爆炸波作用下的可移动目标侧倾响应缩比实验装置及方法与流程

本发明涉及可移动目标爆炸整体毁伤效应实验技术，具体涉及一种爆炸波作用下的可移动目标侧倾响应缩比实验装置及方法。

背景技术：

1、静止于地面的各类车辆、集装箱等可移动目标在中低空/触地大当量爆炸所产生的空气冲击波作用下极易发生大幅度偏航、横摆、倾覆和翻滚等破坏现象，造成可移动目标相关功能暂时性受限甚至永久性丧失，严重威胁人员生命和财产安全。

2、以车辆为例，自上世纪六十年代起，为了得到化爆空气冲击波作用下不同类型车辆的毁伤特征和抗倾覆性能差异，在代号china lake、dial pack、suffield和snowball等试验中采用空爆和触地爆炸方式开展了多次吨级和百吨级tnt爆炸当量的原型车辆倾覆试验。在该系列试验中，效应物既有民用车辆(公共汽车、校车、皮卡车等)，也涉及军用车辆(吉普车、卡车等)，试验中对冲击波超压、动压历程进行了测量，分析了试验前后车辆的位置和所处状态的变化情况，得到了不同类型车辆在化爆空气冲击波作用下的典型整体力学响应特征。有试验利用大型击波管对客货两用五十铃牌卡车和解放牌军用卡车开展了多次倾覆试验研究，分析了车辆毁伤阈值和毁伤模式。

3、在已有的针对车辆倾覆效应的试验研究中均采用了原型、足尺车辆，或开展大当量的野外化爆试验，或依托大口径的爆炸冲击波模拟击波管装置进行研究。前者危险性高、准备周期长、费用十分昂贵，综合效费比极低；后者借助大型实验平台，试验的危险性、准备周期相对较低、较短，与野外化爆相比，效费比虽有一定提升，但必须依赖大口径爆炸冲击波模拟击波管实验平台。目前最大口径的爆炸击波管为内径9m的半圆形截面，对于大型、高价值重型车辆，若开展足尺效应物实验，因尺寸限制，即使采用目前最大的击波管平台也无法完全容纳。

4、实验研究历来是科学研究的重要手段之一，也是检验理论方法、仿真模型甚至人工智能代理模型是否可信、可用的金标准。针对中低空/触地大当量爆炸场景下可移动目标的整体爆炸毁伤问题，利用大型化爆或大型击波管平台大量的开展各类效应物的倾覆实验显然不可行，迫切需要发展一种可在实验室场景下可重复、低成本、易实施的缩比实验技术。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种爆炸波作用下的可移动目标侧倾响应缩比实验装置及方法，以解决现有利用大当量化爆或利用大型击波管实验装置开展此类问题研究时，出现的可重复性差、成本高昂且经常受原型目标几何形状和尺寸限制的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种爆炸波作用下的可移动目标侧倾响应缩比实验装置，包括击波管，所述击波管包括依次连接的驱动段、过渡段以及实验段，所述实验段中部设有透明光窗；与所述透明光窗对应位置的实验段内部底面设有搭载槽孔，形成实验平台；

4、其特殊之处在于：

5、还包括设置在实验段内透明光窗处且搭载于所述搭载槽孔上的安装底板、设置在安装底板上的定向侧倾单元、通过所述定向侧倾单元与安装底板可旋转连接的缩比模型，以及位于实验段下方的可调配重块和位于透明光窗外一侧的摄像装置；

