弹体装药冲击剪切模拟试验装置

摘要

本申请公开了一种弹体装药冲击剪切模拟试验装置。该装置主要由套筒、底环、见证装填物、定位环、活塞式冲压锥、待测炸药、力传感器、撞击圆柱组成。套筒内从下到上依次安装底环、见证装填物、定位环、活塞式冲压锥、待测炸药和撞击圆柱。本装药装置，通过撞击圆柱对待测炸药的低幅值冲击，使炸药内部产生应力波的轴向传播，能真实模拟出弹体撞击目标时装药受力发生剪切流动的力学环境；通过底环、定位环、活塞式冲压锥、和撞击圆柱间的精密同轴配合，能准确测出装药的在一定冲击力下的剪切位移，以此能够定量描述炸药样品的抗冲击剪切能力，提高其测试结果的准确度。

说明书

技术领域

本申请属于火炸药试验装置技术领域，涉及一种冲击剪切模拟试验装置，特别涉及一种 用于模拟弹体装药服役过程中冲击剪切作用的试验装置。

背景技术

弹体在发射、侵彻过程中受到惯性冲击力的作用，进而在弹体装药内部形成压缩、剪切、 摩擦等综合作用，导致在弹体装药内部形成“热点”，引发弹体装药发生早炸，达不到预定的 技战术目标，因此，弹体装药发射、侵彻过程中的安全性，已经成为武器装备研制部门关注 的热点。考虑到实验成本、周期等因素，目前主要采用模拟实验的方法评价弹体装药在不同 载荷作用下的安全性，因此，需要建立能真实模拟弹体装药所受载荷的模拟实验装置，用于 评估弹体装药的安全性。

在授权号为ZL201310393175.9的中国申请专利《炸药爆炸冲击剪切复合加载试验装置》 中，公开了一种炸药爆炸冲击剪切复合加载试验装置，包括加载源组件、剪切实施组件和见 证板；其原理为，利用雷管起爆驱动炸药产生冲击波，冲击波经缓冲层衰减后，推动驱动钢 板迅速移动，进而对主炸药形成压缩作用，主炸药在此压缩力的作用下发生形变进而从基座 内孔中快速挤出，形成冲击和剪切复合加载，但其存在的主要问题是：(1)该试验装置所模 拟的炸药冲击剪切载荷与真实弹体装药所受冲击剪切载荷存在较大差异，在真实弹体中，弹 壳一般并不发生变形，故弹体装药并不受到直接压缩作用，也不会发生大的形变，装药所受 冲击力主要来源于弹体撞击目标时传入装药的应力波，剪切力则主要是由于装药内部应力分 布不均匀而导致的，并非装药产生大的变形；(2)该试验装置通过定性比较见证板的破坏程 度和下陷体积，进而说明不同炸药的抗剪切能力，但无法定量给出装药所受冲击压力与剪切 位移之间的关系，实际上，设计人员更为关注的是冲击作用下装药发生爆炸时的临界剪切位 移，在设计时避免剪切位移大于临界剪切位移，确保装药的安全性；另一方面，由于不同炸 药的自身爆炸威力不同，抗剪切能力强的高威力炸药爆炸时对见证板的破坏程度有可能远高 于抗剪切能力差的低威力炸药，故该试验结果难以定量、科学表征弹体装药的抗剪切能力， 进而较难有效指导弹体装药设计。

申请内容

为了克服上述试验装置技术的不足和缺陷，本申请提供一种弹体装药冲击剪切模拟试验 装置，该试验装置能够更为真实的模拟弹体装药服役过程中的冲击剪切环境，操作简单方便， 可以为弹体装药的抗冲击剪切性能评估提供一种更为准确、可靠的测试技术。

为了解决上述技术问题，本申请的技术解决方案：一种弹体装药冲击剪切模拟试验装置， 包括撞击圆柱1、力传感器2、套筒3、炸药样品4、定位环5、活塞式冲压锥6、底环7、见 证装填物8；其特征在于，套筒3为一等壁厚圆筒，套筒内从下往上依次安装有底环7、定位 环5、撞击圆柱1；所述底环7为中心带通孔的厚壁圆环，在底环7的中心孔内装有见证装填 物8，见证装填物8的高度与底环7高度相同；所述定位环5为中心带有台阶通孔的圆环，在定位环5内径大的中心孔内装入炸药样品4，在定位环5内径小的中心孔内安装活塞式冲压锥6；所述活塞式冲压锥6一端为圆柱形活塞头与另一端为圆锥形冲压头，圆柱形活塞头与定位环内径小的圆形中心孔滑动安装，圆柱形活塞顶与待测炸药的下端面紧密贴合，圆锥 形冲压头的锥尖与见证装填物的上表面相接触；所述撞击圆柱1为中心有台阶通孔的圆柱杆， 直径较小的一端带有内螺纹，用于安装力传感器2，直径大的一端设置有U型槽用于力传感 器连接线的导出，撞击圆柱1的下半段采用滑动配合安装到套筒内；套筒3、撞击圆柱1、定 位环5、底环7、活塞式冲压锥6采用同轴装配。

所述定位环5的高度与套筒3的高度比值为0.3～0.4；所述定位环5中心台阶槽孔内径 大的一端高度与内径小的一端高度比值为0.3～0.4；所述底环7的高度与套筒的高度的比值为 0.2～0.3。

