CN114720042B - 基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置及测量方法，目的是解决目前冲击波测量准确性不高、布设难度大、成本高问题。测量装置由液压油容器、液压油、驱动滑块、连接件、收油容器、固定盖板及密封圈组成。液压油容器管壁设置用于注入液压油的进油阀，驱动滑块在液压油容器中自由滑动；连接件中心处设置单向油压阀，使得液压油容器与收油容器之间相通；在***冲击波测量过程中驱动滑块受到冲击波的作用后获得动能做功，对液压油施加压力，液压油通过单向油压阀进入收油容器，根据收油容器中收集到的液压油的体积与冲击波能量的对应关系式实现对***场冲击波能量的测量。本发明装置结构简单、布局方便，可准确测量冲击波能量。
Description
技术领域
本发明涉及***场冲击波参数测量领域，具体涉及一种基于单向油压阀的冲击波能量测量装置。
背景技术
***在空气中***时，周围空气的压力、密度和温度等状态发生突跃变化而产生冲击波。冲击波会对***场附近的人员、设备和建筑物产生毁伤破坏，***冲击波的破坏作用可用冲击波超压衡量。冲击波以波阵面的形式产生和传播，冲击波波阵面上的超压与冲击波能量有关。为了对***冲击波的毁伤破坏威力进行评估，需要对***冲击波的能量进行测量。现有对***冲击波参数的测量方法主要包括等效靶法、电测法和生物效应法等。
等效靶法是将经过标定后与实际目标具有相似毁伤机理的等效靶固定在***场中，根据***冲击波作用后等效靶的被破坏程度来定性地评定冲击波对实际目标靶的毁伤效应。通过在相同的***冲击波作用下等效靶的毁伤等级与实际目标毁伤等级之间的对应关系，可快速地确定出相应实际目标的毁伤等级。但实际测量过程中难以消除等效靶与实际目标抵抗冲击波的差异，在给定约束条件下等效靶与实际目标在***冲击波作用下发生变形破坏响应程度的特性存在差异。且通过观测等效靶上的毁伤形貌难以反推冲击波压力和能量等***场参数，测量的精度和准确性不高。
电测法是通过电测传感器将***场中的物理信号转换为电信号，从而对***冲击波参数进行测量。由于***场的测试环境十分恶劣，会产生机械振动、冲击、热作用和电磁干扰等效应，这些干扰效应会影响电测传感器输出结果的稳定性和准确性。同时，电测传感器***中电缆线的安装和布置较为复杂，容易受到环境因素的干扰。在***冲击波参数的测量研究中，需要解决测量准确度不高、易受环境因素影响及布局困难的问题。
生物效应法是将选定的生物按一定要求布置在***场中，******后观察生物的毁伤情况，根据生物目标的毁伤程度判断冲击波的威力。生物效应法在具体实施时所受影响因素较多，且不能得出不同压力峰值与持续时间对生物目标的影响，不适合大量用于进行***冲击波毁伤威力的评估。
因此，目前的对***冲击波参数进行测量的方法要么容易受环境因素影响而导致测量结果不够准确，要么布设难度大、成本高。如何提高***冲击波能量测量方法的稳定性和准确性，降低布设难度，减小成本是本领域技术人员极为关注的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对目前***冲击波能量测量方法稳定性和准确性不高、布设难度大、成本高的问题，提供一种基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置。
本发明由液压油容器、液压油、进油阀、驱动滑块、单向油压阀、连接件、收油容器、抽真空及排油阀、固定盖板和密封圈组成。液压油容器用于装填液压油，其可为两端开口的空心金属圆管。圆管由高强度合金材料制成，屈服强度σ1和密度ρ1分别满足σ1>210MPa、ρ1>2.1g/cm3。液压油容器的外直径为D1，D1满足0.05m<D1<0.5m，液压油容器的内直径为D2，D2满足0.6D1<D2<0.9D1。液压油容器的厚度为t1，t1满足t1＝D1-D2。液压油容器的长度为L1，L1满足1.0D1<L1<10D1。液压油容器一端开口处由驱动滑块、固定盖板和密封圈进行固定和密封，另一端开口通过连接件与收油容器进行连接。液压油容器内壁在与连接件连接的端口附近有液压油容器内螺纹，液压油容器内螺纹的长度为l1，l1满足0.05L1<l1<0.2L1。液压油容器外壁在与固定盖板连接的端口附近处有用于连接固定盖板的液压油容器外螺纹，液压油容器外螺纹的长度为l2，l2满足0.06L1<l2<0.3L1。
