用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置

本发明属于入水冲击试验，特别是涉及一种用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置。

背景技术：

1、随着海军装备的日益发展，水中兵器的发射方式也逐渐从海基拓展到空基、陆基，跨介质技术成为当今入水问题研究的热点，与“暴风雪”超空泡鱼雷技术相结合，衍生出大批超空泡头型的跨介质武器模型，该种模型具有入水载荷小、航行速度衰减缓慢、弹道特性稳定等优点，是重点研发的对象。对于该种模型的研究，受试验条件约束，现有试验局限于射弹等小尺度模型，另外，对于大尺度模型虽然开展了大量理论与数值研究，但并未通过相关大尺度或实尺度试验进行验证，因此针对超空泡头型的跨介质武器大尺度模型试验乃至实尺度试验研究迫在眉睫。

2、正是由于超空泡头型的入水载荷小、水中速度衰减缓慢、弹道特性稳定等优点，对试验环境提出了难题。海试和湖试虽具有较大近似无限的水域，但是对于试验环境的不确定性难以把握，并且无法保证试验的重复性，因此需要建立大型跨介质水池以供大尺度模型试验研究，同时当模型在200m/s以上的速度条件入水，如果不对其及时拦截，势必会造成“弹毁池亡”的悲剧。若是对试验弹进行一次性大刀阔斧的拦截，势必造成内部数据采集系统无法承受巨大的冲击载荷而损坏，对后续数据的提取与分析提出挑战，因此最终的装置设计既要对高速入水跨介质武器模型进行拦截，同时又要保证试验弹所受拦截冲击载荷低于数据采集仪的抗冲击量程，保证试验的可行性和有效性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明为了解决上述背景技术中提到的现有技术问题，提出一种结构简单，既能即时拦截高速入水的大尺度试验弹，又保证试验设备安全性要求的柔性拦截装置。

2、本发明所述的用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置，包括承载架和拦截系统，所述拦截系统通过承载架与试验水池连接，所述拦截系统包括从前到后依次设置的拦截布系统、拦截板系统和拦截网系统，所述拦截布系统、拦截板系统、拦截网系统连接在承载架下方，拦截布系统本体内水平设置有第一拦截和第二拦截，所述第一拦截包括若干平行且有间隙的拦截布，所述第二拦截为纤维布堆叠排列，且堆叠纤维布四周边界为刚性固定，所述拦截板系统包括橡胶板和拦截布，所述橡胶板前布置一张拦截布，然后四周边界刚性固定，所述拦截网包括钢丝绳网和拦截布，所述钢丝绳网前安装有拦截布。

3、更进一步地，所述承载架包括若干承载架横梁、若干承载架竖梁、承载架斜撑、承载架底梁和吊机组，承载架具有双层承载架横梁，两层间焊接承载架竖梁，并且在承载架底梁与承载架横梁之间通过焊接承载架斜撑的方式对承载架的承载能力进行提高，承载架中间配置吊机组。

4、更进一步地，所述吊机组包括第一电葫芦、第二电葫芦和电葫芦托板，所述第一电葫芦和第二电葫芦固定在电葫芦托板上，同时电葫芦托板除了与承载架横梁焊接以外，还通过6根加强筋焊接相连。

5、更进一步地，所述承载架还包括承载架滑轮，所述承载架滑轮沿试验水池上的轨道移动。

6、更进一步地，所述拦截布系统包括第一拦截、第二拦截、拦截布侧拉绳和拦截布吊绳，所述拦截布系统本体前方为第一拦截框架，穿过第一拦截框架侧面和第二拦截安装有拦截布吊绳，所述第二拦截顶部侧面安装有拦截布侧拉绳，所述拦截布系统本体通过拦截布吊绳、第一吊环、第一吊绳与第一电葫芦完成吊装，其中拦截布吊绳由两股绳组合到一起，一股穿过第一拦截框架，一股穿过第二拦截，并且控制两股绳的长度保证拦截布系统吊装呈现自由垂荡状态，两侧则由拦截布侧拉绳穿过第二拦截与承载架底梁通过锁扣将其锁紧，保证拦截布系统不会发生自旋。

7、更进一步地，若干平行的拦截布阵列分布排列，拦截布除顶部为固定边界，其他三边均为自由边界，保证受冲击状态下的变形缓冲，首层拦截布底端安装有配重钢板，使其保证竖直状态。

