一种多用途动态冲击加载装置及方法

1.本发明属于冲击加载测试技术领域，具体涉及一种多用途动态冲击加载装置及方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.在危化品爆炸应急救援或战场爆炸环境中，人员、装备不仅受到爆炸冲击波威胁，同时也随时可能受到爆炸产生的高速破片侵彻。因此，在冲击防护领域研究中，应急救援防护服、头盔、防弹衣、防弹头盔、车辆防护装甲、武装直升机防护装甲等防护装备不仅要求具备高效的爆炸冲击波防护能力还要具有防侵彻效果。
4.发明人发现，目前在实验室环境下进行材料或结构冲击波防护能力测试通常选用激波管测试系统，对于抗侵彻能力测试通常采用轻气炮测试系统，在需要进行爆炸冲击波防护能力测试和抗侵彻能力测试时，需要同时配置两套测试系统，不仅成本高而且占用实验室空间较大。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种多用途动态冲击加载装置及方法，该装置既能够实现冲击波加载测试、又能够实现弹丸侵彻加载测试。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提供了一种多用途动态冲击加载装置，包括输气管，所述输气管一端与高压气源连接，另一端与高压管连通，高压管与低压管连接，且高压管和低压管之间设置膜片压环；所述低压管插入装填管内部设定长度，装填管和发射管连接。
8.作为进一步的技术方案，所述输气管和高压管之间通过高压管堵头连接，高压管堵头设置圆柱凸台与高压管固定连接。
9.作为进一步的技术方案，所述输气管安装保护减压阀，输气管伸入高压管堵头内，且高压管堵头开设通孔与高压管连通。
10.作为进一步的技术方案，所述高压管远离高压管堵头一端与高压管接头连接，高压管接头和激波连接头连接，激波连接头与低压管通过拉力连接。
11.作为进一步的技术方案，所述高压管接头设置内螺纹与高压管连接，高压管接头还设有外螺纹与激波连接头内螺纹连接；所述高压管接头开设凹槽以安装膜片压环，膜片压环固定在低压管与高压管接头之间。
12.作为进一步的技术方案，所述低压管和装填管之间通过密封螺母密封连接；所述低压管内部管腔在邻近装填管端设置为逐渐扩大。
13.作为进一步的技术方案，所述装填管和弹丸连接头连接，弹丸连接头和发射管连接头连接，发射管连接头与发射管连接。
14.作为进一步的技术方案，所述装填管设置外沿凸台与弹丸连接头连接，弹丸连接
头设置内螺纹与发射管连接头外螺纹连接，发射管连接头通过内螺纹与发射管外螺纹连接。
15.第二方面，本发明还提供了一种如上所述的多用途动态冲击加载装置的工作方法，包括以下步骤：
16.当用于产生冲击波载荷时，使低压管向装填管方向推动，在膜片压环处安装金属膜片并压紧膜片压环；
17.工作时，高压气瓶通过输气管向高压管输入气体，由于膜片压环处膜片的阻隔，高压管内的气体压力逐渐升高，当达到膜片破坏极限压力时，高压气体被瞬间释放，在膜片后端产生冲击波，并沿着低压管、装填管、发射管实现流场的稳定，在发射管口处产生瞬态冲击波加载。
18.第三方面，本发明还提供了一种如上所述的多用途动态冲击加载装置的工作方法，包括以下步骤：
19.当用于产生弹丸侵彻加载时，使低压管向装填管方向推动，在膜片压环处安装金属膜片并压紧膜片压环，推动装填管向低压管方向移动，将弹丸装入装填管并紧靠低压管端口；
20.工作时，高压气瓶通过输气管向高压管输入气体，由于膜片压环处膜片的阻隔，高压管内的气体压力逐渐升高，当达到膜片破坏极限压力时，高压气体被瞬间释放，并推动弹丸在装填管、发射管内不断加速，最终实现弹丸侵彻加载。
21.上述本发明的有益效果如下：