液压油容器的外管壁上设置一个进油阀，用于注入液压油。进油阀为圆柱体，进油阀的直径为d1，d1满足0.005m<d1<0.05m。进油阀的长度为L2，满足0.1L1<L2<2L1。液压油容器上进油阀与连接件端口的距离为l3，l3满足0.1L1<l3<0.5L1。
液压油用于吸收冲击波能量，液压油应具有良好的防锈性及抗氧化性，在高温高压条件下不易氧化变质，使用寿命长。当冲击波作用时，在驱动滑块的作用下液压油容器中的液压油通过连接件中的单向油阀流入收油容器。
驱动滑块用于挤压液压油容器中的液压油，驱动滑块由高强度合金制成，驱动滑块的屈服强度σ2和密度ρ2分别满足σ2>210MPa、ρ2>2.1g/cm3。驱动滑块为实心圆柱体，驱动滑块的直径为D3，D3满足D3＝D2。驱动滑块的长度为L3，L3满足0.05L1<L3<0.5L1。滑块放置于液压油容器中，可在液压油容器中滑动。驱动滑块的一端与液压油接触，另一端靠近密封垫与固定盖板。当冲击波作用时，驱动滑块在冲击波的冲击下获得动能从而对液压油容器内的液压油进行施加压力。
连接件用于连接液压油容器与收油容器，连接件由高强度合金制成，连接件的屈服强度σ3和密度ρ3分别满足σ3>210MPa、ρ3>2.1g/cm3。连接件为圆柱体形，连接件的直径为D4，D4满足D4＝D2。连接件的长度为L4，L4满足2l2<L4<4l2。连接件外表面有连接件外螺纹，连接件外螺纹与液压油容器及收油容器中的内螺纹相互匹配，连接件两端的连接件外螺纹分别用于连接液压油容器与收油容器。
单向油压阀用于实现液压油从液压油容器到收油容器的单向流动，防止液压油反向流动。单向油压阀为直通式单向阀，位于连接件的中心轴线上。单向油压阀直径为D5，D5满足0.1D4<D5<0.5D4，单向油压阀的长度为L5，L5满足L5＝L4。单向油压阀为弹簧式的止回阀，依靠压力顶起弹簧控制的阀瓣，压力消失后，弹簧力将阀瓣压下，封闭液体倒流。单向油压阀为液压油的单向输运通道，当液压油容器中的液压油受到驱动滑块的压力作用后，液压油进入单向油压阀中，克服弹簧力和摩擦力使单向油阀的阀门开启，从而流入收油容器。
收油容器用于收集经过单向油压阀流出的液压油。收油容器为一端开口的空心金属圆管，收油容器由高强度合金材料制成，收油容器的屈服强度σ4和密度ρ4分别满足σ4>210MPa、ρ4>2.1g/cm3。收油容器的外直径为D6，D6满足D6＝D1，收油容器的内直径为D7，D7满足D7＝D2。收油容器的厚度为t2，t2满足t2＝t1。收油容器的长度为L6，L6满足L6＝L1。收油容器开口的一端有与连接件外螺纹相互匹配的收油容器内螺纹，收油容器内螺纹的长度为l4，l4满足l4＝l1。收油容器的另一端封口且有一个抽真空及排油阀，用于将收油容器抽真空及***冲击后将收油容器中收集到的液压油排出。抽真空及排油阀为圆柱体，抽真空及排油阀的直径为d2，d2满足0.005m<d2<0.05m。抽真空及排油阀的长度为L7，满足0.1L6<L7<0.3L6。抽真空及排油阀与收油容器5中心轴OO′的距离为l5，l5满足0.1D6<l5<0.4D6。
固定盖板用于封闭液压油容器的一端。固定盖板为一端封闭一端开口的空心圆柱，固定盖板由高强度合金材料制成，固定盖板的屈服强度σ5和密度ρ5分别满足σ5>210MPa、ρ5>2.1g/cm3。固定盖板的外直径为D8，D8满足0.054m<D8<0.504m，固定盖板的内直径为D9，D9满足D9＝D1。固定盖板的厚度为t3，t3满足t3＝D8-D9。固定盖板内壁有盖板内螺纹，固定盖板内螺纹用于与液压油容器外壁的外螺纹连接，盖板内螺纹的长度为l6，l6满足l6＝l2。固定盖板的长度为L8，L8满足L8＝t3+l6。固定盖板底部设置一个圆形的盖板通孔，盖板通孔的直径为D10，D10满足0.5D3<D10<0.9D3。当冲击波作用到固定盖板表面时，冲击波可通过盖板通孔直接作用于驱动滑块，使驱动滑块获得动能。
密封圈用于密封液压油容器。需将密封圈放置于在固定盖板与液压油容器的连接处，再将固定盖板通过螺纹连接到液压油容器上。密封圈由橡胶材料制成，密封圈应具有抗腐蚀、抗撕裂和抗压缩变形特性。密封圈为圆环薄片，密封圈的外直径为D11，D11满足D11＝D9，密封圈的内直径为D12，D12满足D12＝D10。密封圈的厚度为t4，t4满足0.001m<t4<0.01m。