8、更进一步地，在拦截布阵列的每一层布置第一断通靶和第二断通靶，第一断通靶和第二断通靶位于拦截布的高度位置由入射角度和承载架与发射管口的距离决定，并且依次降低，高度差为0.1m×tanα，顺应航行轨迹，其中，α为入射角。

9、更进一步地，所述拦截板系统通过橡胶板吊绳、第二吊环、第二吊绳与第二电葫芦完成吊装，其中橡胶板吊绳穿过m14绳孔与第二吊环，两侧通过橡胶板侧拉绳连接至承载架底梁通过锁扣将其锁紧，保证橡胶板系统不会发生自旋。

10、更进一步地，所述拦截网系统由钢丝绳网上端通过钢丝绳直接扎在承载架横梁完成固定悬挂。

11、一种用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置的操作方法，具体包括以下步骤：

12、步骤1、待三层拦截系统在陆地上全部装配完成后，通过吊车将承载架整体吊进跨介质试验水池，使承载架滑轮进入轨道，将承载架推至预定位置，并通过刹车盘固定，调整拦截布系统和拦截板系统的深度，相适应的拉放拦截布侧拉绳和橡胶板侧拉绳长度来保证初始稳定状态，并用锁扣将其锁紧；

13、步骤2、工作人员位于操作平台上将断通靶的连接导线通过承载架捋出并连接至设备，检测设备工作状态，待检查无误，试验弹由发射管发射入水并成功侵彻各层拦截；

14、步骤3、拦截布系统的首层拦截布底端设置有配重钢板，使其保证竖直状态，使试验弹与其夹角为α，保证试验弹撞击首层芳纶纤维能够成功侵彻，并将试验弹成功导引至拦截系统；

15、步骤4、在试验完成后通过提升第一电葫芦和第二电葫芦将拦截布系统和拦截板系统吊起，移动承载架至操作平台，将试验弹取出，回收数据，通过断通靶所测速度衰减数据转换与数据采集仪的载荷数据进行对比分析，得到各拦截系统对试验弹的有效拦截数据；

16、步骤5、下一组试验开始前，提起拦截布系统，更换断通靶至新的侵彻点，检查设备可行性，准备下一组试验，通过移动承载架位置、第一吊绳和第二吊绳的长度控制侵彻点，相适应的拉放拦截布侧拉绳和橡胶板侧拉绳长度。

17、与现有技术相比，本发明所述的一种用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置的有益效果是：

18、(1)本发明通过承载架吊装采用多种拦截方式进行拦截，保证了大尺度试验水池入水试验的可行性，最大程度上保障试验弹入水后试验弹和试验水池的安全性，同时采用柔性材料以及借助水阻力对试验弹进行层层减速，避免由于一次性拦截对试验设备的损坏，保证了数据采集设备中数据的可回收，以及保障试验弹的可重复使用。

19、(2)本发明通过调整承载架与发射管的距离、拦截布系统和拦截板系统的高度，控制侵彻点，保证拦截系统的多次使用，节省成本。

20、(3)本发明断通靶速度衰减数据转换与数据采集仪的载荷数据进行对比分析，得到各拦截系统对试验弹的有效拦截数据，为更大尺度、更快速度的入水试验拦截提供参考。

技术特征：

1.一种用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置，其特征在于：包括承载架(4)和拦截系统，所述拦截系统通过承载架(4)与试验水池(2)连接，所述拦截系统包括从前到后依次设置的拦截布系统(5)、拦截板系统(6)和拦截网系统(7)，所述拦截布系统(5)、拦截板系统(6)、拦截网系统(7)连接在承载架(4)下方，拦截布系统本体内水平设置有第一拦截(51)和第二拦截(52)，所述第一拦截(51)包括若干平行且有间隙的拦截布(8)，所述第二拦截(52)为纤维布堆叠排列，且堆叠纤维布四周边界为刚性固定，所述拦截板系统(6)包括橡胶板(63)和拦截布(8)，所述橡胶板(63)前布置一张拦截布(8)，然后四周边界刚性固定，所述拦截网(7)包括钢丝绳网(71)和拦截布(8)，所述钢丝绳网(71)前安装有拦截布(8)。

