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爆炸冲击波对舰船的毁伤效果研究_焦新泉pdf

归档日期:11-02       文本归类:毁伤效果      文章编辑:爱尚语录

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  计算机科学ZooVOINA爆炸冲击波对舰船的毁伤效果研究’焦新泉张燕(中北大学电子测试技术国家重点实验室太原)摘要针对舰船在海战中面l冷爆炸引起的冲击破坏问题,提出一种冲击波超压测试的系统方案,通过现场试验得到某型号导弹在舰船上各个测点的超压值,利用超压准则对测试得到的超压峰值和冲击波正压作用时间进行分析,得到该实验对舰船结构以及人员的毁伤情况,同时也验证了试验的正确性和有效性。关键词毁伤,超压,冲击波引言现代舰船在海战中必然会面临爆炸引起的冲击破坏问题,随着导弹、激光炸弹和水中兵器的发展,爆炸当量和冲击持续时间明显增加,精确制导技术使武器命中率大大提高,舰艇的冲击环境更为恶劣。在爆炸冲击环境下,即使舰船处在安全半径之内,舰载主要机电设备和武器电子设备也可能由于承受过大的加速度或位移而遭到破坏,从而丧失战斗力,处于被动挨打的局面lj。因此,研究爆炸冲击波对舰船的毁伤效果,对提高舰艇的生命力和战斗力是至关重要的,具有重大的现实意义和军事应用价值。爆炸冲击波是靠爆炸壳体内凝聚炸药的瞬时爆轰来驱动壳体运动,主要靠冲击波和破片杀伤目标。冲击波对目标的杀伤效应主要依赖于峰值压力以及高压持续时间。其中,对武器装备的破坏程度主要取决于峰值压力的大小,而对动物或人员的损伤程度主要取决于冲击波的持续时间的长短。方式确保记录器的正常启动。由于实验过程中,导弹准确发射时间不能确定,其发射时间段具有很大范围(几个小时甚至几天)在导弹撞击靶船时,试验人员必须提前撤离出靶船。因此,在记录器内部采用数据压缩算法。压压力传感界,,,电荷放大界界界多多路路路路路路路路路路路路路路路路路路路采采采采采采采采采采采采采采采采采采采压压力传玲界电荷放大界界界集集存存存存存存存存存存存存存存存存存存存储储储储储储储储储储储储储储储储储储储压压力传感县电待放大县县县记记录录录录录录录录录录录录录录录录录录录压压力传感界N」」」电祷放大界界界界压压力传感界NNNNN电荷放大界界界界图爆炸冲击波超压场的测试系统结构图实验条件通常,冲击波压力测试采用“压力传感器一电荷放大器一记录器一计算机”构成的测量系统。传统的测试方法将压力传感器置于爆炸测试现场,电荷放大器、记录器及计算机等测量装置置于测量工作室,但是,鉴于此次实验条件的特殊性,在海面上实验,电缆的传输是很大的问题,因此,采取的方案是将压力传感器与记录器都安装在舰船上,爆炸冲击波作用于压力传感器所产生的电荷信号通过长电缆传输到记录器,经内部的电荷放大器将电荷信号转化为电压信号,再进行采集记录,最后由计算机进行测试数据分析处理和再现。测试系统爆炸冲击波超压场的测试系统结构图如图所示。其工作过程是:压力传感器将冲击波信号转化为电荷信号,电荷信号经过调理放大滤波后经过AD转换电路将模拟信号转换为位数字量信号,再经过FPGA主控制器将数据存储与大容量的FLASH存储器,存储后用计算机通过串行接口与单片机通信读取数据。为满足试验记录的数据分析需要,全系统必须具有统一零时,也就是全系统必须处在同步触发状态,系统触发可选外触发,也可选内触发。但由于实验环境的特殊性,采用非人工启动的方式难度和不确定度都较大,因此,我们采用手动出发传感器的布置因为试验场地选择在空旷的海面上,而导弹攻击的爆炸点位置的不能完全确定,可能出现在甲板上方碰网,在驾驶舱侧面爆炸或者在船舷位置人靶并进人内部舱体等情况,经过对人靶点位置的分析,传感器阵列布置如图所示。传感器到测试仪器之间的信号传输需要通过低噪声长电缆进行,冲击波作用于信号传输电缆会因“电缆效应”产生虚假信号叠加在被测信号上引起干扰传感器和信号传输电缆及其接插件的固定和保护要求高,电缆及其接插件的质量、电缆的匹配和爆炸现场电缆的安装敷设工艺直接影响到测试的有效性和测试数据的精度,且传输电缆及其接插件常遭到冲击波的破坏j同时,由于导弹爆炸时产生较多的破片和钢珠,信号电缆必须有钢管或槽钢来保护。而在安装传感器时必须保证传感器和支架之间的绝缘,这是防止工频信号干扰最有效的方法。