一种战斗部破片收集装置的制作方法

1.本发明属于战斗部试验技术领域，具体涉及一种战斗部破片收集装置。


背景技术：

2.战斗部的基本组成部分是炸药和壳体，在爆炸过程中伴随着巨大的能量释放，产生强烈的冲击波和高温高压的爆轰产物，同时产生高速飞行的破片，破片能否有效杀伤目标与破片的形状和质量分布相关很大，目前对破片的形状和质量分布的研究，各国广泛采用的方法主要有沙坑沙袋法和水坑法等，也有利用破片侵彻靶板后，根据弹坑的数量、形状及弹坑的深度去反推破片的质量、数量与速度分布的；利用这些方法进行试验，不仅劳动强度大，操作复杂，而且不能有效回收全部破片，影响战斗部杀伤威力的衡量。
3.因此，提出一种战斗部静爆试验破片回收装置，经试验验证能有效完整回收破片，通过破片的回收能有效反映战斗部破碎状态。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，针对现有破片回收装置操作复杂，不能有效回收全部破片，影响战斗部杀伤威力的衡量的问题，本发明提供了一种战斗部破片收集装置，该装置结构简单，操作方便，可有效完整地回收破片。
5.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.一种战斗部破片收集装置，包括破片回收结构单元和破片回收结构单元内的缓冲介质，所述破片回收结构单元为罐盖、侧壁和罐底固定连接构成的容器，所述缓冲介质为液体，所述罐盖的中心设置有通孔，用于战斗部放入和缓冲介质注入。
7.优选地，所述罐盖和侧壁合围成圆柱体，圆柱体的高为a mm，直径为φ2a mm，a为大于零的任意自然数。
8.优选地，所述侧壁设置有水位孔和排水孔，所述水位孔的直径为φ5-20mm，所述水位孔的圆心距罐底高度为2a/3，所述排水孔设置于侧壁底部，所述排水孔固定连接排水阀。
9.优选地，所述罐盖还设置有回收孔和与之相配合的带有锁闭功能的孔盖，所述回收孔为圆形或者方形，所述孔盖可以打开或者锁闭。
10.优选地，所述罐盖厚度为4a
‰‑
8a
‰
，所述罐底厚度为4a
‰‑
8a
‰
，所述侧壁厚度2a
‰‑
4a
‰
。
11.优选地，所述罐盖的直径为φ(a+20)mm，罐盖中心所述通孔的直径为φ30-100mm。
12.优选地，所述罐底为正方形，正方形边长为a+100mm，所述罐底与所述侧壁焊接，绕所述罐底周向等间距设置有若干直角加强筋，若干所述直角加强筋根数为0.02a-0.1a根。
13.优选地，所述罐盖与所述侧壁焊接，绕所述罐盖周向等间距设置有若干直角加强筋，若干所述直角加强筋根数为0.02a-0.1a根。
14.优选地，所述直角加强筋为等腰直角三角形，相等两条边的边长为50-80mm，厚度为5-20mm。
15.优选地，所述缓冲介质液面距罐底高度为2a/3，战斗部质心距离罐底为1a/5-1a/3。
16.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案能够取得下列有益效果：
17.与传统沙袋等破片收集装置相比，破片的回收完整率高，能接近100％的完整回收，且回收的破片保存的形状更为完整，能真实反映战斗部的破碎状态，收集方法更简单高效，可显著降低人工成本，同时，装置能多次重复使用，从而也降低了试验成本。
附图说明
18.图1为本发明一实施例中提供的一种战斗部破片收集装置的结构示意图；
19.图2为本发明一实施例中直角加强筋的结构示意图。
20.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
21.1-罐盖、2-侧壁、3-罐底、4-缓冲介质、5-水位孔、6-排水孔、7-直角加强筋、8-回收孔、9-孔盖、10-战斗部、11-通孔。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；另外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
24.如图1所示，本发明提供的一种战斗部破片收集装置，包括破片回收结构单元和破片回收结构单元内的缓冲介质，破片回收结构单元为罐盖、侧壁和罐底固定连接构成的容器，作为一个实例，罐盖和罐底的材质为q235钢，侧壁的材质为q345r钢，罐盖和侧壁合围成圆柱体，圆柱体的高为500mm，直径为φ1000mm，缓冲介质为水，罐盖的中心设置有通孔，用于战斗部从通孔放入及缓冲介质的注入，战斗部通过绳子悬挂的方式放入到战斗部破片收集装置内，战斗部质心距离罐底为100mm，罐盖厚度为2mm。
