CN112557589B - 一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法及***，所述方法包括S1、获取活性破片；S2、将所述活性破片放入发射装置中，并赋予活性破片初始动能；S3、所述活性破片与激活装置作用后产生具有动能和化学能的碎片云；S4、同步触发：脉冲X光摄影装置、高速摄影装置和红外测温仪，分别获取所述碎片云实时运动过程中，多个时空域上的三维碎片云动能信息、火光区轮廓信息、碎片云燃烧温度信息；S5、针对同步测得的所述不同时空域上的三维碎片云动能信息、火光区轮廓信息、碎片云燃烧温度信息，进行活性破片耦合能量时空域输出特性评估。
Description
技术领域
本发明涉及新型材料性能测试技术领域，尤其涉及一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法及***。
背景技术
活性破片是由具有一定结构强度的超钝感的新型含能材料(称为活性材料)制备成的毁伤元。在常规存储状态和跌落、针刺等弱刺激下保持结构完好、性能安定；在高速撞击目标的时候，自身存储的大量化学能在短时间内快速释放，实现增强动能毁伤效果。与传统的火药、***、烟火剂等含能材料相比，通过改进配方、工艺后，活性材料具备了更高的强度、密度和化学能携带能力。由于活性材料的化学能释放行为、机理与传统含能材料截然不同，现阶段适用于此类含能材料释能行为评估手段并不适用于活性材料。
活性材料的冲击释能行为本质上是材料在外界强烈刺激下，达到化学反应临界阈值后，开始的持续快速的化学能释放过程。活性破片毁伤元的释能行为典型特征有：具有可持续性，能量完全释放所需时间在微秒、毫秒量级；具有动能和化学能耦合释放特性；耦合能量随着活性破片的运动释放在不同时空位置。
现阶段对活性破片冲击释能行为的评估方法比较单一，多为特定维度下的碎片云燃烧轮廓、温度场信息的观测，仅能对特定状态下化学能的释放行为进行不全面的定量观测。忽略了活性破片自身动能和多维度化学能释放行为的观测。随着活性破片研发技术的不断发展，这种单维度的评估方法已无法满足活性破片释能行为研究需求。需要提出一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法及***。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法，包括：
S1、获取活性破片；
S2、将所述活性破片放入发射装置中，并赋予活性破片初始动能；
S3、所述活性破片与激活装置作用后产生具有动能和化学能的碎片云；
S4、同步触发：脉冲X光摄影装置、高速摄影装置和红外测温仪，分别获取所述碎片云实时运动过程中，多个时空域上的三维碎片云动能信息、火光区轮廓信息、碎片云燃烧温度信息；
S5、针对同步测得的所述不同时空域上的三维碎片云动能信息、火光区轮廓信息、碎片云燃烧温度信息，进行活性破片耦合能量时空域输出特性评估。
优选的，所述活性破片的材料包括活性合金材料、活性非晶材料、活性氟化物材料、活性高熵合金材料。
优选的，所述发射装置和激活装置可根据实验研究需求灵活设置；
发射装置可包括但不限于火药、***、轻气炮驱动模式；
激活装置可包括但不限于典型等效靶板。
优选的，所述步骤S5具体包括：
针对同步测得的所述不同时空域上的三维碎片云动能信息、火光区轮廓信息、碎片云燃烧温度信息按照预先设定的方式进行加权计算，获取计算结果。
第二方面，本实施例中还提供一种采用上述任一评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法的***，所述***包括：
包括：发射装置、激活装置、脉冲X光摄影装置、高速摄影装置和红外测温仪；
其中，所述脉冲X光摄影装置、高速摄影装置和红外测温仪用于当活性破片与激活装置接触瞬间，所述脉冲X光摄影装置获取不同时空域上的三维碎片云动能信息，所述高速摄影装置获取火光区轮廓信息，红外测温仪获取碎片云燃烧温度信息。
优选的，
所述测试***中的脉冲X光摄影装置的数量为多个，用于通过交叉视场的方式，获得多个视角下预先设定时刻的碎片云照片；
所述测试***中的高速摄影装置的数量为多个，用于通过控制光路折射方式，获得连续时空域中燃烧碎片云的多视角轮廓照片；
所述测试***中的红外测温仪的数量为1台或1台以上，用于获取连续时刻域中碎片云轮廓切面处温度场信息。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法，可对活性材料冲击释能行为所涉及到的动能、化学能进行实时、三维观测，可对其毁伤能力进行准确评估。
本发明一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法，操作简单、可行性好、最大限度获得有效数据，实验经费比较低。
本发明中的一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的***，包括有：脉冲X光摄影装置、高速摄影仪、红外测温仪，可根据测试需求灵活组合，获取碎片云的成像底片和/或通过高速摄影仪获取所述火光区相应的影像和/或通过所述红外测温仪获取所述火光区的温度值。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的***结构示意图；
