一种超高速侵彻条件下混凝土靶中压力测试系统及方法与流程

本发明涉及超高速侵彻毁伤效应评估技术领域，具体涉及一种超高速侵彻条件下混凝土靶中压力测试系统及方法。

背景技术：

动能侵彻型战斗部对混凝土的侵彻毁伤研究一直是武器研制部门的热点问题。在现代化战争空袭条件下，地面军事目标难以生存，具有重要战略价值目标(如地下防御工事、飞机库、指挥和通讯设施等)的防御结构越来越坚固。为了更有效地打击这类高价值目标，钻地弹的研究越来越引起世界各国的重视。钻地弹是携带侵彻战斗部，用于对机场跑道、地面坚固目标、地下战略导弹基地设施以及深埋在地下的指挥中心进行攻击的对地精确制导攻击弹。提高着速是增大侵彻型战斗部毁伤能力的主要途径之一，然而基于载体和炸药安全性考虑，侵彻战斗部的速度一般小于1000m/s。为进一步提高战斗部对坚固混凝土目标的侵彻能力，提出了高速动能杆战斗部的概念，该战斗部是一种不装填炸药的动能杆，能充分依靠自身动能对装甲和混凝土等坚固目标进行高速侵彻，并产生巨大的冲击波对目标进行毁伤。

基于以上背景，开展动能杆超高速侵彻混凝土靶的试验对弹靶作用机理的研究以及毁伤效应的评估尤为重要。然而由于弹靶作用时间短、弹体侵入靶体后不可观测等原因，使得对动能杆超高速侵彻混凝土靶过程的试验数据获得极为有限，通常仅能得到侵彻孔径与侵彻深度、靶体毁伤情况等后效。

动能杆超高速侵彻混凝土靶过程中靶内的冲击波传播规律与靶内压力分布情况对于分析弹靶作用机理、合理进行毁伤效应评估能够提供重要的实验依据。动能杆超高速侵彻混凝土靶的试验研究的是弹体侵彻对混凝土靶整体的毁伤，而现有的试验方法将多个传感器固定在不同的混凝土块后，再固定在靶箍中，混凝土靶整体为分体式结构，分体式的混凝土靶影响试验的准确性。还有一些浇筑式的混凝土靶，虽然混凝土靶为一体式结构，但是没有解决浇筑过程中带来传感器位移的问题，影响试验精度。

综上，现有的试验方法与手段无法准确测量动能杆超高速侵彻混凝土靶过程中靶内的冲击波传播规律与靶内压力分布。如何得到这样的实验数据以及保证数据的可靠性是重点和难点，是目前尚未解决的难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种超高速侵彻条件下混凝土靶中压力测试系统及方法，提高了压力测试精度，保证试验数据的可靠性，提供准确的靶内冲击波传播规律与靶内压力分布。

本发明的具体实施方式如下：

一种超高速侵彻条件下混凝土靶中压力测试系统，包括：靶箍、钢筋骨架、封装传感器组件、橡胶绳、混凝土、应力仪及示波器；

所述封装传感器组件布置一个以上，通过橡胶绳固定在钢筋骨架上，所述橡胶绳有一定预紧力，确保在混凝土浇筑过程中封装传感器组件位置变动后能恢复原位；所述钢筋骨架固定在靶箍上，靶箍内浇筑混凝土构成混凝土靶；所述封装传感器组件与应力仪连接，由示波器显示表征靶内冲击波传播规律与靶内压力分布的压力信号，处理后得到压力曲线。

进一步地，所述橡胶绳固定在封装传感器组件的四个角上。

进一步地，所述封装传感器组件包括压阻传感器、封装底板、封装盖板及同轴电缆线；

压阻传感器的敏感元件位于封装底板中心位置，封装盖板密封压阻传感器除焊点外的其他部分；压阻传感器的焊点焊接同轴电缆线，焊点用胶灌封；所述封装底板四角设有固定橡胶绳的通孔。

进一步地，所述压阻传感器采用锰铜压阻传感器；封装底板、封装盖板采用玻纤增强聚醚醚酮；所述封装盖板密封压阻传感器除焊点外的其他部分选用环氧树脂胶；所述焊点灌封采用ab胶。