25.在侧壁设置有水位孔和排水孔，侧壁厚度1mm，水位孔用于观察收集装置内的液位，以及当缓冲介质到达水位孔时，液体由水位孔溢出，以提示液位已达到规定值，无需再向收集装置内加注液体，水位孔的直径为φ5mm，水位孔的圆心距罐底高度为333mm，从而可以使缓冲介质液面距罐底高度为333mm，排水孔设置于侧壁底部，排水孔的出口固定连接有可以打开和关闭的排水阀，以方便将收集装置内的缓冲介质排出。
26.为了方便对收集装置内部进行维护，或者对破片进行打捞，在罐盖还设置有圆形或者方形的回收孔和与之相配合的孔盖，孔盖可以打开或者闭合，本实施例中回收孔为圆形，孔盖与之相配合的圆形；另一实施例中，回收孔为方形，孔盖与之相配合的方形。
27.为了使收集装置更为稳定，罐底为正方形，正方形边长为600mm，罐底厚度为2mm。
28.为了增加收集装置的强度，罐底与侧壁满焊连接，绕罐底周向等间距设置有若干等腰直角加强筋，若干直角加强筋根数为10根，罐盖与侧壁满焊连接，绕罐盖周向等间距设置有若干等腰直角加强筋，若干直角加强筋根数为10根。如图2所示，直角加强筋相等两边的边长为50mm，厚度为5mm，直角加强筋的材质为q235钢。
29.在另一实施例中，罐盖和侧壁合围成的圆柱体高为1000mm，直径为φ2000mm,罐盖和罐底厚度为6mm，侧壁厚度为3mm，水位孔的直径为φ10mm，水位孔的圆心距罐底高度为667mm，战斗部质心距离罐底为250mm，正方形边长为1100mm，直角加强筋根数为50根，直角加强筋相等两边的边长为65mm，厚度为10mm；
30.在又一实施例中，罐盖和侧壁合围成的圆柱体高为2000mm，直径为φ4000mm，罐盖和罐底厚度为8mm，侧壁厚度为4mm，水位孔的直径为φ20mm，水位孔的圆心距罐底高度为1333mm，战斗部质心距离罐底为667mm，正方形边长为2100mm，直角加强筋根数为100根，直角加强筋相等两边的边长为80mm，厚度为20mm。
31.本发明提供的一种战斗部破片收集装置的设计方法如下：
32.s1.计算爆破压力:根据试验操作性强，规定收集装置直径为2a mm,作为一个实例，2a取值为3mm，根据福贝尔理论公式计算得到，
[0033][0034]
式中：pb为爆破压力，σb为材料的抗拉强度，σs为屈服强度，k为容器外径与内径之比，
[0035]
通过上述计算，作为一个实例，侧壁材料为q345r钢的罐体，其爆破压力(圆柱形压力容器器壁材料全屈服时的压力)为1.2mpa，即压力小于1.2mpa时罐体不会发生破坏；
[0036]
s2.根据炸药的冲击波压力计算炸药的tnt当量：工程上为保证设计裕度，将安全系数控制为1.5-2.5，本实例中，安全系数取值为2，根据水下冲击波超压公式计算，
[0037][0038]
式中：k为实验系数，α为压力衰减系数，w为tnt装药量(kg),r为距装药中心的距离(m)，
[0039][0040]
式中：w
it
为tnt药量(kg)，wi为某炸药量(kg)，q
νi
为某炸药爆热(kj/kg),q
vt
为tnt爆热，取q
vt
＝4200，
[0041]
计算得出，1.5m处的冲击波压力值约为0.6mpa时，炸药的tnt当量为340g。(即340g
·
tnt爆炸，在1.5m处的冲击波压力值约为0.6mpa，小于1.2mpa，安全系数为2,罐体不会被破坏)；
[0042]
s3.以上述实例中为340gtnt当量的炸药，计算破片速度和衰减特性：使用gumey公式,
[0043][0044]
式中：me为炸药质量，ms为壳体质量，v
f0
为破片初速度m/s，为炸药的哥耐常数(m/s)，＝530+0.28d，d为炸药爆速(m/s)，
[0045]
计算得到战斗部自然破片的速度约为1208m/s,再使用破片速度在水中衰减公式,
[0046][0047]
式中：vf为速度，v0为破片进入液体的初始速度,χ为破片总行程，β为破片速度衰减系数，
[0048]
计算得到本实例中破片在水中运动1.5m远后，速度为98m/s，
[0049]
其中，
[0050][0051]
式中：ρ1为液体密度，af为破片面积，mf为破片质量，破片阻力系数cd的计算公式如下
[0052][0053]
式中：re为表征流体流动特性的无量纲雷诺数，
[0054][0055]
式中，υ为流场的特征速度，l为破片的特征长度，μ为流体的动力黏性系数；
[0056]
