炸药涂层冲量测试和飞片驱动速度测量装置及方法与流程

本发明涉及一种测量装置及方法，具体涉及一种炸药涂层冲量测试和飞片驱动速度测量装置及基于该装置的测量方法。

背景技术：

1、为了模拟特定不同爆炸条件下的试验样件的结构响应，以及驱动飞片开展撞击实验，在现有技术中，通常是通过在试验样件或飞片的表面喷涂炸药并起爆，从而在试验样件或飞片表面施加设计的冲量来实现的。

2、而由于不同面密度的炸药涂层起爆后产生的冲量不同，因此，为了准确控制施加在试验样件或飞片表面的冲量，首先需要使用冲量标定装置进行冲量标定实验，从而确定不同面密度炸药涂层的冲量加载能力。

3、现有冲量标定装置通常为单摆装置，仅能实现简单的冲量标定实验，功能较为单一，在后续进行驱动飞片撞击实验时，需要采用专用装置，使得实验效率较低。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有单摆装置仅能实现冲量标定实验，无法进行驱动飞片撞击实验，导致实验效率较低的技术问题，而提供一种炸药涂层冲量测试和飞片驱动速度测量装置及方法。

2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种炸药涂层冲量测试和飞片驱动速度测量装置，其特殊之处在于：

4、包括底座，分别可拆卸安装于底座上的第一支架、第二支架和第三支架，以及弹道摆、pmma窗、电涡流传感器、pdv传感器、xyz微调平台和示波器；

5、弹道摆通过沿轴向设置的至少两组悬挂绳悬挂于第一支架的上端，且静止状态下弹道摆的轴向沿水平方向设置；弹道摆的一端为用于设置金属片和炸药涂层，或飞片和炸药涂层的置物端，另一端为用于供电涡流传感器进行测量的探测端；弹道摆的置物端周侧设置有供pdv传感器的检测端伸入其内部的观察口；pmma窗安装于弹道摆的置物端，位于金属片或飞片的内侧，并且与金属片或飞片之间设置有间隙；

6、电涡流传感器安装于第二支架上，并位于与弹道摆的探测端对应位置处，其检测端与弹道摆的探测端之间设置有水平间隔；

7、pdv传感器通过xyz微调平台安装于底座上，并位于观察口处，其检测端通过观察口置于弹道摆内部；

8、第三支架设置于弹道摆靠近其探测端的外周面处，且第三支架的上端设置有与弹道摆外周面相适配的弧形面，用于与弹道摆的外周面相配合，限制其发生摆动；

9、示波器分别与电涡流传感器和pdv传感器电连接。

10、进一步地，弹道摆包括摆身、以及分别设置于摆身两端的尾盘和放置组件；

11、尾盘作为弹道摆的探测端，放置组件作为弹道摆的置物端；pmma窗安装于放置组件上；

12、观察口设置于摆身靠近放置组件一端的周侧。

13、进一步地，放置组件包括沿弹道摆的探测端至置物端方向依次设置的第一磁环、连接环和第二磁环；

14、pmma窗安装于连接环的内周面上；

15、连接环和第二磁环之间设置有用于粘贴飞片的亚克力环，飞片粘贴在亚克力环的内周面上，其外表面设置有炸药涂层；或者，连接环和第二磁环之间设置有金属片，金属片的外表面设置有炸药涂层。

16、进一步地，第一支架的上端安装有至少两组转动轴，每组转动轴包括同轴对应设置的两个转轴，两个转轴在水平面上的投影线与弹道摆的轴线在水平面上的投影线垂直；每组悬挂绳为两条，其上端分别对应设置于一组转动轴中两个转轴上，下端固定于弹道摆的周侧。

