63558水面舰艇舱段模型水下爆炸试验方法 标准 CB Z 272-2004.pdf
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1、墓 中华人 民共和国船舶行业标准 F L 1 9 0 5 C B / Z 2 7 2 - 2 0 0 4 水面舰艇舱段模型水下爆炸试验方法 E x p e r i me n t a l me t h o d o f u n d e r o f u n d e r w a t e r e x p l o s i o n f o r c o m p a r t m e n t m o d e l o f s u r f a c e s h i p 2 0 0 4 一0 2 一1 6发布2 0 0 4 一0 6 一0 1 实施 国防科学技术工业委 员会发 布 C B / Z 2 7 2 - 2 0
2、0 4 曰一J 一 n il吕 本指导性技术文件的附录A 为规范性附录,附录B 为资料性附录。 本指导性技术文件由中国船舶重工集团公司 提出。 本指导性技术文件由中国船舶工业综合技术经济研究院归口。 本指导性技术文件起草单位:中国 船舶重丁 _ 集团公司第七0 二研究所。 本指导性技术文件主要起草人:李玉节、刘建湖、潘建强、赵本立、李国华。 C B / Z 2 7 2 - 2 0 0 4 水面舰艇舱段模型水下爆炸试验方法 1 范围 本指导性技术文件规定了 水面舰艇舱段模型水下非接触爆炸试验 ( 以 下简称舱段模型试验) 的试验 要求、方法和测量结果的处理。 本指导性技术文件适用于水面舰艇舱段模
3、型水下非 接触爆炸时的 冲击环境、 安全半径及结构和设备 的动响应测量。 2 规范性引用文件 下 列文件中的条款通过本指导性技术文件的引用而成为本指导性技术文件的条款。 凡是注日 期的引 用文件, 其随后所有的 修改单 ( 不包含勘误的内 容)或修订版均不适用于本指导性技术文件, 然而, 鼓 励根据本指导性技术文件达成协议的各方研究是否可使用这些文件的 最新版本。 凡是不注日 期的引用文 件,其最新版本适用于本指导性技术文件。 G J B 1 5 0 . 1 8 军用设备环境试验方法 冲击试验 J J G 6 2 3 - 1 9 8 9 电阻应变仪试行检定规程 C B / Z 2 6 0 -
4、1 9 9 6 舰船抗水下爆炸压力测量方法 3 符号 表1 所列符号适用于本指导性技术文件。 编号符 号I名称单 位 1A 力 。 速 度m / s 2D 位 移二 3 一E一 冲 击 波 的 能 流 密 度 一频 率 一e 重 力 加 速 度二 / s 6 1一冲 击 波 的 压 力 冲 量 M P a .s 7 1 ,模型的几何尺度 几 8 I 1原 型 的 几 何 尺 度一 9刃 质 量一I k g 一P一冲 击 波 压 力 峰 值 M Pa 1 1 R一 M 点 距 炸 药 包 的 中 心 距 离 劝 一R舱 段 模 型 的 安 全 半 径一 1 3艺时间s 1 4T 水 下 爆 炸
5、气 泡 脉 动 周 期 S 1 5U 电 压 一速 度m / s 1 7w 炸药包的T N T当量k g 1 8e 应 变一 1 9B 冲击波时间衰减常数 s 2 0 A r原型与模型的几何缩尺比 一。I应 力114 P a O B / Z 2 7 2 - 2 0 0 4 4 . 1 4 . 2 一般要求 主要测t参数 舱段模型水下爆炸试验时的 主要测量参数为: 自由 场、模型表面迎爆面或指定位置的 冲击波压力和二次脉动压力; 一 一舱段模型结构、管道和设备基座等处或 指定位置的应变量; 舱段模型结构、设备安装基础、设各和部件的冲击响应加速度: 舱段模型结构和设备安装基础的冲击响 应速度; 设
6、备安装架、隔振器和设备之间的相对位移: 一 舱 段 模 型 内 典 型 位 置 和 设 备 安 装 基 4 的 冲 击 谱 。 , 才 ,州 h: M i l 握 县 3 三至 右 舱段模型试验参数测量系统包括: 传感器、 信号传输电缆、 前置放大器、 数据记录器、 数据采集器、 数据分析处理系统和水下爆炸试验时序控制装置。 4 . 3 试验水域 舱段模型试验需在专 用的水下爆炸试验场或在比 较开阔的 水域中 进行, 水底和侧壁反射的冲击波不 应叠加在入射冲击波上, 水下爆炸气泡离水底和水面的 距离应大于一个气泡半径。 该试验水域内的水流 动速度对炸药包布放距离的改变,应以不影响试验结果为原则