在***冲击前，将驱动滑块放置于液压油容器中，将液压油容器的一端通过连接件与收油容器连接，另一端垫上密封圈后与固定盖板连接，通过进油阀向液压油容器中注入液压油。(必要时可以通过一定的加压方式进行加注，以确保液压油完全充满容器；所加注的压力应小于单向油压阀的打开压力，且该压力需要准确记录下来)。为实现液压油从液压油容器到收油容器的单向流动，需要通过抽真空及排油阀对收油容器进行抽真空，进一步防止流入收油容器中的液压油回流。由于连接件中的单向油压阀将液压油进行隔离，***冲击前液压油不会流入收油容器中。液压油容器中驱动滑块的侧面与液压油容器的内管壁相接触，驱动滑块可在液压油容器中滑动。液压油容器中注入液压油后，驱动滑块滑动到液压油容器中靠近固定盖板一侧的端口处。由于驱动滑块的直径大于固定盖板中通孔的直径，驱动滑块与密封圈相接触，通过固定盖板的固定作用使液压油容器中的液压油不向外界流出。当驱动滑块受到外界作用时，驱动滑块获得动能后挤压液压油，液压油对单向油压阀施加压力使得单向阀门开启，此时液压油可经过单向油压阀流入收油容器中。***冲击波作用后，固定盖板与密封圈固定不动。驱动滑块受到冲击波的作用后，驱动滑块获得动能做功，将对液压油容器中的液压油施加压力，液压油容器中的液压油受到压力作用后将通过连接件中的单向油压阀流入收油容器中。***冲击后收油容器中的液压油的体积为ΔV，***冲击波的能量为E，根据冲击波能量与液压油体积的对应关系式E＝k·ΔV得到冲击波能量E，其中k为本发明的能量灵敏度系数。当本发明装置中部件的几何尺寸大小变化时，可得到不同量程的测量装置，可实现对不同大小的***冲击波的测量。
采用单向油压阀冲击波能量无源测量装置对冲击波能量进行测量的方法是：
第一步，通过气体驱动撞击技术(参阅:王金贵.气体炮原理及技术[M].国防工业出版社,2001:40-54.)标定出单向油压阀冲击波能量测量装置的能量灵敏度系数k(单位为kg·m2/(s2·L))。标定实验中需要调整单向油压阀冲击波能量测量装置的位置使得弹道与驱动滑块同轴。轻气炮***通过压缩气体膨胀做功加载弹丸，弹丸获得初速度后垂直撞击驱动滑块。驱动滑块获得动能后挤压液压油容器中的液压油，液压油通过连接件中的单向油压阀进入收油容器。弹丸的质量为m0，驱动滑块的质量为m1，利用激光测速仪测量得到弹丸的初速度v0。在标定实验中弹丸与驱动滑块之间的碰撞为弹性碰撞，并忽略弹丸与驱动滑块的变形能。根据弹性碰撞公式计算出碰撞后驱动滑块的速度v1＝2m0v0/(m0+m1)，驱动滑块获得的动能为E1＝m1v1 2/2，测量得到收油容器收集到的液压油的体积为ΔV。根据能量E1与液压油体积ΔV之间的对应关系式E1＝k·ΔV，从而得到能量灵敏度系数k的值。
第二步，通过进油阀向液压油容器中注入液压油，通过抽真空及排油阀将收油容器抽真空，并将单向油压阀冲击波能量无源测量装置通过支架固定放置于***场中。
第三步，***在***点***，产生的***空气冲击波作用到驱动滑块表面，驱动滑块获得动能后滑动并对液压油容器中的液压油进行挤压，连接件中的单向油压阀受到液压油的压力作用后使得阀门开启，液压油通过单向油压阀进入收油容器中。
第四步，***结束后，通过抽真空及排油阀将收油容器中的液压油排出，并测量得到排出液压油的体积为ΔV。
第五步，根据冲击波能量与液压油体积的关系式E＝k·ΔV计算得到冲击波能量E。
采用本发明可以达到以下技术效果：
1.***冲击作用后驱动滑块获得动能，对液压油容器中的液压油施加压力，液压油从连接件中的单向油压阀流入收油容器。通过收油容器收集到的液压油的体积与冲击波能量的对应关系式可得到***冲击波的能量。
2.本发明可通过更改单向油压阀的规格，控制流入收油容器的液压油体积，可得到不同量程的测量装置，从而实现对不同大小的冲击波的测量。同时，也可通过改变装置中各个部件的几何尺寸大小而改变测量装置的量程。
3.本发明装置主要由液压油容器、收油容器、连接件和固定盖板组成，结构较为简单，可直接布设到***场中，易于操作。本发明装置为无源传感器，不需要外部提供电源，不受电磁因素的干扰。测量***冲击波时根据排出液压油的体积可评估冲击波威力，具有一定的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明单向油压阀冲击波能量无源测量装置总体结构示意图。
图2是本发明单向油压阀冲击波能量无源测量装置受***冲击前的轴向剖视图。
