外径与靶板安装底座2圆柱凹槽内径相同。在靶板安装底座2圆柱型凹槽内置有一杆密封垫14。杆密封垫14中心同样开有一直径与测杆6相等的通孔，杆密封垫14厚度稍大于靶板安装底座2上圆柱型凹槽的深度。测杆6置于测杆防护筒3内部。测杆6迎爆端依次穿过靶板安装底座2、杆密封垫14、靶板1中心的通孔。测杆6迎爆端端面与靶板1迎爆面平齐。当靶板1与靶板安装底座2固紧时，杆密封垫14将被压缩，一方面起到密封作用，另一方面起到对测杆6固定作用。止退套筒7为一厚壁圆管，其外径与测杆防护筒3内径相同，其内径与测杆6直径相同，置于测杆防护筒3内部。止退套筒7一端面上攻有螺纹孔。止退顶盖9通过螺栓与止退套筒7相互紧固在一起。止退阻尼垫8为一硬橡胶圆柱，其直径与测杆6相等，长度为止退套筒7长度的一半。止退阻尼垫8置于止退套筒7内，一端与顶于止退顶盖9处。顶盖10通过螺栓与测杆防护筒3端部紧固在一起。顶盖10中心攻有一螺栓通孔，定位丝杠11穿过此螺栓孔深入测杆防护筒内部，并通过止退顶盖9上所攻的螺栓孔与止退顶盖紧固在一起。通过旋转定位丝杠11，调节止退套筒位置，使得测杆6深入止退套筒内部并顶住止退阻尼垫8。电火花底座12为一开口紧固圈，且有两个向外伸出的放电针针柱15安装臂。电火花底座12通过紧固螺栓紧固于测杆防护筒3上。两根放电针针柱15通过螺栓安装于电火花底座12安装臂上。两根放电针16相对、同轴紧固于两根放电针针柱15上。通过调节放电针16在放电针针柱15上的位置，达到开展不同爆距实验。防护筒夹具5由两个紧固瓦组成，紧固瓦内径与测杆防护筒3外径相等。通过紧固螺栓实现紧固瓦抱紧测杆防护筒3，实现对测杆防护筒3的固定。防护筒夹具5通过螺栓与安装平板4固连。安装平板4通过螺栓与安装横梁19相连，安装横梁19固定于支架18之上。

本实用新型的实验使用环境、具体结构以及实验过程如下：

1、实验使用环境

本实用新型的实验使用环境如附图5所示，除了本实用新型装置外还应设有：实验水箱17、光源20、高速摄像机21、控制箱22以及实验桌、数据采集系统等设备。

实验水箱17由透明玻璃制成，实验时放置于地面上并进行固定。高速摄像机21置于实验水箱20一侧，距离实验水箱17壁约0.5米。光源20置于实验水箱对面一侧，距离实验水箱17壁约0.5米，光源中心与高速摄像机21同高。实验桌置于距实验水箱约3米处，控制箱22、数据采集系统至于实验桌上。

2、实验装置具体结构

实验时，两个支架18分别至于实验水箱17一侧，安装横梁19固定于支架18之上。通过螺栓安装平板固定于安装横梁之上。调节支架18位置使得测杆防护筒3轴线处于实验水箱17中心处。拧紧靶板1与靶板安装底座2的紧固螺栓，压缩杆密封垫，固定测杆6。调节定位丝杆11，使得止退阻尼垫8顶住测杆。调整好放电针16与靶板2之间的距离至所需距离。放电针16放电引发实验水箱17中的水中生成爆炸气泡，所生成的载荷作用于测杆6端面，引起测杆6内部产生响应的应力波信号。通过贴于测杆6表面的应变测量仪测出该信号，从而实现对靶板壁面处的载荷的测量。止退阻尼垫8会阻止测杆向上运动，并吸收测杆冲量，使得整套实验装置可以进行重复实验。

本实用新型实验过程如下：

(1)根据实验内容、实验装置具体结构所述内容，并结合附图1～5对实验装置进行组装。根据实验使用环境所述内容和附图5布置实验环境。根据实验时光照强度需要调节光源20灯光强度。调节放电针16与靶板之间距离至所需距离。将测杆防护筒6深入水中适当深度，调节光源20、高速摄像机21高度使之与放电针对准。连接好所需数据线、电源线、控制线等电缆。

(2)开通电源，联调各控制设备、测试设备、采集设备至待实验状态。

(3)调节放电针16放电电压至所需电压并完成充电，将实验触发控制器至于触发态。

(4)触动触发控制器，光源20、高速摄像机21、数据采集设备开始工作。延迟过后，放电针放电引发水中爆炸。水中爆炸过程将被高速摄像机21记录下来，测杆6中应力波信号将被信号采集仪记录。通过分析水中爆炸影像与应力波信号得出壁压载荷。

综上所述，本实用新型采用高压电放电为爆源，通过联合分析所测得的测杆中的应力波信号和高速摄像机记录的水下爆炸影像实现对水下极近场水下爆炸壁压载荷的测量。该发明实验装置具有结构简单，实验操作简单，爆源为非火工品爆源，普通实验室即可开展实验等优点，可为水下爆炸领域学者开展水下极近场爆炸壁压载荷研究提供良好的实验途径。