高冲击加速度试验系统及试验方法与流程

本发明属于冲击测试与试验技术领域，具体涉及一种高冲击加速度试验系统及试验方法。

背景技术：

以侵彻或钻地弹为代表的先进攻坚武器，在对建筑工事、地下掩体等目标实施精确打击时，通过弹上电子设备(如智能引信、记录装置等)感知目标信息、控制起爆时间和位置，从而最大限度地发挥武器毁伤威力。在侵彻过程中，弹上电子设备通常需要经历持续时间数毫秒、幅值数万g(1g＝9.8m/s²，以下同)的冲击，能否经受高冲击环境的考验关乎整个作战使命的完成。为提高弹上电子设备的可靠性，降低实战中的风险，在其研制、生产过程中，需有针对性的开展抗冲击试验，考核其在高冲击环境下的生存能力和正常工作能力。

在其它应用领域，高冲击加速度环境同样有着广泛的需求，新型弹药、多模自适应弹药和高速动能弹弹药等，通常要求所用火工品的抗过载能力达到数万g。在航空航天领域，大量的内部器件、二次仪表，均面临不同的冲击环境考核。在国民经济领域，特别是很多先进工业领域，也存在高幅值的加速度冲击环境，如特材包装箱在运输过程中异常跌落时缓冲设计的效应分析；汽车模型的碰撞加速度和动态撞击载荷；历经撞击导致的高过载的飞机“黑匣子”保护等。

针对上述研究所需的冲击环境，实验室条件下主要的模拟手段有：马歇特锤击实验、霍普金森杆实验、跌落台实验等。这些方法测试方便、操作过程简便易行，但通常能够提供的冲击能量小，加速度持续时间短，一般在几μs到几十μs，试件质量也受限，一般在几十克以内，难以应用到质量较大的子系统、部组件产品的考核研究中。专利号为cn101458152a的专利公开了一种高g值冲击加速度模拟试验系统，通过气体炮发射射弹，撞击带有加速度存储装置或加速度校准装置的被撞体，产生(1～15)×10⁴g的冲击加速度，但这种试验方法获得加速度脉冲宽度较小，约为0.15ms～0.6ms，适用于模拟弹体侵彻硬目标过程的初始阶段。实弹打靶能够提供较为真实的冲击环境，主要技术手段有火炮试验、平衡炮试验、火箭橇试验、空投试验等，但这些方法具有试验成本高、试验周期长、重复性差、样本数量少等缺点，不适合做大量的研究性实验。

为了解决以上问题我方研发出了一种高冲击加速度试验系统及试验方法。

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高冲击加速度试验系统及试验方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

高冲击加速度试验系统，包括：

试验弹；试验弹包括承载件、被试件和碰撞件，被试件置于承载件内，碰撞件置于承载件的一端；

用于为试验弹提供发生动能的发射装置；

霍普金森杆入射杆；

用于测定霍普金森杆入射杆中的撞击脉冲载荷的应变测试系统；

用于拍摄记录试验弹与霍普金森杆入射杆的撞击变形过程的拍摄装置。

高冲击加速度试验方法，包括采用空气炮加速试验弹，让试验弹撞击霍普金森杆入射杆，产生幅值(1～8)×10⁴g、脉冲宽度0.5ms～2ms的冲击加速度信号；由激光测速仪测得试验弹的出炮口速度，数字式高速相机4记录撞击变形过程，应变测试系统测定霍普金森杆入射杆中的撞击脉冲载荷，记录该冲击环境及特征。

本发明的有益效果在于：

本发明的一种高冲击加速度试验系统及试验方法；

1、高冲击加速度试验系统与方法，通过试验弹与霍普金森杆入射杆的碰撞，产生幅值(1～8)×10⁴g、脉冲宽度0.5ms～2ms的冲击加速度信号，为弹载电子仪器在高冲击环境下的各种性能研究提供试验系统和试验方法；

2、高冲击加速度试验系统和试验方法，冲击能量大、冲击环境可控、重复性好，技术性能领先；

3、试验方法能够在实验室条件下为千克量级的子系统、部组件产品提供与大型真实试验量级相近的冲击环境，可应用于侵彻引信的抗冲击性能研究、缓冲材料的缓冲性能研究、加速度存储测试装置的校准、高冲击加速度计的归零特性研究等，也可为其他弹载电子设备，如mems器件、黑匣子、陀螺、芯片等的抗高冲击性能研究提供试验条件。

附图说明

图1是本申请的结构示意图；

图2是本申请中带有截锥形头锥的试验弹示意图；

图3是本申请中带有截卵形头锥的试验弹示意图。

图中：1-空气炮；2-试验弹；4-激光测速仪；5-数字式高速相机；6-霍普金森杆入射杆；7-应变测试系统；8-被试件；9-壳体；10-截锥形头锥；11-截卵形头锥。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例，如图1所示；