图3是本发明单向油压阀冲击波能量无源测量装置左视图。
图4是本发明单向油压阀冲击波能量无源测量装置的俯视图。
图5是本发明单向油压阀冲击波能量无源测量装置受***冲击后的轴向剖视图。
附图标记说明：
1.液压油容器，11.进油阀，12.液压油容器内螺纹，13.液压油容器外螺纹，2.液压油，3.驱动滑块，4.连接件，41.单向油压阀，42.连接件外螺纹，5.收油容器，51.收油容器内螺纹，52.抽真空及排油阀，6.固定盖板，61.盖板通孔，62.盖板内螺纹，7.密封圈，8.***点。
具体实施方式
本发明根据液压油流动吸收和传递冲击波能量的基本设计原理，考虑了各个部件的几何尺寸及各个部件之间的配合关系，设计了一种基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置。为了便于理解，通过附图对具体实施方式进行介绍。
图1为本发明总体结构示意图。如图1所示，本发明由液压油容器1、液压油2、驱动滑块3、连接件4、收油容器5、固定盖板6及密封圈7组成。定义靠近***点8的一端(即图1中的O端)是本发明左端，定义远离***点8的一端(即图1中的O′端)是本发明右端。固定盖板6、液压油容器1、连接件4、收油容器5从左至右通过螺纹连接的方式同轴相连，即这些部件的中心均在中心轴OO′上。液压油容器1管壁设置一个用于注入液压油2的进油阀11，驱动滑块3在液压油容器1中可自由滑动。连接件4中心处设置一个单向油压阀41，使得液压油容器1与收油容器5之间相通。收油容器5的封口的一端(右端)设置一个抽真空及排油阀52，固定盖板6底部设置一个盖板通孔61。在液压油容器1与固定盖板6之间放置能够密封液压油的密封圈7，再将液压油容器1与固定盖板6通过螺纹连接的方式进行连接。当液压油容器1中注入液压油2后，驱动滑块3滑动到液压油容器1与固定盖板6连接的一端，与密封圈7接触从而将液压油容器1的左端进行密封。
图2为本发明受***冲击前的轴向剖视图。液压油容器1用于在***冲击前放置液压油2，***后驱动滑块3受***冲击波作用从左向右挤压液压油容器1中的液压油2。
液压油容器1为两端开口的圆管，左端口通过螺纹与固定盖板6相连，右端口通过螺纹与连接件4相连。液压油容器1由高强度合金材料制成，液压油容器1的屈服强度σ1和密度ρ1分别满足σ1>210MPa、ρ1>2.1g/cm3。液压油容器1的外直径D1满足0.05m<D1<0.5m，液压油容器1的内直径为D2满足0.6D1<D2<0.9D1。液压油容器1的侧壁厚度t1满足t1＝D1-D2。液压油容器1的长度L1满足1.2D1<L1<2D1。液压油容器1在与连接件4连接的一端有液压油容器内螺纹12，液压油容器内螺纹12的长度l1满足0.05L1<l1<0.2L1。液压油容器1在与固定盖板6相连的一端有用于连接固定盖板6的液压油容器外螺纹13，液压油容器外螺纹13的长度l2满足0.06L1<l2<0.3L1。液压油容器1管壁开有一个通孔并在通孔上安装一个进油阀11，用于向液压油容器1注入液压油2。进油阀11为圆柱体，进油阀11的直径d1满足0.005m<d1<0.05m，进油阀11的长度L2满足0.1L1<L2<0.3L1。进油阀11距离液压油容器1与连接件4连接端口的距离l3满足0.2L1<l3<0.8L1。
液压油2用于吸收冲击波能量。液压油2应具有良好的防锈性及抗氧化性，在高温高压条件下不易氧化变质，使用寿命长。***后驱动滑块3受***冲击波作用从左向右挤压液压油容器1中的液压油2，液压油2被挤压而流动，从而实现吸能缓冲。
如图1所示，结合图2，连接件4为圆柱体，连接件4由高强度合金制成，连接件4的屈服强度σ3和密度ρ3分别满足σ3>210MPa、ρ3>2.1g/cm3。连接件4的外直径D4满足D4＝D2。连接件4的长度L4满足2l2<L4<4l2。连接件4外表面有连接件外螺纹42，连接件4通过螺纹连接的方式将液压油容器1与收油容器5进行连接。连接件4中心同轴安装有一个单向油压阀41，单向油压阀41用于将液压油容器1中的液压油2单向输运到收油容器5中。单向油压阀41为弹簧式止回阀，能够防止液压油2向液压油容器1反向流动。单向油压阀41的直径D5满足0.1D4<D5<0.5D4。单向油压阀41的长度L5满足L5＝L4。