22.本发明的冲击加载装置，由高压管、低压管、装填管、发射管、密封螺母等的配合，既能够实现冲击波加载测试、又能够实现弹丸侵彻加载测试，可以实现多用途动态冲击加载。
23.本发明的冲击加载装置，用于产生冲击波载荷时，移动低压管后安装金属膜片，高压气体进入输气管，由于膜片压环处膜片的阻隔，高压管内的气体压力逐渐升高，当达到膜片破坏极限压力时，高压气体被瞬间释放，在膜片后端产生冲击波，并沿着低压管、装填管、发射管实现流场的稳定，从而在发射管口处产生瞬态冲击波加载，完成冲击波加载测试。
24.本发明的冲击加载装置，用于产生弹丸侵彻加载时，移动低压管后安装金属膜片，装填管内装入弹丸，高压气体进入输气管，由于膜片压环处膜片的阻隔，高压管内的气体压力逐渐升高，当达到膜片破坏极限压力时，高压气体被瞬间释放，并推动弹丸在装填管、发射管内不断加速，最终以较高速度实现弹丸侵彻加载，完成弹丸侵彻加载测试。
附图说明
25.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
26.图1为本发明多用途动态冲击加载装置的总体连接图；
27.图2为本发明多用途动态冲击加载装置的输气管示意图；
28.图3为本发明多用途动态冲击加载装置的高压管堵头示意图；
29.图4为本发明多用途动态冲击加载装置的高压管示意图；
30.图5为本发明多用途动态冲击加载装置的高压管接头示意图；
31.图6为本发明多用途动态冲击加载装置的膜片压环示意图；
32.图7为本发明多用途动态冲击加载装置的激波连接头示意图；
33.图8为本发明多用途动态冲击加载装置的低压管示意图；
34.图9为本发明多用途动态冲击加载装置的密封螺母示意图；
35.图10为本发明多用途动态冲击加载装置的装填管示意图；
36.图11为本发明多用途动态冲击加载装置的弹丸连接头示意图；
37.图12为本发明多用途动态冲击加载装置的发射管连接头示意图；
38.图13为本发明多用途动态冲击加载装置的发射管示意图；
39.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
40.其中，1-输气管，2-高压管堵头，3-高压管，4-高压管接头，5-膜片压环，6-激波连接头，7-低压管，8-密封螺母，9-装填管，10-弹丸连接头，11-发射管连接头，12-发射管。
具体实施方式
41.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
42.本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种多用途动态冲击加载装置，包括：输气管1、高压管堵头2、高压管3、高压管接头4、膜片压环5、激波连接头6、低压管7、密封螺母8、装填管9、弹丸连接头10、发射管连接头11、发射管12。
43.其中，输气管1一端与高压气瓶(未示出)连接，另一端通过螺纹与高压管堵头2连接，高压管堵头2通过螺纹与高压管3连接；高压管3远离高压管堵头2一端与高压管接头4内螺纹连接，高压管接头4外螺纹与激波连接头6内螺纹连接；激波连接头6与低压管7通过互锁连接并将膜片压环5固定在低压管7与高压管接头4之间。
44.通过改变膜片压环5处膜片厚度，可以调节产生的激波强度。
45.低压管7外径与装填管9内径尺寸相同，低压管7插入装填管9内部，并通过密封螺母8压缩密封圈实现密封低压管和装填管之间间隙。
46.装填管9与弹丸连接头10通过拉力连接紧密压合到发射管12，弹丸连接头10通过内螺纹与发射管连接头11外螺纹连接，发射管连接头11通过内螺纹与发射管12外螺纹连接。
47.具体的，输气管1材料为42crmo钢，其内径6mm，外径20mm，输气管安装保护减压阀；输气管通过长度100mm的m20*1.5mm外螺纹与高压管堵头2连接。