进一步地，所述钢筋骨架为圆环框架，内环框与外环框通过支架连接，所述支架沿圆环框架周向均匀分布，为橡胶绳提供固定连接点。

进一步地，所述封装传感器组件的布置包括：传感器的敏感元件位于同一条靶体轴线上以及传感器的敏感元件位于同一条靶体轴线上和同一条与所述轴线平行的直线上。

一种超高速侵彻条件下混凝土靶中压力测试方法，具体方法如下：

步骤一，封装传感器，焊接同轴电缆线，焊点用胶灌封；

步骤二，传感器平面垂直于靶体轴线，纵向布置一个以上传感器，根据试验要求调整传感器数量及间距；用橡胶绳将封装后的传感器固定在靶箍内的钢筋骨架上，所述橡胶绳有一定预紧力，调节橡胶绳长度保证传感器的敏感元件位于同一条靶体轴线上；

步骤三，将所述同轴电缆线沿靶箍上的导线槽及导线孔伸出靶箍外部，同轴电缆与传感器一一对应；

步骤四，沿靶箍一侧内壁倒入混凝土浆，传感器发生位置变动，当混凝土浆停止流动时，传感器在橡胶绳的拉力作用下回到初始受力平衡位置；

步骤五，传感器同轴电缆线与应力仪连接，应力仪输出端接示波器，构成混凝土靶中压力测试系统；

步骤六，超高速弹体侵入混凝土靶，传感器将采集的压力信号传递给应力仪，由示波器显示表征靶内冲击波传播规律与靶内压力分布的压力信号，处理后得到压力曲线。

进一步地，所述步骤一中封装的具体方法为：

选用环氧树脂胶将传感器、封装底板及封装盖板进行粘接封装，使传感器敏感元件位于封装底板中心位置，封装盖板完全密封传感器除焊点外的其他部分；粘好后置于真空环境中12小时后焊接同轴电缆线，焊点采用ab胶灌封。

进一步地，所述步骤二进一步包括：将传感器的敏感元件设置在同一条与所述轴线平行的直线上。

进一步地，所述传感器采用锰铜压阻传感器。

有益效果：

1、本发明采用靶内预埋传感器的方法，并对传感器进行封装处理，保证传感器的灵敏度，并将传感器“柔性固定”在靶内、多点布置，确保在混凝土浇筑过程中传感器位置变动后能恢复原位，进一步保证传感器测得压力信号的可靠性，得到冲击波传播规律与靶内压力分布。而且，通过调节橡胶绳的预紧力及长度即可调整传感器在某一平面的位置，简单易实现。弹体穿透传感器时产生断通信号，能够得到弹体侵彻位置随时间的变化，为弹靶作用过程提供试验依据。其次，采用先布置传感器，后浇筑混凝土靶的方式，既保证了混凝土靶的整体性良好，大大降低了传感器的布置对侵彻结果的影响，又使传感器与靶体形成统一整体，提高了压力测量准确性与可靠性。

2、本发明将橡胶绳固定在封装传感器组件的四个角上，使封装传感器受力均衡，平衡性好，易保持稳定状态。

3、本发明优化传感器封装工艺，采用锰铜压阻传感器，响应快、压力测量范围广，可以满足10mpa-10gpa的测量范围；封装底板、封装盖板采用玻纤增强聚醚醚酮，在保证强度的同时且薄，封装后的传感器厚度不到1mm，可测得弹体侵彻位置信息，同时此材料阻抗与混凝土接近，对侵彻结果的影响很小，可忽略，进一步提升试验精度。其次，本发明选用环氧树脂胶封装传感器，此胶流动性好、强度高，静止成型后无气泡，使得传感器检测精确。

4、本发明钢筋骨架的内环框与外环框通过支架连接，支架沿圆环框架周向均匀分布，为橡胶绳提供固定连接点，若需改变传感器的位置，无需构造新混凝土块，仅需将橡胶绳固定在就近的支架即可，方便快捷。