6、所述安装底板上设有与缩比模型相对应的穿设通孔；

7、所述可调配重块通过穿设于所述搭载槽孔及穿设通孔内的连接绳与缩比模型连接；

8、所述摄像装置的作用端与透明光窗对应，用于对爆炸冲击波作用下缩比模型的侧倾响应图像进行记录；

9、所述定向侧倾单元包括分别设置于安装底板相对两侧的轴承支座以及设置于缩比模型底部的旋转轴；所述旋转轴两端分别通过轴承穿设在两个轴承支座内；

10、或者，所述定向侧倾单元包括至少两个合页；两个所述合页并排设置于安装底板上；所述合页的一端与安装底板固连，另一端与缩比模型固连。

11、进一步地，所述穿设通孔为长条通孔；

12、两个所述轴承支座位于长条通孔的两侧，且所述旋转轴的轴线与所述长条通孔垂直；

13、或者，两个所述合页位于长条通孔的两侧，且所述合页上的转轴轴线与长条通孔垂直。

14、进一步地，所述连接绳与缩比模型重心在其底部的投影点连接。

15、进一步地，所述安装底板上设有安装底板螺纹孔；

16、所述安装底板通过安装底板螺纹孔与搭载槽孔四周的搭载界面固连。

17、进一步地，所述连接绳为软钢丝绳。

18、进一步地，所述摄像装置为高速相机或高速纹影相机。

19、一种爆炸波作用下的可移动目标侧倾响应缩比实验方法，基于上述的可移动目标的侧倾响应缩比实验装置，其特殊之处在于，包括以下步骤：

20、步骤1、将连接绳一端与缩比模型连接，另一端穿过安装底板上的穿设通孔；

21、步骤2、通过定向侧倾单元将缩比模型与安装底板可旋转连接；具体为：将缩比模型底部的旋转轴两端分别通过相应轴承穿设在安装底板相对两侧的轴承支座内，或者将缩比模型与设置于安装底板上的合页另一端连接；

22、步骤3、将击波管的透明光窗从其试验段上拆卸；

23、步骤4、将安装底板及缩比模型搭载于透明光窗对应位置的实验段内部底面的搭载槽孔内，使连接绳另一端穿过所述槽孔，并使缩比模型的待旋转方向与击波管驱动段的冲击波驱动方向一致；

24、步骤5、将透明光窗安装于试验段上；

25、步骤6、将可调配重块连接于连接绳另一端，并使其静止；

26、步骤7、将摄像装置的作用端与透明光窗对应，使透明光窗位于其视场内；

27、步骤8、启动击波管，击波管内产生冲击波，冲击波作用在缩比模型上，使得缩比模型产生侧倾效应，同时利用摄像装置获取缩比模型的倾覆运动图像，完成侧倾响应缩比实验。

28、进一步地，步骤6之后、步骤7之前还包括转动检查的步骤：

29、检查缩比模型底部对应两侧的旋转轴是否能绕两个轴承支座自由转动，或者检查缩比模型是否能随合页自由转动；

30、若可以自由转动，则执行步骤7；

31、若不可以自由转动，则检查其原因并进行修理，直至可以自由转动。

32、本发明的有益效果：

33、1、本发明以击波管为加载源，该加载源可以产生与真实强爆炸环境下超压和动压历程相一致的模拟爆炸冲击波，然后根据相似定律采用缩比模型并配重，再采用摄像装置捕获效应物的运动图像，与现有的大当量野外化爆试验方法相比，本发明提供的实验装置及方法具有可重复、低成本、易实施、适应性强等显著优势，不受原型目标尺寸、形状、缩尺比例的限制，可实现各类可移动目标的倾覆毁伤效应研究。为可移动目标爆炸整体力学效应的深入研究提供可靠、高效的实验手段。

34、2、本发明还为缩比模型设置了可调配重块，可对采用不同缩尺比的各类可移动目标进行灵活的重力调节，解决了可移动目标在几何缩比下重力不相似问题。

35、3、本发明通过定向侧倾单元，能够约束缩比模型仅发生单自由度侧倾响应，实现了爆炸冲击波作用下可移动目标单自由度倾覆效应的目的。

36、4、本发明利用高速相机或高速纹影相机的测试方法对爆炸冲击波作用下缩比模型的侧倾响应图像进行记录，基于图像结果可提取缩比模型的侧倾角、角速度和角加速度响应曲线，为倾覆理论模型及数值仿真模型校正提供有效的考核方法。