一种变壁厚复合防爆结构的制作方法

本发明涉及一种变壁厚复合防爆结构，属于社会公共安全领域。

背景技术：

爆炸恐怖袭击、涉爆刑事犯罪已成为国内外社会公共安全的主要威胁之一。爆炸恐怖因其具有行动隐蔽、实施简单、毁伤规模大等特点，易造成持久、广泛的社会大众恐怖心理，已成为当今恐怖分子最常用、最普遍的活动形式。因此，及时有效反击爆炸恐怖袭击、处置各类爆炸物是公共安全部门所面临的难题之一。

传统的爆炸物处置装置主要包括防爆球、防爆罐(桶)和防爆围栏/毯。防爆球和防爆罐(桶)虽然能够处理当量较大的爆炸物，但因主要采用金属合金制成，存在自重过大，不易移动等缺点，处置时需移动爆炸物存在错误触发的可能；处置当量不明的爆炸物时，存在因爆炸威力过大而自身解体产生更多二次破片的巨大威胁。防爆围栏/毯虽然自重较低，易搬运，但因主要由纤维复合材料制成，对大当量爆炸物产生的强冲击波防护能力较弱。采用柔性轻质材料，如液体(水、甘油)、气凝胶和高性能纤维复合材料，设计新型防爆结构，由此制成的一系列爆炸物处置装置可避免传统爆炸物处置装置的缺点，兼顾其优点，具备安全防护当量高、自重低和无二次伤害等优点。

设计应对爆炸物内爆炸的新型防护结构需要考虑的载荷包括爆炸产生的冲击波、破片和高温爆轰产物。

材料对冲击波的削弱能力主要依赖于材料的波阻抗，水与甘油等液体的波阻抗很高，具备与混凝土相当的冲击波削弱能力。很多研究表明，爆炸冲击波作用液体墙时，绝大部分冲击波被反射回去，透射出液体墙的冲击波强度很低。与炸药处于等高的液体部分受到的冲击波载荷远强于处在高于炸药的液体部分，等厚度的液体墙下端液体容易被冲击波击垮而成为防护缺口，而上端液体较长时间保持完整而过度防护。因此，设计液体墙时出于高效防护和减轻自重考虑，应当采用下端厚上端薄的结构。另外，在利用液体墙防护内爆炸产生的冲击波时，需要考虑反射回的冲击波绕射出水墙的影响。绕射出液体墙的冲击波具有较高的冲击波峰值，可能会对周围人员和设备造成伤害。一种降低绕射冲击波强度的方法就是增大液体墙与冲击波的碰撞面积，促进两者的相互作用，从而降低绕射出液体墙的冲击波能量。气凝胶与纤维复合材料的波阻抗虽然相对于液体较低，但可通过自身变形吸收冲击波能量，延缓冲击波到达防护结构外部的时间。

液体(比如水)可利用自身惯性对高速破片产生很大的阻力，能在很短的距离内衰减破片速度。高性能纤维复合材料可通过自身大面积变形高效捕获低速破片。内液体外纤维的组合结构是一种高效防护破片的合理搭配。

另外，液体(如水)在爆炸条件下能够解体，形成无数的液体颗粒而具备巨大的比表面积，能够高效地吸收爆炸产物的热量，降低周围的温升。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种变壁厚复合防爆结构，可避免因爆炸物当量过大而引起的二次附加伤害；充分考虑防护机理的非均匀设计一方面能够安全可靠的防护爆炸产生的冲击波、破片和爆轰产物等多种威胁，另一方面能够很大程度降低自身重量，提高搬运时的机动性，并降低经济成本。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种变壁厚复合防爆结构，为内含空腔的旋转体，由内而外包括液体层、气凝胶层、纤维层。液体层采用水或者甘油封闭在橡胶袋内部，由装置上部的进液阀门冲入；其特征在于采用下端厚、上端薄的变厚度结构，并自下而上逐渐向内收缩，母线上存在0到2个向内凸起的折点，进而提高液体层与冲击波的碰撞面积；这种结构能够在提高液体层的爆炸防护能力的同时，减轻结构自重。气凝胶层环绕于液体层外围下半部分，进一步削弱爆炸冲击波强度。纤维层采用混杂纤维布，其特征在于由内而外分别是芳纶平纹编织布和超高分子量聚乙烯正交布；内层芳纶熔点较高，在较高温度的爆轰产物作用下依然能够保持高效地破片防护性能，外层超高分子量聚乙烯正交布熔点较低，在内层芳纶布的隔热下能够保持很好的力学性能，通过大面积变形捕获破片。外层纤维层特征在于其上端与气凝胶层等高，下端绕过气凝胶层和液体层下端，通过树脂胶粘在气凝胶外围；上端与气凝胶层等高的设计考虑了爆炸物产生的破片飞散高度远低于液体层高度，在满足捕获破片需求同时可降低经济成本并减轻装置自重；下端绕过气凝胶层和液体层下端是为了增强纤维下端的约束，避免因为纤维层下端过早翻转远离结构而未能参与破片防护。