收油容器5是一个一端封闭一端开口的圆筒，收油容器5用于收集***冲击作用后从液压油容器1中流出的液压油2。收油容器5由高强度合金材料制成，收油容器5的屈服强度σ4和密度ρ4分别满足σ4>210MPa、ρ4>2.1g/cm3。收油容器5的外直径D6满足D6＝D1，收油容器5的内直径D7满足D7＝D2。收油容器5的侧壁和底端的厚度均为t2，t2满足t2＝t1。收油容器5的长度L6满足L6＝L1。收油容器5开口的一端(左端)通过收油容器内螺纹51与连接件外螺纹42连接，收油容器内螺纹51的长度l4满足l4＝l1。收油容器5封闭的一端(右端)安装有一个抽真空及排油阀52，用于抽真空并将收集到的液压油2排出。抽真空及排油阀52的直径d2满足0.005m<d2<0.05m。抽真空及排油阀52的长度L7满足0.1L5<L7<0.3L5。抽真空及排油阀52与收油容器5中心轴OO′的距离l5满足0.1D6<l6<0.4D6。
如图1所示，结合图2，驱动滑块3位于液压油容器1内，并与密封圈7及固定盖板6将液压油容器1的左端口进行密封。驱动滑块3可在液压油容器1中滑动，驱动滑块3由高强度合金制成，驱动滑块3的屈服强度σ2和密度ρ2分别满足σ2>210MPa、ρ2>2.1g/cm3。驱动滑块3为实心圆柱体，驱动滑块3的直径D3满足D3＝D2。驱动滑块3的长度L3满足0.05L1<L3<0.5L1。驱动滑块3的右端与液压油2接触，左端靠近密封圈7与固定盖板6。驱动滑块3的中心(在轴线OO′上)对准***点8，***点8***后产生的冲击波作用于驱动滑块3，驱动滑块3从左至右对液压油2施加压力。
固定盖板6用于固定密封圈7和驱动滑块3，从而对液压油容器1的左端进行密封。固定盖板6为左端封闭右端开口的空心圆筒，固定盖板6由高强度合金材料制成，固定盖板6的屈服强度σ5和密度ρ5分别满足σ5>210MPa、ρ5>2.1g/cm3。固定盖板6的外直径D8满足0.054m<D8<0.504m，固定盖板6的内直径D9满足D9＝D1。固定盖板6侧壁的厚度t3满足t3＝D8-D9。固定盖板6通过内侧壁的盖板内螺纹61与液压油容器1外侧壁的液压油容器外螺纹13进行连接，盖板内螺纹61的长度l6满足l6＝l2。固定盖板的长度L8满足L8＝t3+l6。在固定盖板6与液压油容器1的连接处放置密封圈7，从而实现对液压油容器1左端口的密封。固定盖板6左端面有一个圆形的盖板通孔61，盖板通孔61与OO′同轴。盖板通孔61的直径D10满足0.5D3<D10<0.9D3。***冲击波入射时通过盖板通孔61与驱动滑块3直接接触，使得驱动滑块3获得动能后滑动。
密封圈7由橡胶材料制成，用于密封液压油2。密封圈7为圆环薄片，密封圈7的外直径D11满足D11＝D9，密封圈7的内直径D12满足D12＝D10。密封圈7的厚度t4满足0.001m<t4<0.01m。
图3为本发明装置左视图。如图3所示，固定盖板6中心设置一个圆形的盖板通孔61，驱动滑块3位于盖板通孔61内侧。驱动滑块3的直径大于盖板通孔61的直径，***冲击前，当液压油容器1中注入液压油2后，驱动滑块3滑动到液压油容器1的端口处后被固定盖板6约束，不会从盖板通孔61处滑出。通过固定盖板6的固定作用及密封圈7和驱动滑块3的密封作用实现对液压油容器1中的液压油2密封。
图4为本发明的俯视图。如图4所示，进油阀11位于液压油容器1的上表面。液压油容器1的一端连接固定盖板6，另一端通过连接件4连接收油容器5。收油容器5上的抽真空及排油阀52位于收油容器5的右侧封闭的一端。
图5为本发明受***冲击后的轴向剖视图。如图5所示，驱动滑块3的位置相对于***冲击前发生了变化，收油容器5中收集到了液压油2。当***点8***时，产生的冲击波作用于驱动滑块3，驱动滑块3获得动能后对液压油容器1中的液压油2从左至右施加压力。由于液压油容器1与收油容器5之间的连接件4中设置有单向油压阀41，单向油压阀41受到压力作用后阀门开启，液压油容器1中的部分液压油2从单向油压阀41进入到收油容器5中。收油容器5通过抽真空及排油阀52抽真空后，液压油41从左至右单向输运而不会倒流。冲击波作用后通过抽真空及排油阀52将收油容器5中收集到的液压油2排出，测量得到排出的液压油2的体积为ΔV，根据冲击波能量E与液压油2体积ΔV的对应关系式E＝k·ΔV得到冲击波能量E。
采用单向油压阀冲击波能量无源测量装置对冲击波能量进行测量的方法是：