17、进一步地，转动轴为两组；两组转动轴沿弹道摆的轴向并排设置于第一支架的上端；

18、悬挂绳为两组；两组悬挂绳的上端分别对应设置于两组转动轴上，下端分别通过固定螺栓固定于弹道摆的周侧。

19、进一步地，pdv传感器包括pdv安装架和多个pdv探头；

20、pdv安装架上设置有多个与pdv探头相适配的安装孔，多个pdv探头的一端分别安装于多个安装孔内，另一端朝向弹道摆探测端一侧设置。

21、进一步地，pdv安装架通过连接架设置于xyz微调平台上。

22、同时，本发明还提供了一种炸药涂层冲量测试和飞片驱动速度测量方法，基于上述的一种炸药涂层冲量测试和飞片驱动速度测量装置，其特殊之处在于：

23、在冲量标定模式下，拆卸第三支架、通过xyz微调平台调整pdv传感器的位置，使得弹道摆能够在预设范围内自由摆动；在弹道摆的置物端设置金属片，在金属片的外表面设置炸药涂层，然后将其引爆；炸药涂层爆炸后产生的冲量载荷施加给弹道摆，使其发生摆动；在此过程中，通过电涡流传感器和pdv传感器对弹道摆的运动信息进行实时测量，并发送给示波器；最后基于电涡流传感器和pdv传感器的测量信息分别计算炸药涂层的冲量，并取其平均值；

24、在飞片速度测量模式下，安装第三支架，通过第三支架限制弹道摆发生摆动；将飞片粘贴在弹道摆的置物端，且与pmma窗之间留有间隙；在飞片的外表面上设置炸药涂层，然后将其引爆；炸药涂层爆炸后使得飞片朝向pdv传感器一侧移动，在撞击pmma窗后完成卸载；在此过程中，通过pdv传感器对飞片的运动信息进行实时测量，并发送给示波器；最后基于pdv传感器的测量信息计算飞片速度；

25、在冲量分配测量模式下，拆卸第三支架、通过xyz微调平台调整pdv传感器的位置，使得弹道摆能够在预设范围内自由摆动；将飞片粘贴在弹道摆的置物端，且飞片与pmma窗之间留有间隙；在飞片的外表面上设置炸药涂层，然后将其引爆；炸药涂层爆炸后使得飞片朝向pmma窗一侧移动，炸药涂层爆炸后产生的冲量载荷施加给弹道摆，使其发生摆动；在此过程中，通过电涡流传感器和pdv传感器分别实时测量弹道摆的运动信息和飞片的运动信息，并发送给示波器；最后基于电涡流传感器和pdv传感器的测量信息，分别计算弹道摆和飞片的冲量，并分析比较两者的冲量，获取冲量分配信息。

26、进一步地，在冲量标定模式下，先将金属片安装在连接环与第二磁环之间，再将炸药涂层设置在金属片的外表面上；

27、在飞片速度测量模式和冲量分配测量模式下，先将亚克力环安装在连接环与第二磁环之间，再将飞片粘贴在亚克力环的内周面上，最后将炸药涂层设置在飞片的外表面上。

28、进一步地，在冲量标定模式下，基于电涡流传感器和pdv传感器的测量信息，通过以下公式分别计算炸药涂层的冲量：

29、

30、式中：isp为炸药涂层的冲量；α为修正系数；mp为弹道摆的重量；a为炸药涂层面积；fd为pdv传感器的激光频移量；λ0为pdv传感器的激光波长；ω为弹道摆的摆动周期；xi为弹道摆的水平位移；

31、在飞片速度测量模式下，基于pdv传感器的测量信息，通过以下公式计算飞片速度：

32、

33、式中：u为飞片速度；

34、在冲量分配测量模式下，基于电涡流传感器的测量信息，通过以下公式计算弹道摆的冲量isp1；

35、

36、基于pdv传感器的测量信息，通过以下公式计算飞片的冲量isp2：

37、

38、本发明的有益效果是：

39、本发明采用的弹道摆冲量标定装置与单摆运动相似，且采用了质量较大的弹道摆，实验过程中摆动幅度小更接近单摆运动，测试装置采用了pdv和高精度电涡流位移传感器，能够进行高分辨率的测量，保证试验测试数据的准确性。本发明设计的实验装置不仅仅可以进行冲量标定实验，在简单调整部分结构件之后，还可以基于该实验装置进行炸药涂层驱动飞片技术研究和飞片撞击后的冲量分配研究，从而提高实验效率。