s4.根据破片的余速，计算罐体的厚度：使用破片极限穿透速度公式计算得到,
[0057][0058]
式中：m为破片质量，b为靶板厚度，sb为破片着靶平均投影面积，ρ为靶板密度，l
γ
为破片着靶时投影周长，τ为装甲靶板的抗剪切屈服极限，α为破片着靶角,
[0059]
作为一个实例，速度为98m/s的球形破片，穿透侧壁为q345r钢速度为0时的厚度约为1.5mm,工程上保证安全系数为2时，侧壁厚度设计为3mm；
[0060]
s5.确定战斗部质心距离罐底位置为1a/5-1a/3，作为一个实例战斗部质心距离罐底位置为500mm，通过上述理论计算，保证安全系数为2的条件下，tnt当量为340g的炸药爆炸，对于半径为1.5m，厚度为3mm的q345r钢侧壁不会产生破坏，炸药在罐体中爆炸，罐盖和侧壁为薄弱面，罐底部由于地面的支撑作用更难发生破坏，所示设计质心距离罐底要小于到侧壁的距离，另外要尽可能远离侧壁与罐底的焊缝，质心距离罐底位置为0.5m时合适，罐
底厚度为5mm的q235普通钢即可；
[0061]
s6.确定注水高度2a/3，根据上述实例中论述到战斗部质心到侧壁的距离为1m,所以要求战斗部质心以上的水面高度为1m,同时为了炸药爆炸后更好的泄能，罐体留有0.05m高度的空气(炸药爆炸后，冲击波在水中的超压远远大于在空气中的超压值，因此冲击波从水界面传到空气中时，冲击波压力值会大幅降低)，同上，作为一个实例，为了保证破片不能侵彻罐盖，罐盖厚度为5mm q235普通钢即可。
[0062]
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：
1.一种战斗部破片收集装置，其特征在于：包括破片回收结构单元和破片回收结构单元内的缓冲介质，所述破片回收结构单元为罐盖、侧壁和罐底固定连接构成的容器，所述缓冲介质为液体，所述罐盖的中心设置有通孔，用于战斗部放入和缓冲介质注入。2.根据权利要求1所述的一种战斗部破片收集装置，其特征在于：所述罐盖和侧壁合围成圆柱体，圆柱体的高为a mm，直径为φ2a mm，a为大于零的任意自然数。3.根据权利要求1所述的一种战斗部破片收集装置，其特征在于：所述侧壁设置有水位孔和排水孔，所述水位孔的直径为φ5-20mm，所述水位孔的圆心距罐底高度为2a/3，所述排水孔设置于侧壁底部，所述排水孔固定连接排水阀。4.根据权利要求1所述的一种战斗部破片收集装置，其特征在于：所述罐盖还设置有回收孔和与之相配合的带有锁闭功能的孔盖，所述回收孔为圆形或者方形，所述孔盖可以打开或者锁闭。5.根据权利要求1所述的一种战斗部破片收集装置，其特征在于：所述罐盖厚度为4a
‰‑
8a
‰
，所述罐底厚度为4a
‰‑
8a
‰
，所述侧壁厚度2a
‰‑
4a
‰
。6.根据权利要求1所述的一种战斗部破片收集装置，其特征在于：所述罐盖的直径为φ(a+20)mm，罐盖中心所述通孔的直径为φ30-100mm。7.根据权利要求1所述的一种战斗部破片收集装置，其特征在于：所述罐底为正方形，正方形边长为a+100mm，所述罐底与所述侧壁焊接，绕所述罐底周向等间距设置有若干直角加强筋，若干所述直角加强筋根数为0.02a-0.1a根。8.根据权利要求1所述的一种战斗部破片收集装置，其特征在于：所述罐盖与所述侧壁焊接，绕所述罐盖周向等间距设置有若干直角加强筋，若干所述直角加强筋根数为0.02a-0.1a根。9.根据权利要求1所述的一种战斗部破片收集装置，其特征在于：所述直角加强筋为等腰直角三角形，相等两条边的边长为50-80mm，厚度为5-20mm。10.根据权利要求1所述的一种战斗部破片收集装置，其特征在于：所述缓冲介质液面距罐底高度为2a/3，战斗部质心距离罐底为1a/5-1a/3。

技术总结
本发明涉及一种战斗部破片收集装置。包括破片回收结构单元和破片回收结构单元内的缓冲介质，所述破片回收结构单元为罐盖、侧壁和罐底固定连接构成的容器，所述缓冲介质为液体，所述罐盖的中心设置有通孔，用于战斗部放入和缓冲介质注入。其有益效果为：与传统沙袋等破片收集装置相比，破片的回收完整率高，能接近100％的完整回收，且回收的破片保存的形状更为完整，能真实反映战斗部的破碎状态，收集方法更简单高效，可显著降低人工成本，同时，装置能多次重复使用，从而也降低了试验成本。从而也降低了试验成本。从而也降低了试验成本。


技术研发人员：叶胜 赵志 刘志勇 王远飞 段相杰 孙坤 冯吉奎
受保护的技术使用者：湖北航天飞行器研究所
技术研发日：2022.12.07
技术公布日：2023/7/26