第一步，通过气体驱动撞击技术(参阅:王金贵.气体炮原理及技术[M].国防工业出版社,2001:40-54.)标定出单向油压阀冲击波能量测量装置的能量灵敏度系数k(单位为kg·m2/(s2·L))。标定实验中需要调整单向油压阀冲击波能量测量装置的位置使得弹道与驱动滑块3同轴。轻气炮***通过压缩气体膨胀做功加载弹丸，弹丸获得初速度后垂直撞击驱动滑块3。驱动滑块3获得动能后挤压液压油容器1中的液压油2，液压油2通过连接件4中的单向油压阀41进入收油容器5。弹丸的质量为m0，驱动滑块3的质量为m1，利用激光测速仪测量得到弹丸的初速度v0。在标定实验中弹丸与驱动滑块3之间的碰撞为弹性碰撞，并忽略弹丸与驱动滑块3的变形能。根据弹性碰撞公式计算出碰撞后驱动滑块3的速度v1＝2m0v0/(m0+m1)，驱动滑块3获得的动能为E1＝m1v1 2/2，测量得到收油容器5收集到的液压油2的体积为ΔV。根据能量E1与液压油2体积ΔV之间的对应关系式E1＝k·ΔV，从而得到能量灵敏度系数k的值。
第二步，通过进油阀11向液压油容器1中注入液压油2，通过抽真空及排油阀52将收油容器5抽真空，并将单向油压阀冲击波能量无源测量装置通过支架固定放置于***场中，此时单向油压阀冲击波能量无源测量装置的轴向剖视图如图2所示。
第三步，***在***点8***，产生的***空气冲击波作用到驱动滑块3表面，驱动滑块3获得动能后滑动并对液压油容器1中的液压油2进行挤压，连接件4中的单向油压阀41受到液压油2的压力作用后使得阀门开启，液压油2通过单向油压阀41进入收油容器5中，此时单向油压阀冲击波能量无源测量装置的轴向剖视图如图5所示。
第四步，***结束后，通过抽真空及排油阀51将收油容器5中的液压油2排出，并测量得到排出液压油2的体积为ΔV。
第五步，根据冲击波能量与液压油2体积的关系式E＝k·ΔV计算得到冲击波能量E。
以上实施范例仅为本发明的一种实施方式。其具体结构和尺寸可根据实际需要进行相应的调整(例如改变单向油压阀的规格来改变测量量程)。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明专利的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置，其特征在于基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置由液压油容器(1)、液压油(2)、驱动滑块(3)、连接件(4)、收油容器(5)、固定盖板(6)及密封圈(7)组成；定义靠近***点(8)的一端即O端为基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置左端，定义远离***点(8)的一端即O'端为基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置右端；固定盖板(6)、液压油容器(1)、连接件(4)、收油容器(5)从左至右通过螺纹连接的方式同轴相连；液压油容器(1)管壁设置一个用于注入液压油(2)的进油阀(11)，驱动滑块(3)在液压油容器(1)中自由滑动；连接件(4)中心处设置一个单向油压阀(41)，使得液压油容器(1)与收油容器(5)之间相通；收油容器(5)的封口的一端即右端设置一个抽真空及排油阀(52)，固定盖板(6)底部设置一个盖板通孔(61)；在液压油容器(1)与固定盖板(6)之间放置能够密封液压油的密封圈(7)，再将液压油容器(1)与固定盖板(6)通过螺纹连接的方式进行连接；当液压油容器(1)中注入液压油(2)后，驱动滑块(3)滑动到液压油容器(1)与固定盖板(6)连接的一端，与密封圈(7)接触从而将液压油容器(1)的左端进行密封；
液压油容器(1)用于在***冲击前放置液压油(2)，***后驱动滑块(3)受***冲击波作用从左向右挤压液压油容器(1)中的液压油(2)；液压油容器(1)为两端开口的圆管，左端口通过螺纹与固定盖板(6)相连，右端口通过螺纹与连接件(4)相连；液压油容器(1)由高强度合金材料制成，液压油容器(1)的外直径为D1，内直径为D2；液压油容器(1)的侧壁厚度t1＝(D1-D2)/2；液压油容器(1)的长度为L1；液压油容器(1)在与连接件(4)连接的一端有液压油容器内螺纹(12)，液压油容器内螺纹(12)的长度为l1；液压油容器(1)在与固定盖板(6)相连的一端有用于连接固定盖板(6)的液压油容器外螺纹(13)，液压油容器外螺纹(13)的长度为l2；液压油容器(1)管壁开有一个通孔并在通孔上安装一个进油阀(11)；