5、本发明也可以将传感器布置在与靶体轴线平行的直线上，可以用于测试冲击波的二维或三维分布规律。

附图说明

图1为本发明混凝土靶的主视图；

图2为本发明混凝土靶的俯视图；

图3为本发明整体压力测试系统示意图；

图4为本发明传感器封装组件整体结构示意图；

图5为本发明传感器封装组件不加封装盖板的结构示意图。

其中，1-靶箍，2-钢筋骨架，3-封装传感器组件，4-橡胶绳，5-同轴电缆线，6-导线槽，7-底座，8-吊耳，9-封装底板，10-封装盖板，11-锰铜压阻传感器，12-敏感元件，13-同轴线缆，14-焊点，15-通孔。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种超高速侵彻条件下混凝土靶中压力测试系统，包括靶箍1、钢筋骨架2、封装传感器组件3、橡胶绳4、混凝土、应力仪及示波器，如图1所示。

封装传感器组件3包括锰铜压阻传感器11、封装底板9、封装盖板10及同轴电缆线13，如图4、图5所示，锰铜压阻传感器11的敏感元件12位于封装底板9中心位置，封装盖板10密封锰铜压阻传感器11除焊点14外的其他部分；锰铜压阻传感器11的焊点14焊接同轴电缆线13，焊点14用高强度ab胶灌封；封装底板9四角设有固定橡胶绳的通孔15。

钢筋骨架2为圆环框架，内环框与外环框通过支架连接，该支架沿圆环框架周向均匀分布，为橡胶绳4提供固定连接点。

如图2所示，封装传感器组件3通过高弹性高强度橡胶绳4固定在钢筋骨架2上，橡胶绳4有一定预紧力，能够克服混凝土浇筑流动产生的阻力，确保浇筑过程中封装传感器组件3在位置变动后能恢复原位。可根据试验确定橡胶绳4的预紧力大小。封装传感器组件3纵向布置一个以上，封装传感器组件3的敏感元件12位于同一条靶体轴线上。

靶箍1内设有导线槽6，导线槽6末端处开有10cm直径的导线孔，为同轴电缆线5提供连接通路。钢筋骨架2固定在靶箍1上，靶箍1内浇筑混凝土构成混凝土靶。混凝土原材料选用无需振捣的自密实混凝土。

如图3所示，封装传感器组件3与应力仪连接，由示波器显示表征靶内冲击波传播规律与靶内压力分布的电压信号。

具体压力测试方法如下：

步骤一，封装传感器，锰铜压阻片厚度为0.04mm，宽9mm，长60mm，封装前要进行统一标定；封装底板9厚0.4mm，长140mm，宽12mm，封装底板9的四角设置通孔15用于固定橡胶绳4；封装盖板10厚0.4mm，长60mm，宽12mm。封装底板9与封装盖板10材料采用玻纤增强peek，选用环氧树脂胶进行粘接封装，使锰铜压阻传感器11的敏感元件12位于封装底板9的中心位置，封装盖板10完全密封锰铜压阻片除焊点14外的其他部分。粘好后置于真空环境中十二小时后焊接同轴电缆线13，焊点14用高强度ab胶灌封。

步骤二，令锰铜压阻传感器11平面垂直于靶体轴线，纵向布置一个以上传感器，根据试验要求调整传感器数量及间距；用橡胶绳4将封装后的传感器固定在靶箍1内的钢筋骨架2上，调节橡胶绳4长度保证敏感元件12位于同一条靶体轴线上，也可以再在与靶体轴线平行的直线上布置一个以上封装传感器组件3，用于测试冲击波的二维或三维分布规律。

步骤三，将同轴电缆线13沿靶箍1上的导线槽6及导线孔伸出靶箍1外部，同轴电缆线13与锰铜压阻传感器11一一对应。

步骤四，沿靶箍1一侧内壁倒入混凝土浆，封装传感器组件3发生位置变动，当混凝土浆停止流动时，封装传感器组件3在橡胶绳4的拉力作用下回到初始受力平衡位置。

步骤五，将同轴电缆线13与应力仪连接，应力仪输出端接示波器，构成混凝土靶中压力测试系统。

步骤六，超高速弹体侵入混凝土靶，封装传感器组件3将采集的压力信号传递给应力仪，由示波器显示表征靶内冲击波传播规律与靶内压力分布的压力信号，处理后得到压力曲线。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。