有益效果

本发明的一种变壁厚复合防爆结构，结构优异新颖、经济成本低、自重轻、作用可靠、通用性强，基于此类结构制成的柔性防爆箱、防爆袋及防爆水墙安全性高，可应用于在一些人员聚集区如车站、地铁站、市场、商场、超市等随机地点发现爆炸物时，将爆炸物采用防爆装置隔离、并快速安全妥善处置(失效、销毁)，解决当前处置爆炸物所面临的最大难题。

附图说明

图1为本发明的一种圆台形变壁厚复合防爆结构的示意图；

图2为本发明的一种单内凸锥形烧瓶状变壁厚复合防爆结构的示意图；

图3为本发明的一种适用安全处置500gtnt当量爆炸物的基于圆台状变壁厚复合防爆结构制成的样机图。

图4为高速摄影拍摄的未使用或使用图3中样机处置500g带壳tnt装药的过程图

图中：1-液体层、2-气凝胶层、3-纤维层、4-进液阀门、5-橡胶带、6-向内凸起、7-锦纶外层包装、a-未使用处置装置的结果、b-使用图3所示圆台状变壁厚复合防爆结构样机的结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图3显示本发明的一种适用于安全处置500gtnt当量爆炸物的圆台状变壁厚复合防爆结构样机，外部可见的是锦纶外包装袋，其内部包含了图1所示的液体层(水)、气凝胶层和纤维层；液体层结构复合下厚上薄、自下而上向内收缩，纤维层与气凝胶层等高且仅为装置整体高度一半，纤维层下端绕过液体层底部并良好粘接；装置整体自重为70kg。

对图3样机进行500gtnt含破片装药的爆炸试验，并与无防护的空爆实验结果进行对比。图4显示了两种工况下高速摄影记录下的爆炸瞬间画面，本发明的变壁厚复合防爆结构样机很好地抑制了爆炸产生的高温气体产物，未观察到明显火光。使用本发明的装置处置炸药，距离爆心1.65m处超压峰值下降90％，达到对人体无害的水平；未观察到破片穿透人体等效松木靶板。因此，本发明的一种变壁厚复合防爆结构能够安全可靠地处置爆炸物。

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。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种变壁厚复合防爆结构，属于社会公共安全防爆领域。所述的变壁厚复合防爆结构是内部为空腔的旋转体，结构由内而外包括液体层、气凝胶层、纤维层。液体由上端进液阀门进入橡胶袋内，液体层自下而上厚度逐渐变薄，并不断向内收缩，母线上存在0至2个向内凸起的折点；气凝胶层与纤维层等高且低于液体层；纤维层采用芳纶编织布/超高分子量聚乙烯纤维无纬布的混杂纤维复合材料，其下端绕过液体层底部。本发明变壁厚复合防爆结构优异新颖、自重轻、成本低，基于此结构制成的防爆装置防爆作用可靠、明显降低爆炸物爆炸冲击波、破片和爆轰产物杀伤作用，可应用于在一些人员聚集区如地铁站、车站、大型市场、商场、超市等地点发现不明爆炸物时进行隔离、进而快速妥善安全处置(失效或销毁)，以解决当前可靠处置爆炸物所面临的难题。

技术研发人员：黄广炎;朱炜;刘春美;冯顺山;董永香;郭志威;许明明
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2017.06.23
技术公布日：2017.11.03