液压油(2)用于吸收冲击波能量；***后驱动滑块(3)受***冲击波作用从左向右挤压液压油容器(1)中的液压油(2)，液压油(2)被挤压而流动，从而实现吸能缓冲；
连接件(4)为圆柱体，连接件(4)由高强度合金制成，连接件(4)的外直径为D4，长度为L4；连接件(4)外表面有连接件外螺纹(42)，连接件(4)通过螺纹连接的方式将液压油容器(1)与收油容器(5)进行连接；连接件(4)中心同轴安装有一个单向油压阀(41)，单向油压阀(41)用于将液压油容器(1)中的液压油(2)单向输运到收油容器(5)中；单向油压阀(41)为弹簧式止回阀，防止液压油(2)向液压油容器(1)反向流动；
收油容器(5)是一个一端封闭一端开口的圆筒，收油容器(5)用于收集***冲击作用后从液压油容器(1)中流出的液压油(2)；收油容器(5)由高强度合金材料制成，收油容器(5)的外直径D6满足D6＝D1，收油容器(5)的内直径D7满足D7＝D2；收油容器(5)开口的一端即左端通过收油容器内螺纹(51)与连接件外螺纹(42)连接，收油容器(5)封闭的一端即右端安装有一个抽真空及排油阀(52)，用于抽真空并将收集到的液压油(2)排出；
驱动滑块(3)位于液压油容器(1)内，并与密封圈(7)及固定盖板(6)将液压油容器(1)的左端口进行密封；驱动滑块(3)由高强度合金制成，驱动滑块(3)为实心圆柱体，驱动滑块(3)的直径D3满足D3＝D2；驱动滑块(3)的右端与液压油(2)接触，左端靠近密封圈(7)与固定盖板(6)；驱动滑块(3)的中心对准***点(8)，***点(8)***后产生的冲击波作用于驱动滑块(3)，驱动滑块(3)从左至右对液压油(2)施加压力；
固定盖板(6)用于固定密封圈(7)和驱动滑块(3)，从而对液压油容器(1)的左端进行密封；固定盖板(6)为左端封闭右端开口的空心圆筒，固定盖板(6)由高强度合金材料制成，固定盖板(6)的外直径为D8，固定盖板(6)的内直径D9＝D1；固定盖板(6)侧壁的厚度t3满足t3＝(D8-D9)/2；固定盖板(6)通过内侧壁的盖板内螺纹(61)与液压油容器(1)外侧壁的液压油容器外螺纹(13)进行连接，在固定盖板(6)与液压油容器(1)的连接处放置密封圈(7)，从而实现对液压油容器(1)左端口的密封；固定盖板(6)左端面有一个圆形的盖板通孔(61)，盖板通孔(61)的直径为D10，盖板通孔(61)与OO'同轴；***冲击波入射时通过盖板通孔(61)与驱动滑块(3)直接接触，使得驱动滑块(3)获得动能后滑动；
密封圈(7)由橡胶材料制成，用于密封液压油(2)；密封圈(7)为圆环薄片，密封圈(7)的外直径D11＝D9，密封圈(7)的内直径D12＝D10；***冲击前，当液压油容器(1)中注入液压油(2)后，驱动滑块(3)滑动到与密封圈(7)接触，驱动滑块(3)被固定在液压油容器(1)左端口处，通过固定盖板(6)的固定作用及密封圈(7)和驱动滑块(3)的密封作用实现对液压油容器(1)中的液压油(2)密封。
2.如权利要求1所述的基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述液压油容器(1)采用的高强度合金材料的屈服强度σ1和密度ρ1分别满足σ1>210MPa、ρ1>2.1g/cm3；液压油容器(1)的外直径D1满足0.05m<D1<0.5m，液压油容器(1)的内直径为D2满足0.6D1<D2<0.9D1；液压油容器(1)的长度L1满足1.2D1<L1<2D1；液压油容器内螺纹(12)的长度l1满足0.05L1<l1<0.2L1；液压油容器外螺纹(13)的长度l2满足0.06L1<l2<0.3L1；所述进油阀(11)为圆柱体，进油阀(11)的直径d1满足0.005m<d1<0.05m，进油阀(11)的长度L2满足0.1L1<L2<0.3L1；进油阀(11)距离液压油容器(1)与连接件(4)连接端口的距离l3满足0.2L1<l3<0.8L1。
3.如权利要求1所述的基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述液压油(2)要求防锈、抗氧化，在高温高压条件下不易氧化变质。