2.根据权利要求1所述的用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置，其特征在于：所述承载架(4)包括若干承载架横梁(41)、若干承载架竖梁(42)、承载架斜撑(43)、承载架底梁(45)和吊机组(46)，承载架(4)具有双层承载架横梁(41)，两层间焊接承载架竖梁(42)，并且在承载架底梁(45)与承载架横梁(41)之间通过焊接承载架斜撑(43)的方式对承载架(4)的承载能力进行提高，承载架(4)中间配置吊机组(46)。

3.根据权利要求2所述的用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置，其特征在于：所述吊机组(46)包括第一电葫芦(461)、第二电葫芦(462)和电葫芦托板(464)，所述第一电葫芦(461)和第二电葫芦(462)固定在电葫芦托板(464)上，同时电葫芦托板(464)除了与承载架横梁(41)焊接以外，还通过6根加强筋(463)焊接相连。

4.根据权利要求2所述的用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置，其特征在于：所述承载架(4)还包括承载架滑轮(44)，所述承载架滑轮(44)沿试验水池(2)上的轨道(22)移动。

5.根据权利要求3所述的用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置，其特征在于：所述拦截布系统(5)包括第一拦截(51)、第二拦截(52)、拦截布侧拉绳(54)和拦截布吊绳(55)，拦截布系统本体前方为第一拦截框架(517)，穿过第一拦截框架(517)侧面和第二拦截(52)安装有拦截布吊绳(55)，所述第二拦截(52)顶部侧面安装有拦截布侧拉绳(54)，所述拦截布系统本体通过拦截布吊绳(55)、第一吊环(467)、第一吊绳(465)与第一电葫芦(461)完成吊装，其中拦截布吊绳(55)由两股绳组合到一起，一股穿过第一拦截框架(517)，一股穿过第二拦截(52)，并且控制两股绳的长度保证拦截布系统(5)吊装呈现自由垂荡状态，两侧则由拦截布侧拉绳(54)穿过第二拦截(52)与承载架底梁(45)通过锁扣将其锁紧，保证拦截布系统不会发生自旋。

6.根据权利要求5所述的用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置，其特征在于：若干平行的拦截布(8)阵列分布排列，拦截布(8)除顶部为固定边界，其他三边均为自由边界，保证受冲击状态下的变形缓冲，首层拦截布(8)底端安装有配重钢板(57)，使其保证竖直状态。

7.根据权利要求6所述的用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置，其特征在于：在拦截布(8)阵列的每一层布置第一断通靶(514)和第二断通靶(516)，第一断通靶(514)和第二断通靶(516)位于拦截布(8)的高度位置由入射角度和承载架(4)与发射管口的距离决定，并且依次降低，高度差为0.1m×tanα，顺应航行轨迹，其中，α为入射角。

8.根据权利要求1所述的用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置，其特征在于：所述拦截板系统(6)通过橡胶板吊绳(65)、第二吊环(468)、第二吊绳(466)与第二电葫芦(462)完成吊装，其中橡胶板吊绳(65)穿过m14绳孔(64)与第二吊环(468)，两侧通过橡胶板侧拉绳(66)连接至承载架底梁(45)通过锁扣将其锁紧，保证橡胶板系统不会发生自旋。

9.根据权利要求1所述的用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置，其特征在于：所述拦截网系统(7)由钢丝绳网(71)上端通过钢丝绳直接扎在承载架横梁(41)完成固定悬挂。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置的操作方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

技术总结
本发明提出了一种用于大尺度跨介质水池重复使用的柔性拦截及测量装置，属于入水冲击试验技术领域。解决了如何既要对高速入水跨介质武器模型进行拦截，又要保证试验弹所受拦截冲击载荷低于数据采集仪的抗冲击量程，保证试验可行性和有效性的问题。它包括承载架和拦截系统，所述拦截系统通过承载架与试验水池连接，拦截系统包括从前到后依次设置的连接在承载架下方的拦截布系统、拦截板系统和拦截网系统。本发明通过承载架吊装采用多种拦截方式进行拦截，保证了大尺度试验水池入水试验的可行性，最大程度上保障试验弹入水后试验弹和试验水池的安全性，同时采用柔性材料以及借助水阻力对试验弹进行层层减速，避免由于一次性拦截对试验设备的损坏。

技术研发人员：明付仁,刘畅,王诗平,马广杰,朱奕蘅
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19