图2为本发明实施例中相同时空坐标系下碎片云对应的动能场和化学能场的分布示意图。
【附图标记说明】
1：发射装置；
2：激活装置；
3：第一脉冲X光摄影装置；
4：第二脉冲X光摄影装置；
5：第一脉冲X光成像底片；
6：第二脉冲X光成像底片；
7：红外测温仪；
8：第一高速摄影仪；
9：第二高速摄影仪；
10：光路控制仪；
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明涉及新型材料性能测试技术领域，尤其涉及各类活性破片冲击释能行为的耦合测试评估方法，并基于此方法搭建出一套对活性破片激活后，在不同时空位置处动能和化学能的释放行为，进行实时测试的***。
实施例一
本发明实施例提供一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法，包括：
S1、获取活性破片。
S2、将所述活性破片放入发射装置中，并赋予活性破片初始动能。
S3、所述活性破片与激活装置作用后产生具有动能和化学能的碎片云。
S4、同步触发：脉冲X光摄影装置、高速摄影装置和红外测温仪，分别获取所述碎片云实时运动过程中，多个时空域上的三维碎片云动能信息、火光区轮廓信息、碎片云燃烧温度信息。
本实施例中，对不同时空域中获得的脉冲X光照片、高速摄影照片和红外测温成像照片的时间零点进行同步处理，使其处于相同的时空坐标系中。
本实施例中，针对连续时空域下碎片云燃烧产生的火光区轮廓的高速摄影照片，通过图像处理方法，获得火光区轮廓在不同时空中的位置信息，处理得到火光区的靶后运动速度、膨胀能力。
本实施例中针对特定Ti和Ti+1时刻的脉冲X光照片中的碎片云形貌照片，任意抽取质心为(xi,yi,zi)、体积为ΔVi的小微元。通过图像二值化处理方法，获得小微元内活性破片产生碎片的质量mi；通过两时刻下，微元内碎片的运动轨迹获得微元内碎片的速度vi。则此微元区域内碎片的动能计算公式为
针对所选定Ti时刻的红外温度成像照片，选择相同空间位置的质心为(xi,yi,zi)、体积为ΔVi的小微元。对空间范围上的温度场进行积分获得此区域内碎片燃烧释放的化学能
S5、针对同步测得的所述不同时空域上的三维碎片云动能信息、火光区轮廓信息、碎片云燃烧温度信息，进行活性破片耦合能量时空域输出特性评估。
本实施例中，根据所获得的特定时刻、位置处微元ΔVi处的动能和化学能数据进行加权处理，得到该区域的耦合能量值为Ei＝Eki+Eci。
对碎片云区遍历上述步骤，则可得出活性破片耦合能量时空域释放特性。
本实施例中优选的，所述发射装置和激活装置可根据实验研究需求灵活设置；所述活性破片的材料包括活性合金材料、活性非晶材料、活性氟化物材料、活性高熵合金材料。
本实施例中优选的，
发射装置可包括但不限于火药、***、轻气炮驱动模式。
激活装置可包括但不限于典型等效靶板。
本实施例中优选的，所述步骤S5具体包括：
针对测得的所述不同时空域上的三维碎片云动能信息、火光区轮廓信息、碎片云燃烧温度信息按照预先设定的方式进行加权计算，获取计算结果。
本实施例中一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法，可对活性材料冲击释能行为所涉及到的动能、化学能进行实时、三维观测，可对其毁伤能力进行准确评估。
本实施例中一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法，操作简单、可行性好、最大限度获得有效数据，实验经费比较低。
第二方面，本实施例中还提供一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的***，所述***包括：
包括：发射装置、激活装置、脉冲X光摄影装置、高速摄影装置和红外测温仪。
其中，所述脉冲X光摄影装置、高速摄影装置和红外测温仪用于当活性破片与激活装置接触瞬间，所述脉冲X光摄影装置获取不同时空域上的三维碎片云动能信息，所述高速摄影装置获取火光区轮廓信息，红外测温仪获取碎片云燃烧温度信息。
优选的，
所述测试***中的脉冲X光摄影装置的数量为多个，用于通过交叉视场的方式，获得多个视角下预先设定时刻的碎片云照片。
所述测试***中的高速摄影装置的数量为多个，用于通过控制光路折射方式，获得连续时空域中燃烧碎片云的多视角轮廓照片。
所述测试***中的红外测温仪的数量为1台或1台以上，用于获取连续时刻域中碎片云轮廓切面处温度场信息。
本实施例中的一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的***，包括有：脉冲X光摄影装置、高速摄影仪、红外测温仪，可根据测试需求灵活组合，获取碎片云的成像底片和/或通过高速摄影仪获取所述火光区相应的影像和/或通过所述红外测温仪获取所述火光区的温度值。
实施例二
参见图1，第二方面，本实施例中，一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的***，所述***包括：