4.如权利要求1所述的基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述连接件(4)采用的高强度合金的屈服强度σ3和密度ρ3分别满足σ3>210MPa、ρ3>2.1g/cm3；连接件(4)的外直径D4满足D4＝D2；连接件(4)的长度L4满足2l2<L4<4l2；所述单向油压阀(41)的直径D5满足0.1D4<D5<0.5D4，单向油压阀(41)的长度L5满足L5＝L4。
5.如权利要求1所述的基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述收油容器(5)采用的高强度合金材料的屈服强度σ4和密度ρ4分别满足σ4>210MPa、ρ4>2.1g/cm3；收油容器(5)的侧壁和底端的厚度均为t2，t2满足t2＝t1；收油容器(5)的长度L6满足L6＝L1；收油容器内螺纹(51)的长度l4＝l1；所述抽真空及排油阀(52)的直径d2满足0.005m<d2<0.05m；抽真空及排油阀(52)的长度L7满足0.1L5<L7<0.3L5；抽真空及排油阀(52)与收油容器(5)中心轴OO'的距离l5满足0.1D6<l5<0.4D6。
6.如权利要求1所述的基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述驱动滑块(3)采用的高强度合金的屈服强度σ2和密度ρ2分别满足σ2>210MPa、ρ2>2.1g/cm3；驱动滑块(3)的长度L3满足0.05L1<L3<0.5L1。
7.如权利要求1所述的基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述固定盖板(6)采用的高强度合金的屈服强度σ5和密度ρ5分别满足σ5>210MPa、ρ5>2.1g/cm3；固定盖板(6)的外直径D8满足0.054m<D8<0.504m，固定盖板(6)的内直径D9＝D1；盖板内螺纹(61)的长度l6满足l6＝l2；固定盖板的长度L8＝t3+l6；盖板通孔(61)的直径D10满足0.5D3<D10<0.9D3。
8.如权利要求1所述的基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置，其特征在于所述密封圈(7)的厚度t4满足0.001m<t4<0.01m。
9.一种采用如权利要求1所述基于单向油压阀的冲击波能量无源测量装置对冲击波能量进行测量的方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，通过气体驱动撞击技术标定出单向油压阀冲击波能量测量装置的能量灵敏度系数k；标定实验中需要调整单向油压阀冲击波能量测量装置的位置使得弹道与驱动滑块(3)同轴；轻气炮***通过压缩气体膨胀做功加载弹丸，弹丸获得初速度后垂直撞击驱动滑块(3)；驱动滑块(3)获得动能后挤压液压油容器(1)中的液压油(2)，液压油(2)通过连接件(4)中的单向油压阀(41)进入收油容器(5)；弹丸的质量为m0，驱动滑块(3)的质量为m1，利用激光测速仪测量得到弹丸的初速度v0；在标定实验中弹丸与驱动滑块(3)之间的碰撞为弹性碰撞，并忽略弹丸与驱动滑块(3)的变形能；根据弹性碰撞公式计算出碰撞后驱动滑块(3)的速度v1＝2m0v0/(m0+m1)，驱动滑块(3)获得的动能为E1＝m1v1 2/2，测量得到收油容器(5)收集到的液压油(2)的体积为ΔV；根据能量E1与液压油(2)体积ΔV之间的对应关系式E1＝k·ΔV，从而得到能量灵敏度系数k的值；
第二步，通过进油阀(11)向液压油容器(1)中注入液压油(2)，通过抽真空及排油阀(52)将收油容器(5)抽真空，并将单向油压阀冲击波能量无源测量装置通过支架固定放置于***场中；
第三步，***在***点(8)***，产生的***空气冲击波作用到驱动滑块(3)表面，驱动滑块(3)获得动能后滑动并对液压油容器(1)中的液压油(2)进行挤压，连接件(4)中的单向油压阀(41)受到液压油(2)的压力作用后使得阀门开启，液压油(2)通过单向油压阀(41)进入收油容器(5)中；
第四步，***结束后，通过抽真空及排油阀51将收油容器(5)中的液压油(2)排出，并测量得到排出液压油(2)的体积为ΔV；
第五步，根据冲击波能量与液压油(2)体积的关系式E＝k·ΔV计算得到冲击波能量E。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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