一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统

专利2025-11-10  23


本发明属于爆破冲击测试相关,尤其涉及一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统。


背景技术:

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。

2、潜艇等水下装备在服役期间不可避免地处于水中非接触性爆炸环境,这种环境会使船身结构受到水中瞬态冲击波以及气泡脉动等载荷作用的影响。

3、超深水爆炸冲击波是指在水深超过1500米的条件下,由爆炸产生的冲击波作用。相对于空中爆炸,水下爆炸特有的现象是冲击波后的气泡脉动,气泡脉动是指在冲击波过后,在水中产生一个高温高压的大尺度气泡,气泡在惯性力作用下不断膨胀,当膨胀到一定程度时,在周围静水压力作用下又会收缩。在这个过程中,因周围流场压力梯度作用而产生高速射流,在射流碰撞气泡壁时可能产生间断的压力波(即冲击波),气泡收缩至最小体积,并释放压力波,之后,又会再次膨胀,形成气泡脉动现象。

4、冲击波作用时间短,产生的压力大,气泡脉动作用时间长,压力小,爆炸后先产生冲击波,周围产生一个压力峰值,随后经历时间t,再次产生一个较低的压力峰值。

5、在超深水环境中,由于水深较大,水压也会随之增大,舰船结构不仅受到爆炸冲击波的作用,还要受到超深水巨大压力的作用,由于实验环境、经济等条件的限制,目前在超深水环境下进行爆炸实验十分困难,这就需要一种能够模拟超深水爆炸的实验装置,因此,需要一种能够实现冲击波以及气泡脉动耦合加载实验装置来解决当前问题。


技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,采用双体碰撞体的方案,实现超深水爆炸冲击波和气泡脉动的耦合加载模拟。

2、为实现上述目的,本发明的第一个方面提供一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,包括:

3、高压舱;

4、发射管,其内部设置有双体碰撞体,与所述高压舱连接处设置有发射膜;其中,所述双体碰撞体包括中空的第一碰撞体,以及设置在所述第一碰撞体内的第二碰撞体,所述第二碰撞体为实体结构,且所述第一碰撞体的材料硬度大于所述第二碰撞体的材料硬度;

5、深水舱,其内部填充有液体,设置在所述装填管的另外一端,其端口处设置有活塞;

6、所述第一碰撞体和所述第二碰撞体,用于在所述高压舱内的高压气体突破所述发射膜后,依次作用在所述活塞上实现超深水爆炸冲击波和气泡脉动的耦合加载模拟。

7、在一些实施例中,所述深水舱为多层中空结构,至少包括第一中空结构和设置在所述第一中空结构内部的第二中空结构;其中,所述第一中空结构内的液体压力小于所述第二中空结构内液体压力。

8、在一些实施例中,所述高压舱与供气瓶通过高压输入气管连通,在所述高压输入气管上设置有电磁阀门。

9、在一些实施例中,还包括加压装置,所述加压装置用于对所述深水舱进行加压。

10、在一些实施例中,所述活塞设置在所述第二中空结构的端口处。

11、在一些实施例中,在所述深水舱底部设置有高压内窥镜系统,所述高压内窥镜系统用于获取深水舱内部图像。

12、在一些实施例中,所述第一中空结构与所述第二中空结构之间相对密封。

13、在一些实施例中,在所述发射管与所述深水舱之间依次设置有装填管和泄压管,所述泄压管上设置有一个或多个泄压孔。

14、在一些实施例中,所述第一碰撞体采用金属材料,所述第二碰撞体采用柔性材料。

15、在一些实施例中,所述高压舱与所述发射管之间依次设置有高压管和高压管接头,在所述高压管接头上设置有膜片压环,所述膜片压环用于安装所述发射膜。

16、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果:

17、在本发明中,采用双体碰撞体的方案,第一碰撞体为中空结构,第二碰撞体为实体结构,第二碰撞体设置在第一碰撞体内部,且第一碰撞体的材料硬度大于第二碰撞体的材料硬度,当双体碰撞体与活塞发生碰撞时,由于第一碰撞体硬度较高,碰撞产生的冲击波压力大,作用时间短,随后第二碰撞体发生碰撞,由于第二碰撞体硬度较低,碰撞产生的冲击波压力小,作用时间长,通过采用合适的高压舱压力、发射膜厚度、第一碰撞体和第二碰撞体的材料以及活塞的质量实现不同程度的超深水爆炸冲击波和气泡脉动的耦合加载。

18、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。



技术特征:

1.一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,其特征在于,包括:

2.如权利要求1所述的一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,其特征在于,所述高压舱与供气瓶通过高压输入气管连通,在所述高压输入气管上设置有电磁阀门。

3.如权利要求1所述的一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,其特征在于,还包括加压装置,所述加压装置用于对所述深水舱进行加压。

4.如权利要求1或3所述的一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,其特征在于,所述深水舱为多层中空结构,至少包括第一中空结构和设置在所述第一中空结构内部的第二中空结构;其中,所述第一中空结构内的液体压力小于所述第二中空结构内液体压力。

5.如权利要求4所述的一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,其特征在于,所述活塞设置在所述第二中空结构的端口处。

6.如权利要求1所述的一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,其特征在于,在所述深水舱底部设置有高压内窥镜系统,所述高压内窥镜系统用于获取深水舱内部图像。

7.如权利要求4所述的一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,其特征在于,所述第一中空结构与所述第二中空结构之间相对密封。

8.如权利要求1所述的一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,其特征在于,在所述发射管与所述深水舱之间依次设置有装填管和泄压管,所述泄压管上设置有一个或多个泄压孔。

9.如权利要求5所述的一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,其特征在于,所述第一碰撞体采用金属材料,所述第二碰撞体采用柔性材料。

10.如权利要求1所述的一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,其特征在于,所述高压舱与所述发射管之间依次设置有高压管和高压管接头,在所述高压管接头上设置有膜片压环,所述膜片压环用于安装所述发射膜。


技术总结
本发明提出了一种超深水爆炸冲击波与气泡脉动耦合加载实验系统,采用双体碰撞体的方案,第一碰撞体为中空结构,第二碰撞体为实体结构,第二碰撞体设置在第一碰撞体内部,且第一碰撞体的材料硬度大于第二碰撞体的材料硬度,当双体碰撞体与活塞发生碰撞时,由于第一碰撞体硬度较高,碰撞产生的冲击波压力大,作用时间短,随后第二碰撞体发生碰撞,由于第二碰撞体硬度较低,碰撞产生的冲击波压力小,作用时间长,通过采用合适的高压舱压力、发射膜厚度、第一碰撞体和第二碰撞体的材料以及活塞的质量实现不同程度的超深水爆炸冲击波和气泡脉动的耦合加载。

技术研发人员:徐文龙,王漭源,王成,高亚茹,贾时雨,李泽昊
受保护的技术使用者:山东大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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