OOOOO。‘一一}了了,,o’⋯⋯⋯泛泛图传感器阵列布置图,)本课题受国家自然科学基金()资助。焦新泉讲师,现从事数据采集、遥测存储等领域的研究,张燕硕士研究生,研究方向为精密仪器及机械。测试结果及毁伤效果分析冲击波对目标的毁伤作用通常用超压峰值乙P、正压作用时间t、和冲量个参量来度量也正是利用这种测量值的大小作为衡量战斗部威力大小的阁爆炸冲击波的毁伤程度,决定于冲击波的超压作用过程,即超压一时间曲线,相关的毁伤准则有超压准则、冲量准则和超压一冲量准则。在爆炸作用下不同目标的动态响应不同,目标与装药有一定距离时,所适用的毁伤准则由结构本身振动周期T与冲击波正压区作用时间t确定。资料表明闭,当满足如下关系式时,适用超压准则:t)(l)当满足如下关系式时,适用冲量准则:忿门)()在上述两个范围之间,应按照超压一冲量准则,即:(P,一尸口)(注,一icr)=肠娜()其中,Pcr和注cr分别为目标遭受破坏的临界超压和临界冲量值,〔b公为常数,它们都与目标的性质和破坏等级有关。比较冲击波毁伤的个准则,如果仅用超压准则评价战斗部的威力,将忽视爆炸冲击波正压作用时间长、相应的毁伤效果强的事实。如果仅用冲量准则评价战斗部的威力将忽视了目标毁伤存在临界超压的事实。而超压一冲量准则考虑问题比较全面,它更具有普遍意义。本实验中的计算方法是基于冲击波超压准则,主要是因为就目前冲击波参数测量的结果看,冲击波峰值超压得测量技术相对成熟,测量误差相对较小,而冲量的测量误差较大基于冲击波超压准则研究爆炸冲击波的毁伤效果是一种相对成熟的、结果保守的研究方法〕。测试结果的读取若冲击波前沿出现时间、压力峰值及波形与理论预测结果相似就判读为有效数据,下面给出数据处理中各参数的判读方法与计算方法。图为试验中测得的典型冲击波信号波形。毁伤效果的分析爆炸冲击波的破坏效果主要取决于冲击波的超压、动压峰值及其作用时间。为减轻和预防、预测它的破坏作用,研究它在不同距离上的传播规律,给出其参数的预估和速报有重要的实际意义。冲击波超压破坏的分析根据美国年对艘舰艇实验的结果,定义冲击波对设备损伤的冲击波超压阂值为Nc时,k创c耐,超压的计算按Cole公式进行。夕一K。嘿八其中,Q:装药当量,掩K:装药系数,与装药方式和爆炸位置有关R:距炸点中心的距离。冲击波是一种波阵面参数呈强间断特征的压缩波,其波前沿上升时间非常短,通常在ns量级冲击波的后沿实际上是指冲击波波后流动区域,无限大空间的空中爆炸所形成的冲击波波后的压力扰动总是单调衰减的表为该实验中在不同测点测得的冲击波超压值,及冲击波正压作用时间。表不同位置处测得超压值及其正压作用时间传感器位里最大峰值点压力(MPa)正向压力作用时间(,)曰†由于实验条件的特殊性,爆炸点是未知的,根据爆炸相似论,在同一发试验中不同的测点上记录的超压时间曲线,如图所示,测点爆心距RR:R,图中还表示测点离爆心越近,超压△尸越高,压力峰值衰减速率越快,超压时域脉宽r越小闹。将表中的数据进行比较,可以确定爆炸点力舰船上传感器的位置最近。同时,查资料显示,对舰船来说,△尸一MPa一侧Pa可使其中等程度破坏,△尸=州田a~。MPa时遭到严重破坏j,与表对比可以得出该试验中舰船结构受到了严重的破坏。图典型的冲击波信号波形在图中冲击波超压为乙尸为正压作用时间t冲击波到达时间为tb冲量为I。前三个值都可以从波形中直接读出,冲量的I值不能从图中直接读出来,实际的冲量反映在波形图中就是冲击波超压波形和冲击波纵轴零线所围成的图形面积。对冲量的表示还可以采用近似的方法,即冲击波超压波形和冲击波纵轴零线所围成的图形面积与以乙尸和忿为直角边的直角三角形的面积相当,可将这个三角形的面积近似为冲击波在此点作用的冲量。、、、、l、、、下下下下下下了,,匕匕匕匕图不同测点测得的超压时间曲线正压作用时间的影响根据大量试验得到的空气冲击波正压区作用时间的经验公式为:··

  1987年7月11日,地球人口达到50亿,为了纪念这个特殊的日子,1990年联合国根据其开发计划署理事会第36届会议的建议,决定将每年的7月11日定为“世界人口日”,以唤起人们对人口问题的关注。今年已经是“世界人口日”成立的第28年,而在这28年中,人口问题和人口数量也发生了翻天覆地的变化。

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