爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统转让专利
申请号 : CN202011563762.4
文献号 : CN112880956B
文献日 : 2021-12-10
发明人 : 刘瀚 , 黄广炎 , 李纬 , 刘春美 , 邱日祥 , 卞晓兵
申请人 : 北京理工大学 , 公安部第一研究所
摘要 :
权利要求 :
1.爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,包括:测试平台、爆炸瞬态光学测试单元、冲击波超压测试单元、爆炸驱动破片测试单元、爆炸机械功测试单元、爆炸地震波测试单元、爆炸瞬态温度场测试单元、爆炸噪声测试单元、爆炸物以及待测试的防爆装备;
所述测试平台包括:安装平台(5)、基座(4)、支撑架和环形靶标;所述安装平台(5)的台面作为测试板用于放置爆炸物和待测试的防爆装备,其中所述防爆装备罩在所述爆炸物外部;所述基座(4)用于承载所述支撑架;
所述环形靶标为两块以上弧形鉴证靶(1)依次相连围成的半圆形结构;所述环形靶标通过所述支撑架支撑在所述安装平台(5)上方,使所述安装平台(5)上的爆炸物位于所述环形靶标的圆心位置处;所述环形靶标用于测定顶部不同位置处破片飞散情况,以及顶部冲击波超压分布情况;
所述弧形鉴证靶(1)可拆卸的安装在所述支撑架上,发生破损后能够快速更换,使该测试系统能够进行多次爆炸测试;
所述爆炸瞬态光学测试单元用于记录爆炸瞬间视频图像;
所述冲击波超压测试单元用于测量防爆条件下爆炸物爆炸产生的冲击波超压在不同距离、不同高度位置处的超压时程曲线;
所述爆炸驱动破片测试单元用于测量防爆条件下爆炸物爆炸产生的破片的速度;
所述爆炸机械功测试单元用于测量防爆条件下爆炸机械功对模拟假人惯性冲击加速作用;
所述爆炸地震波测试单元用于测量防爆条件下爆炸地震波传播的振速和幅值;
所述爆炸瞬态温度场测试单元用于测量防爆条件下爆炸场温度在近场和远场的变化规律及热辐射效应;
所述爆炸噪声测试单元用于测量防爆条件下近场和远场距离处的声压级随时间的动态演化过程。
2.如权利要求1所述的爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,所述爆炸瞬态光学测试单元包括:两个高速摄像机(11),两个所述高速摄像机(11)通过支架支撑在所述测试平台的正面,所述高速摄像机(11)的镜头正对所述防爆装备(6),记录爆炸瞬间视频图像。
3.如权利要求1所述的爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,所述冲击波超压测试单元包括:六个冲击波压力传感器(9);在所述爆炸物的上方和前方,距离爆炸物轴心设定距离位置处各布置一个冲击波压力传感器组,每个冲击波压力传感器组包括三个间隔设置的冲击波压力传感器(9)。
4.如权利要求1所述的爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,所述爆炸驱动破片测试单元包括:测速靶(8)和示波器;在所述防爆装备正上方的环形靶标上间隔设置两块以上测速靶(8),每块所述测速靶(8)分别与设置在测试平台外部的示波器相连,通过测量爆炸产生的破片通过所述测速靶(8)前后面的间隔时间测量破片速度。
5.如权利要求1所述的爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,所述爆炸机械功测试单元采用由两套混III50百分位配重型假人(10)搭建的测试单元,每套所述混III50百分位配重型假人(10)的头部、胸部和腿部各搭接一个加速度传感器;两套混III50百分位配重型假人(10)设置在所述测试平台前方与所述防爆装备不同距离位置处。
6.如权利要求1所述的爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,所述爆炸地震波测试单元包括分别设置在所述安装平台(5)和所述基座(4)上的爆炸测震仪(14)。
7.如权利要求1所述的爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,所述爆炸瞬态温度场测试单元包括爆炸瞬态温度热电偶或/和高速红外热成像仪(12)。