发射装置1，选用口径为12.7mm的弹道枪。
激活装置2，选用厚度6mm的Q235材质的钢板。
脉冲X光摄影装置(包括第一脉冲X光摄影装置3和第二脉冲X光摄影装置4)，选用瑞典SCANFLASH公司1200千伏脉冲X光摄影仪。
脉冲X光成像底片(包括第一脉冲X光成像底片5和第二脉冲X光成像底片6)，选用可重复利用并可以在专用工程计算机上读取的电子硅介质底片。
红外测温仪7，选用美Flir公司生产的SC7000远红外热像仪。
高速摄影仪(包括第一高速摄影仪8和第二高速摄影仪9)，选用Phontron公司的SA5高速摄影仪。
光路控制***10，选用表面光洁平整的反光镜。
***中各仪器的布设方位如图1所示。以发射装置的枪口位置处为空间坐标系的几何原点(0,0,0)，构建坐标系x-y-z，单位制为m。在本具体实施例中所涉各装置的质心坐标分别为：激活装置2的质心坐标为(1,0,0)；第一脉冲X光摄影装置3的质心坐标为(2,1,0)；第二脉冲X光摄影装置4的质心坐标为(2,0,1)；第一脉冲X光成像底片5的质心坐标为(2,-1,0)；第二脉冲X光成像底片6的质心坐标为(2,0,-1)；红外测温仪7的质心坐标为(2.5,1,0)；第一高速摄影仪8的质心坐标为(0,2,0)；第二高速摄影仪的质心坐标为(3,1,0)；光路控制***10的质心坐标为(3,0,0)，光路控制***的法向与x轴的夹角呈45°。
附图2为本发明实施例中相同时空坐标系下碎片云对应的动能场和化学能场的分布示意图。
本实施例中的一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的***，包括有：脉冲X光摄影装置、高速摄影仪、红外测温仪，可根据测试需求灵活组合，获取碎片云的成像底片和/或通过高速摄影仪获取所述火光区相应的影像和/或通过所述红外测温仪获取所述火光区的温度值。
由于本发明上述实施例所描述的***，为实施本发明上述实施例的方法所采用的***，故而基于本发明上述实施例所描述的方法，本领域所属技术人员能够了解该***的具体结构及变形，因而在此不再赘述。凡是本发明上述实施例的方法所采用的***/装置都属于本发明所欲保护的范围。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。
Claims (9)
1.一种评估活性破片耦合能量时空域释放特性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取活性破片；
S2、将所述活性破片放入发射装置中，并赋予活性破片初始动能；
S3、所述活性破片与激活装置作用后产生具有动能和化学能的碎片云；
S4、同步触发：脉冲X光摄影装置、高速摄影装置和红外测温仪，分别获取所述碎片云实时运动过程中，多个时空域上的三维碎片云动能信息、火光区轮廓信息、碎片云燃烧温度信息；
S5、针对同步测得的所述不同时空域上的三维碎片云动能信息、火光区轮廓信息、碎片云燃烧温度信息，进行活性破片耦合能量时空域输出特性评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性破片材料包括：活性合金材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性破片材料包括：活性非晶材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性破片材料包括：活性氟化物材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性破片材料包括：活性高熵合金材料。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
发射装置可包括火药、***、轻气炮驱动模式；
激活装置可包括典型等效靶板。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
针对同步测得的所述不同时空域上的三维碎片云动能信息、火光区轮廓信息、碎片云燃烧温度信息按照预先设定的方式进行加权计算，获取计算结果。
8.一种采用权利要求1-7中任一所述方法的综合实验测试***，其特征在于，包括：发射装置、激活装置、脉冲X光摄影装置、高速摄影装置和红外测温仪；
其中，所述脉冲X光摄影装置、高速摄影装置和红外测温仪用于当活性破片与激活装置接触瞬间，所述脉冲X光摄影装置获取不同时空域上的三维碎片云动能信息，所述高速摄影装置获取火光区轮廓信息，红外测温仪获取碎片云燃烧温度信息。
9.根据权利要求8所述的测试***，其特征在于，
所述测试***中的脉冲X光摄影装置的数量为多个，用于通过交叉视场的方式，获得多个视角下预先设定时刻的碎片云照片；
所述测试***中的高速摄影装置的数量为多个，用于通过控制光路折射方式，获得连续时空域中燃烧碎片云的多视角轮廓照片；
所述测试***中的红外测温仪的数量为1台或1台以上，用于获取连续时刻域中碎片云轮廓切面处温度场信息。
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