48.高压管堵头2材料为42crmo钢，呈带有凸台的圆柱形，圆柱凸台直径120mm，厚度30mm，圆柱凸台周向均布四个直径12mm深度15mm的安装孔，圆柱凸台以外的圆柱形结构内部加工与输气管1内径尺寸相同的6mm直径通孔，外部通过长度100mm的m60*4mm外螺纹与高压管3连接，通过高压管堵头2将输气管1和高压管3连通。
49.高压管3内径60mm，外径120mm，长度700mm，远离高压管堵头2一侧通过长度150mm的m120*4mm外螺纹与高压管接头4内螺纹连接，高压管接头4远离高压管3一侧中心开孔直径与高压管3内径相同为60mm，高压管接头4在该侧加工直径100mm，深度12mm的圆柱形凹槽，用于安装膜片压环5；高压管接头4该侧外径通过长度120mm的m190*6mm外螺纹与激波连
接头6内螺纹连接。
50.膜片压环5材料为42crmo钢，形状为圆筒形，外径100mm，内径60mm，通过激波连接头6与低压管7之间的拉力紧固在高压管接头4与低压管7之间。
51.激波连接头6长度为165mm，直径230mm，通过内凹部分与低压管7连接，内凹部分厚度20mm，低压管7材料为42crmo钢，长度295mm，与激波连接头6连接部分外径184mm，内径60mm，其他部分外径90mm，与装填管9内径相同，低压管7插入装填管9并通过密封螺母8实现密封，密封螺母8外径140mm，长度80mm，内径加工m120*4mm内螺纹与装填管9m120*4mm外螺纹连接。
52.低压管7内部管腔在邻近装填管9端设置为渐变式，低压管7内部管腔由中部至邻近装填管9端逐渐扩大。
53.装填管9远离密封螺母8一端加工直径170mm的圆柱形外沿凸台，装填管9凸台与弹丸连接头10内凹部分连接，弹丸连接头10通过长度100mm的m176*4mm内螺纹与发射管连接头11外螺纹连接；发射管连接头11长度115mm，外径176mm，内径120mm，发射管连接头11通过长度100mm的m120*4mm内螺纹与发射管12连接，发射管12长度2500mm，内径90mm，外径120mm，发射管12两端均开口。
54.该多用途动态冲击加载装置的工作过程为：
55.该多用途动态冲击加载装置具有两种工作模式，分别为产生冲击波载荷、产生弹丸侵彻加载；
56.当用于产生冲击波载荷时，松开密封螺母8，打开激波连接头6，使得低压管7能够向装填管9方向推动，然后在膜片压环5处安装金属膜片并通过激波连接头6拉动低压管7压紧膜片压环5实现金属膜片固定，随后拧紧密封螺母8实现低压管7与装填管9之间的密封；
57.工作时，高压气瓶通过输气管1向高压管3输入气体，由于膜片压环5处膜片的阻隔，高压管3内的气体压力逐渐升高，当达到膜片破坏极限压力时，高压气体被瞬间释放，在膜片后端产生冲击波，并沿着低压管7、装填管9、发射管12实现流场的稳定，在发射管12口处产生瞬态冲击波加载。过程中，通过改变膜片压环5处膜片厚度，可以调节产生的激波强度。
58.当需要产生弹丸侵彻加载时，松开密封螺母8，打开激波连接头6，使得低压管7能够向装填管9方向推动，然后在膜片压环5处安装金属膜片并通过激波连接头6拉动低压管7压紧膜片压环5实现金属膜片固定，随后，打开弹丸连接头10，推动装填管9向低压管7方向移动，将外径尺寸与装填管9内径尺寸相同的弹丸装入装填管9并紧靠低压管7端口，随后紧固弹丸连接头10并紧固密封螺母8；
59.工作时，高压气瓶通过输气管1向高压管3输入气体，由于膜片压环5处膜片的阻隔，高压管3内的气体压力逐渐升高，当达到膜片破坏极限压力时，高压气体被瞬间释放，并推动弹丸在装填管9、发射管12内不断加速，最终以较高速度实现弹丸侵彻加载。
60.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。