本申请的弹体装药冲击剪切模拟试验装置，与现有技术相比，带来的技术效果体现在以 下几个方面：

1)药柱置于套筒内部，在冲击过程中不直接受到压缩作用和发生变形，更能真实模拟弹 体装药的冲击剪切载荷特征；

2)当药柱未反应时，通过击柱上的传感器记录装药受到的冲击压力，同时通过冲压锥压 入见证填充物的深度定量表征药柱在此冲击压力下的剪切位移，以此定量对比不同药柱的抗 剪切能力，避免药柱自身爆炸威力的影响，能够为弹体装药设计提供基础数据支撑。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细说明。

图1为本申请的整体结构示意图。

图2为本申请中撞击圆柱的示意图。

图3为本申请中定位环的主视图。

图4为本申请中活塞式冲压锥的主视图

图中的标号分别表示：1、撞击圆柱，2、力传感器，3、套筒，4、炸药样品，5、定位环，6、活塞式冲压锥，7、底环，8、见证装填物，1-1、螺纹孔，1-2、中心通孔，1-3、U型槽， 5-1、台阶通孔，6-1、活塞头，6-2、圆锥形冲压头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明，需要说明的是本申请不局限于以 下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上进行的同等变换均在本申请的保护范围内。

遵从上述技术方案，如图1-4所示，本实施例给出一种弹体装药冲击剪切模拟试验装置， 包括撞击圆柱1、力传感器2、套筒3、炸药样品4、定位环5、活塞式冲压锥6、底环7、见证装填物8；其特征在于，套筒3为一厚壁圆柱形钢管，材料为45#钢，套筒3内从下往上依 次安装有底环8、定位环5、撞击圆柱1；套筒3、撞击圆柱1、定位环5、底环7、活塞式冲 压锥6采用同轴装配。

所述底环7为带中心孔的等壁厚圆筒，底环7中心孔内装有见证装填物8。本实施例中， 底环7材料为45#钢，见证装填物8为圆柱形锡铅合金，其直径和高度与底环7的中心孔直 径和高度相同；

所述定位环5为中心带有通孔台阶凹槽5-1的圆环，定位环中心的台阶孔内，内径大的 孔内装入炸药样品4，内径小的孔内安装活塞式冲压锥6；本实施例中，定位环5的材料为 45#钢，且定位环5台阶孔内壁的光洁度与真实弹体内壁的光洁度一致，炸药样品4为PBX高 分子粘结炸药，采用压机压制成药柱，其直径和高度与定位环内径小的中心孔的直径和高度 相同，密度约为1.80g/cm³。

如图2所示，所述撞击圆柱1为中心带有台阶通孔1-3的圆柱杆，内径小的一端孔内带 有内螺纹1-1，用于安装力传感器2，内径大的一端设置有U型槽1-2，用于力传感器2连接线的导出，撞击圆柱1安装力传感器2的一端采用间隙配合安装到套筒3内，带U型槽1-2 的一端伸到套筒外，接受落锤或轻气炮弹丸的撞击；本实施例力传感器2选用SYC系列膜片 式石英压力传感器，量程选用0-900MPa。

所述活塞式冲压锥6由上部圆柱形的活塞头6-1与下部的圆锥形冲压头6-2组成，圆柱形 活塞头6-1与定位环5内径小的槽孔配合，活塞顶与炸药样品4的下端面紧密贴合，圆锥形 冲压头6-2的锥尖与见证装填物8的上表面相接触；

所述定位环5的高度与套筒3的高度比值为0.3～0.4，本实施例中，定位环5的高度与 套筒3的高度比值为0.35；

所述定位环5中心台阶槽孔内径大的一端高度与内径小的一端高度比值为0.3～0.4，本实 施例中，定位环5中心台阶槽孔内径大的一端高度与内径小的一端高度比值为0.35；

所述底环7的高度与套筒3的高度的比值为0.2～0.3，本实施例中，底环7的高度与套 筒3的高度的比值为0.25。

本申请的使用方法及工作原理如下：快速运动的落锤或弹丸撞击模拟装置的撞击圆柱1， 产生的冲击波通过撞击圆柱1依次传递给传感器2，炸药样品4，利用传感器2记录炸药样品 4受到的应力曲线，定位环5的槽孔用于约束炸药样品4径向形变，炸药样品4在冲击波作 用下在定位环凹槽5-1的台阶处发生剪切流动，产生轴向位移，推动活塞式冲击锥6向下移 动，从而使冲压锥6在见证装填物8上留下具有一定深度的孔；试验结束后，取下底环7和 见证装填物8，测量留在见证装填物上孔的深度，结合传感器2测得的炸药样品所受到的冲 击力，便能定量描述出炸药样品在一定冲击强度下的抗冲击剪切能力；本实施例中，采用一 级轻气炮加载，弹丸速度为400m/s,通过力传感器2测得冲击力为800MPa,活塞式冲压锥在见 证装填物上留下了2mm深的孔，表明PBX压装炸药在受到800MPa的冲击力作用下，发生了 2mm的剪切位移，可以说明此类PBX压装炸药发生位移为2mm的剪切流动不会反应，从而定 量描述了装药的抗剪切能力；另外以同样的撞击速度，采用本模拟装置对其他种类装药进行 测试，得到相应的剪切位移，由此可以量化的对比出不同装药的抗剪切能力。

本申请的一种弹体装药冲击剪切模拟试验装置，采用低幅值的落锤或弹丸撞击加载方法， 可以定量测量弹体装药在一定冲击力作用下发生的剪切形变位移，排除装药自身内爆威力对 装药抗剪切能力表征的影响，能够真实模拟出弹体撞靶过程中装药承受的力学环境，实现对 装药的抗冲击剪切能力的量化表征和评价。