多功能高速撞擊實驗設備的製作方法

2023-12-08 04:47:26 1

本發明涉及一種高速撞擊實驗設備，特別是涉及一種多功能高速撞擊實驗設備。

背景技術：
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現有的高速撞擊實驗系統從功能上看主要有兩類：一類用於材料高壓物理、力學性能測試的平板撞擊實驗，另一類用於模擬高速破片、射彈等威脅源對結構的破壞效應實驗，但現有技術主要存在如下不足：（1）功能單一，實驗系統只具備上述兩類功能中的一種，不能滿足中小型研究單位需要同時開展多種實驗研究的需要；（2）現有用於破壞效應研究的實驗系統不能實現靶板在受力狀態下的衝擊，不能用於研究結構在複雜受力狀態下遭受攻擊時的損傷。

技術實現要素：
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本發明所要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種既可進行平板撞擊的物理和力學實驗，又可進行結構在加載狀態下遭受高速撞擊時破壞效應實驗的多功能高速撞擊實驗設備。

本發明為解決技術問題所採取的技術方案是：

一種多功能高速撞擊實驗設備，包括發射裝置、炮管和靶室，所述發射裝置與所述炮管連接，所述炮管通過彈丸與彈託分離裝置與所述靶室連接，所述靶室內設置有測速裝置和靶板加載裝置，所述靶板加載裝置包括水平向拉伸伺服作動器、豎直向拉伸伺服作動器、機架、水平向調節機構、豎直向調節機構、轉動機構、車輪和液壓源，液壓源四周分別通過水平向拉伸伺服作動器、豎直向拉伸伺服作動器、水平向調節機構和豎直向調節機構設置在機架上，豎直向調節機構下端設置有轉動機構，轉動機構下面兩端設置有車輪，所述靶板加載裝置具有可移動性，所述彈丸與彈託分離裝置上設置有膨脹室，膨脹室內設置有氣室和阻攔板。

所述炮管包括泵管、高壓段和發射管，泵管內部充滿輕質氣體，高壓段由內外兩層組成，內層由八度角錐角將泵管與發射管連接，發射管內孔光滑且準直性好。

所述發射裝置包括點火器和火藥室，火藥室上設置有測試孔。

所述測速裝置採用雷射遮斷測速或電磁測速。

本發明的積極有益效果是：

1、本發明通過增加獨特的靶板加載裝置和彈丸與彈託分離裝置，使本發明既可進行平板撞擊的物理和力學實驗，又可進行結構破壞效應實驗。

2、本發明中靶板加載裝置是一個可移動的裝置，推出靶室，可作為獨立的雙向加載實驗系統，推入靶室，可進行結構在雙向受載狀態下的衝擊損傷實驗，具有很好的實用性以及方便性。

3、本發明中靶板加載裝置有兩個獨立的作動器，可實現水平、垂直兩個方向的獨立加載；靶板加載裝置的主體部分安裝在可調整方向的機架上，可通過調整機架的方位來任意調節實驗件與彈丸的交會角度，使其具有可控性。

4、本發明中彈丸與彈託分離裝置採用雙重分離原理，一是設計專門的膨脹室，內置一段可充氣壓的氣室，其氣室裡的氣壓可調，當彈丸經過時，由氣動阻力將彈託與被加速模型分離；二是設置阻擋板，確保分離的彈託不會碰到靶板，幹擾損傷結果。

附圖說明：

圖1是本發明多功能高速撞擊實驗設備的結構示意圖；

圖2是圖1中發射裝置中的火藥室結構示意圖；

圖3是圖1中炮管中的泵管結構示意圖；

圖4是圖1中炮管中的高壓段結構示意圖；

圖5是圖1中炮管中的發射管結構示意圖；

圖6是圖1中靶室結構示意圖；

圖7是圖1中彈丸與彈託分離裝置結構示意圖；

圖8是彈丸與彈託分離原理示意圖；

圖9是圖1中靶板加載裝置結構示意圖。

具體實施方式：

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的解釋和說明：

參見圖1，圖2，圖3，圖4，圖5，圖6，圖7，圖8和圖9：圖中，1-發射裝置，2-炮管，3-靶室，4-彈丸與彈託分離裝置，5-測速裝置，6-靶板加載裝置，7-膨脹室，8-氣室，9-阻攔板，10-點火器，11-火藥室，12-測試孔，13-彈丸，14-組合式彈託，2-1-泵管，2-2-高壓段，2-3-發射管，6-1-水平向拉伸伺服作動器，6-2-豎直向拉伸伺服作動器，6-3-機架，6-4-水平向調節機構，6-5-豎直向調節機構，6-6-轉動機構，6-7-車輪，6-8-液壓源。