8.如权利要求1所述的爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,所述爆炸噪声测试单元采用声压测试原理,测试设备为声压计(13);在爆炸物的近场和远场距离处各设置一个声压计(13)。
9.如权利要求1‑8任一项所述的爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,所述支撑架为钢管(2)搭建而成的“门”字形框架结构。
10.如权利要求9所述的爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,用于引爆爆炸物爆炸线缆、用于为布置在测试平台上的各测试单元供电的导线以及布置在测试平台上的各测试单元的信号线均通过设置在所述钢管(2)内的导线管引出。
11.如权利要求1‑8任一项所述的爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,所述基座(4)具有可拆卸的安装有玻璃的窗户,用于评估爆炸冲击波对玻璃的作用效果。
12.如权利要求1‑8任一项所述的爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统,其特征在于,在所述支撑架外搭建有隔档墙(7);所述隔档墙(7)通过左右、顶部和背面的墙面包围所述测试平台。
说明书 :
爆炸多物理场作用下的防爆装备测试系统
技术领域
背景技术
炸药对结构是否造成破碎。典型如《GA871‑2010防爆罐》、《GA872‑防爆球》;或者只考虑是否
有碎片飞出,如《GA69‑2007防爆毯》测试标准。而爆炸产生的毁伤元素众多,爆炸多物理场
直接或间接对人体作用而发生的冲击伤、破片伤、抛掷伤、房屋倒塌砸伤、烧伤、或爆震伤等
耦合伤。其中:冲击波在其超压、负压及动压作用下,在实质及空腔脏器中产生压力差、内爆
效应、破裂效应等,从而导致机体内损伤;爆炸产生高速破片可导致生物体组织钝搓或贯
通,严重破坏机体器官组织完整性,使得机体组织丧失原有机能;机械功作用将产生惯性抛
掷效应,使生物体遭受跌落、撞击从而直接导致骨骼或软组织器官外部损伤;爆炸地震波产
生的横波,其波长大、振幅强,且仅沿地表面传播,能造成建筑物门窗和墙体产生强烈破坏,
进而对建筑物内的人员和财产带来不安全隐患;持续一定时间的热辐射,将引起一系列继
发性反应如应激性溃疡、全身性炎症反应综合征,甚至脓毒症和多器官功能障碍综合征;爆
炸产生高声压级的爆震效应,可导致生物体鼓膜穿孔、中耳听骨链骨折及中枢听觉系统多
个听力最敏感的部位产生声损伤效应。
炸物破片受到约束,机械功产生的抛掷效应受到抑制,有效降低建筑物振速和幅值,热辐射
扩散受到隔离,爆震强噪声快速削弱等效果,从达到降低爆炸多物理场载荷对周围生物体
的耦合致伤的目的。
发明内容
精准评估。
测试单元、爆炸瞬态温度场测试单元、爆炸噪声测试单元、爆炸物以及待测试的防爆装备;
所述基座用以承载所述支撑架;所述环形靶标为两块以上弧形鉴证靶依次相连围成的半圆
形结构;所述环形靶标通过所述支撑架支撑在所述安装平台上方,使所述安装平台上的爆
炸物位于所述环形靶标的圆心位置处;
述防爆装备,记录爆炸瞬间视频图像。
力传感器组,每个冲击波压力传感器组包括三个间隔设置的冲击波压力传感器。
置在测试平台外部的示波器相连,通过测量爆炸产生的破片通过所述测速靶前后面的间隔
时间测量所述破片速度。
搭接一个加速度传感器;两套混III50百分位配重型假人设置在所述测试平台前方与所述
防爆装备不同距离位置处。
所述钢管内的导线管引出。
而分析防爆装备对爆炸多物理场耦合载荷因素的防护效应,为防爆装备的精准评估提供数
据支撑。
传感器量程,从而实现对冲击波数值的精确捕捉。
生破损后可迅速更换,因此进行多次重复爆炸爆炸。
起的电磁干扰,最终导致测试结果不准确。
附图说明
热成像仪、13‑声压计、14‑爆炸测震仪;15‑导线管、16‑冲击波压力测试点,17‑爆炸物。
具体实施方式
数据支撑。
元、爆炸噪声测试单元、爆炸物以及待测试的防爆装备。