高冲击加速度试验系统，包括：

试验弹2；试验弹2包括承载件、被试件8和碰撞件，被试件8置于承载件内，碰撞件置于承载件的一端；

用于为试验弹2提供发生动能的发射装置；

霍普金森杆入射杆6；

用于测定霍普金森杆入射杆6中的撞击脉冲载荷的应变测试系统7；

用于拍摄记录试验弹2与霍普金森杆入射杆6的撞击变形过程的拍摄装置。

优选地，发射装置为空气炮1，试验弹2未发射时，试验弹2置于空气炮1的发射管内。

优选地，承载件为一壳体9；碰撞件为一头锥，头锥为截锥形头锥10或截卵形头锥11或半球形头锥。

优选地，头锥为具备延展性的金属制成；壳体9为高强度合金制成。

优选地，头锥为软铝合金或纯铜金属制成；壳体9为硬铝或钛合金制成。

高冲击加速度试验方法，包括采用空气炮1加速试验弹2，让试验弹2撞击霍普金森杆入射杆6，产生幅值(1～8)×10⁴g、脉冲宽度0.5ms～2ms的冲击加速度信号；由激光测速仪4测得试验弹2的出炮口速度，数字式高速相机5记录撞击变形过程，应变测试系统7测定霍普金森杆入射杆6中的撞击脉冲载荷，记录该冲击环境及特征。

具体地，对空气炮1的加载速度进行调整；撞击过程中，通过头锥材料的塑性大变形调整撞击持续时间和撞击载荷幅值；通过更换不同形状、不同材料的头锥，调整冲击环境。

本申请中，应变测试系统7包括应变片、超动态应变仪、瞬态波存储器、计算机等。技术特点在于：通过空气炮1将搭载被试件8(如引信、电子设备等)的试验弹2加载至一定速度后，撞击霍普金森杆入射杆6，产生所需的冲击加速度环境，采用应变测试系统7测量该冲击加速度信号，形成高冲击加速度试验系统。

根据以上高冲击加速度试验系统，技术特点还有：试验弹2分为两部分：头锥和壳体9，头锥为碰撞件，头锥材料选用具有较低强度和较好延展性的金属，撞击过程中，通过头锥材料的塑性大变形实现调整撞击持续时间和加速度脉冲宽度；壳体9为承载件，用于搭载被试件8(如引信、电子设备等)，壳体9材料选用高强度合金(如硬铝、钛合金等)，撞击过程中，壳体9自身有足够强度只产生弹性范围内的变形，从而实现可重复利用。

根据以上高冲击加速度试验系统，技术特点还有：产生的冲击加速度环境由头锥形状、材料和撞击速度决定。头锥形状可以为截锥形(如图1所示)、截卵形(如图2所示)、半球形等，通过设计不同的头锥形状、材料并控制不同的撞击速度，可以获得表征不同冲击环境的加速度波形。

根据以上高冲击加速度试验系统，技术特点还有：应变测试系统7，对撞击载荷的时间历程进行测试、记录，实现对冲击环境的定量描述，为高过载冲击环境的检测调整、重复提供了前提条件。

关于这种高冲击加速度试验方法，技术特点在于：所述的高冲击加速度试验方法是采用高冲击加速度试验系统并通过操作该系统的空气炮1，加速试验弹2撞击霍普金森杆入射杆6，产生幅值(1～8)×10⁴g、脉冲宽度0.5ms～2ms的冲击加速度信号，并采用应变测试系统7测量冲击加速度信号，形成一种高冲击加速度的模拟试验方法。

根据以上所述的高冲击加速度试验方法，技术特点还有：所述的高冲击加速度试验系统，包括有：空气炮1、试验弹2、激光测速仪4、数字式高速相机5、霍普金森杆入射杆6、应变测试系统7等。所述的空气炮1有高压气源、控制气阀门、高压气室、发射管等，所述的应变测试系统7包括应变片、超动态应变仪、瞬态波存储器、计算机等。

根据以上高冲击加速度试验方法，技术特点还有：试验弹2由空气炮1加载，试验方法本身具有短周期、低成本的特点，壳体9重复利用则进一步降低了试验成本，每发试验后，只需更换头锥，便可继续开展后续试验，有效提升了试验效率。本申请中冲击能量由试验弹2的撞击速度决定，通过控制加载速度，能够在实验室条件下为千克量级的子系统、部组件产品提供与大型真实试验量级相近的冲击环境。

如图2所示，试验弹2中采用截锥形头锥10，此头锥为软铝合金制成的头锥，试验弹2总质量约9kg，其中被试件8质量约1kg，在100m/s～200m/s的撞击速度下，被试件8能够获得脉冲宽度0.5ms～2ms、幅值(1～8)×10⁴g的冲击加速度信号。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。