實施例：一種多功能高速撞擊實驗設備，包括發射裝置1、炮管2和靶室3，發射裝置1與炮管2連接，炮管2通過彈丸與彈託分離裝置4與靶室3連接，靶室3內設置有測速裝置5和靶板加載裝置6，靶板加載裝置6包括水平向拉伸伺服作動器6-1、豎直向拉伸伺服作動器6-2、機架6-3、水平向調節機構6-4、豎直向調節機構6-5、轉動機構6-6、車輪6-7和液壓源6-8，液壓源6-8四周分別通過水平向拉伸伺服作動器6-1、豎直向拉伸伺服作動器6-2、水平向調節機構6-4和豎直向調節機構6-5設置在機架6-3上，豎直向調節機構6-5下端設置有轉動機構6-6，轉動機構6-6下面兩端設置有車輪6-7，靶板加載裝置6具有可移動性。

水平向拉伸伺服作動器6-1和豎直向拉伸伺服作動器6-2由積木式結構組成，由油缸、活塞、電液伺服閥、濾油器、壓力傳感器等組成，可分別產生200kN的拉力，力值精度優於±1%，可移動行程為200mm。

機架6-3為剛強度結構鋼製作，用於安裝作動器，機架6-3下面有轉動機構6-6，用於調節靶板與彈丸的交會角度，可在0～90度範圍內任意調整；水平向調節機構6-4為手動螺槓和絲母，用於靶板水平向位置的微調；豎直向調節機構6-5為手動螺槓和絲母，用於靶板豎直向位置的微調；底盤下面有4套小車滾輪及導軌，以便靶板加載裝置的移動。

彈丸與彈託分離裝置4採用組合式彈託14、膨脹室7和阻攔板9相結合方法，設置專門的膨脹室7，內置一段可充氣壓的氣室8，氣壓可調，當組合式彈託14與彈丸13經過時，由氣動阻力將組合式彈託14與彈丸13分離，並通過阻攔板9徹底阻止組合式彈託14對靶板的撞擊。

炮管2包括泵管2-1、高壓段2-2和發射管2-3，泵管2-1內部充滿輕質氣體，發射時由燃燒火藥氣體推動活塞壓縮輕質氣體到很高壓力，衝破小膜片後推動彈丸與彈託組合體運動；高壓段2-2由內外兩層熱套而成，內層由八度角錐角將泵管2-1與發射管2-3連接，同時將活塞阻滯在高壓段2-2內；外層起到加強強度與增加質量的作用，保證高壓下的安全；發射管2-3是一段厚壁圓筒，可承受幾百兆帕的壓力，內孔光滑且準直性好，發射時彈丸13在發射管2-3內平穩加速直至出膛撞靶。

發射裝置1包括點火器10和火藥室11，其核心部分是火藥室11，採用電雷管點火，在電脈衝作用下，電雷管爆炸，引燃火藥室11中的黑火藥，為發射藥的點火提供必要的溫度與壓力，在火藥室中部預留測試孔12，可測試發射過程中火藥室11的壓力變化。

測速裝置5採用雷射遮斷測速或電磁測速來測試彈丸13的速度。

操作時，採用電雷管點火引燃火藥室11中的黑火藥，火藥在發射裝置1中的火藥室11中爆燃，通過活塞壓縮高壓段中的輕質氣體，輕質氣體的壓力上升到一定程度時，破膜、驅動彈丸與彈託組合體，在彈丸與彈託分離裝置4中由氣動阻力將組合式彈託14與彈丸13分離，並通過阻攔板9徹底阻止組合式彈託14對靶板的撞擊，隨後彈丸13進入靶室3打到靶板上，測速裝置5記錄其速度。

以上所述，僅是本發明的優先實施例而已，並未對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。