试板的类型根据待测试的防爆装备使用环境决定,如需要测试防爆装备对于某楼板结构的
影响,将测试板替换成相应的楼板结构,如普通的24墙结构、钢筋混凝土结构、钢板结构等。
璃的窗户,用于评估冲击波对于玻璃的作用效果。
的搭接方式,相互搭接的钢管与钢管之间通过碗扣或者相应的连接扣相互连接。本例中用
于搭建支撑架的钢管2为直径60mm~120mm的钢管,壁厚为4mm~6mm。由于线缆设置在钢管2
内,在需要铺设线缆的钢管2内部预先放置导线管(如图4所示);导线管采用直径10‑20mm钢
管,壁厚为1‑4mm,头尾处焊接在钢管中;导线管也可以采用塑料水管,塑料水管插入在钢管
2中,通过束带固定。搭建支撑架时,需要铺设线缆的钢管布置在支撑架侧边(即导线管不放
置在支撑架的顶部钢管中)。
构);弧形鉴证靶1可以采用2mm~10mm钢板、铝板、PE板、塑料层压板、木板或者玻璃等;如图
5所示,弧形鉴证靶1上具有束缚孔,通过钢丝绳与对应位置处用于形成支撑架的钢管2绑定
在一起,发生破损后可快速更换,由此该测试系统能够进行多次爆炸测试。环形靶标固定在
安装平台5上方设定距离位置处,且保证安装平台5上的爆炸物位于环形靶标的圆心位置
处,以保证各个弧形鉴证靶1与爆炸物之间的距离相同。
造成大面积杀伤。
物外部,用于进行爆炸防护。用于引爆爆炸物的爆炸线缆从放置在钢管2的导线管中引出。
装备6,记录爆炸瞬间视频图像,用于分析爆炸产生的火光的持续时间、不同维度(指空间
上,不同角度和方位处)的模拟生物靶标受爆炸冲击波、破片、火焰等致伤元素时的瞬间响
应特征。
的冲击波超压在典型距离、不同高度位置处的超压时程曲线。具体的如图8和图9所示,在爆
炸物的上方和前方均设置有冲击波压力测试点,每个冲击波压力测试点设置一组冲击波压
力传感器9,本例中在距离爆炸物轴心高度方向3m位置处以及正前方3m位置处各布置一组
冲击波压力传感器,每组包括三个PCB传感器,其中位于前方的三个PCB传感器按照0.3m、
1.3m和1.6m的高度布置,用于测试防爆装备冲击波顶部汇聚作用和冲击波绕射作用。
波压力传感器的量程时,首先通过数值仿真计算相应的冲击波数值,然后设置对应的量程;
如通过仿真计算测试得到爆炸物顶部冲击波超压超过1400kPa,侧边冲击波超压为120kPa;
则冲击波压力传感器9量程取在所安装位置仿真数值的1.5倍即可。
缠绕有漆包线,相邻两根漆包线之间的间距不应超过爆炸物外表面密排钢珠的直径,以免
发生破片穿过未断路触发信号的现象,每面的漆包线在测速靶8上盘绕后两端引出与示波
器相连;初始时,测速靶8的前后表面均为通路,爆炸后驱动爆炸产生的破片以一定速度撞
击到测速靶8上切断漆包线,形成断路;测量破片通过测速靶8前后面的间隔t(即测速靶8前
后形成断路的时间间隔),即可得到破片速度v:v=h/t。
系统外部的示波器之间的导线从放置在钢管2的导线管中引出。
与测试平台中的防爆装备相距1500mm,两个模拟假人之间间隔2000mm);在每个模拟假人的
头部、胸部和腿部三个不同器官位置处各搭接一个加速度传感器(采用Endevco‑726c‑2k压
阻式),由此测试防爆装备条件时的爆炸机械功对模拟假人惯性冲击加速作用(为防止破片
对模拟假人造成破坏,通常将模拟假人设置在爆炸物的无破片向)。
过地震波参量反演不同类型场所建筑物所受到的影响,评估地震波对建筑物的破坏效应,
进而确定建筑物内生物体的安全系数。本例中,在安装平台5的立柱和基座4上各布置一个
爆炸测震仪14。
为防爆装备对爆炸热辐射防护效应提供依据。C型钨铼爆炸瞬态温度热电偶的布置位置根
据爆炸物药量的火球半径来进行预估,一般位于距离爆心1m~3m位置处。此外,搭配高速红
外热成像仪12(一般布置在距离爆心50m位置处),通过高速红外热成像仪12观察整个爆炸
过程中的火焰情况,可以通过录制视频和图片,进行不同时刻分析,由此全区域定距离分析
爆炸多物理场的温度随时间变化规律,测试防爆装备条件下的红外热温分布图像,为防爆
装备对爆炸热辐射的防护效应提供直接热图像依据。
声压计13,通过声压计13的测试信号分析防爆装备条件下的近场和远场距离处的声压级随
时间的动态演化过程,为防爆装备对爆炸物爆震强噪声防护小样提供参数。
范围之内。