7、。 4 . 4 相似性 4 - 4 . , 模型相似性 舱段模型的结构尺寸与原型 ( 实船)的结构尺寸按公式 ( 1 )缩比: 儿 = 几 / 1 . , . . . . . ( 1 ) 几何缩尺比宜取1 -1 0 ,难以制造的细部结构,如肋骨剖面等的儿何形状可以改变,但它的刚度应 符合模拟条件。 舱段内的设备宜用质量块模拟, 其质量以 及与 安装座组成的系统固有频率应与实船成比 例 .- 舱段模型的材质宜取与实船相同的材质。 此时模型舱段与实船舱段间满足公式 ( 2 ) 公式 ( 9 ) 的 相似律 :- m m = m , / 刃 一 , ( 2 ) O m = 0 V ” ” “ “ “
8、 “ ” 二 ” 二 一 ( 3 ) 一 气 , ” , , 二 二 “ -. , , ( 4 ) 1 . = l c / 再 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 5 ) f = 几 A / 。 ( 6 ) D m = D v / 儿 . . . . . . . . . . . . . . . . , ( 7 ) Y m = Y D - 、 , , , ( 8 ) A m = A , / L/ 。 一 , 一 ( 9 ) 上
9、述公式中, 带下 标m 的表示模型,带下标P 的表示原型。 当由于缩尺比等原因, 模型材料无法取与原型相同 材料时, 在相似关系中应考虑弹性模量和质量密 度的 影响。 4 . 4 . 2 水下爆炸的 炸药包质量和距离相似性 舱段模型试验使用的水下炸药包通常采用T N T 球形铸装炸药包或水中兵器用或专门 制造的炸药包。 试验时选取的炸药包药量和炸药包距模型的 距离应根据实船的要求按公式( 1 0 ) 、 公式( 1 1 ) 确定, 炸药包水一 爆炸作用在模型和实船上的特征参数分别满足公丸 ( 1 2 ) 一公式 ( 1 6 )的相似关系: 呱 = 叽 / 川 ( 1 0 ) C B / Z 2
10、 7 2 - 2 0 0 4 R m = R e / 丙 二 二 二 一 一 ( 1 1 ) 凡m = 瑞 二 二 二 二 二 “ ( 1 2 ) B m = 隽/ 禹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 3 ) E m = E , / 入 二 二 ( 1 4 ) I ,. = 1 r / 离 , , , , , ( 1 5 ) 几= 几/ 入 , ( 1 6 ) 上述公式中,带下标m 的 表示模型,带下标P 的 表示原型。 4 .
11、5 试验工况 4 . 5 . 1 舱段模型试验时的 炸药量、 炸药包与模型的相对位置和爆炸次数应根据试验目的、 模型缩尺比、 战术指标及周围 环境的安全并参照G J B 1 5 0 . 1 8 的规定确定。 4 . 5 . 2 对于研究冲击环境为主要目的的试验,炸药包应置于模型的斜下方,每个距离上爆炸两次, 共 五 个 距 离。 离 模 型 最 近的 炸 药 包与 模 型 的 连线 应 与 水 平面 成4 5 。 角, 此距 离 等 于 安 全半 径R , 。 保 持 炸 药包深度不变,由远到近的五个距离分别为安全半径R , 的2 . 5 . 1 . 9 , 1 . 5 , 1 . 2 和 1
12、 . 0 倍。试验时爆炸 应由 远 到 近。 也 可根 据 要 求的 冲 击速 度 值, 用 试 验方 法 找出 炸药 包的 距 离, 但此 距 离 不 得小 于凡。 4 . 5 . 3 对于研究安全半径为主要目的的试验, 炸药包的距离应分别为安全半径R : 的 1 . 5 , 1 . 2和 1 . 0 倍,方位与研究冲击环境的试验相同。若尚未找出安全半径则继续缩小爆炸距离。每个位置爆炸一次, 防止累积效应。 4 . 6 试验记录 4 . 6 . 1 试验要素、测量系统仪器状态、 测试数据应记录在试验记录表格中。 4 . 6 . 2 可采用高速摄影、高速录像或相机拍摄记录舱段模型试验的运动过程
13、和试验状态。 4 . 7 水下爆炸时序控制 宜采用水下爆炸时序仪控制炸药包的爆炸和对测量系统实施自 动操作。 舱段模型水下爆炸试验的时 序可按表2 , 表2 舱段模型试验的时序 时序12345678 RV- 1s 一1 0- 8- 6- 5-1- 0 203 - - 3 0 动作 启动控制 器 启动磁带 记录器 启动摄像 机 应变仪自 动平衡 启动高速 摄影机 波形记录 仪复位 起爆炸药 包 停止各种 记 录 注:负值表示提前量 压力测量 测量系 统的技术条件 1 水下爆炸压力测量系统包括压力传感器、信号 传输电缆、前置放大器和记录器。 2 压力传感器应具有水密性和抗冲击性能,绝缘电 阻应不小
14、于 1 x1 0 0 5 1 , 波形上升时间 与被测信 515151 号的时间衰减常数之比应不大于 0 . 0 3 ,在量程范围内的幅值线性度应小于 5 % ,量程范围为 1 M P a - 1 0 0 M P ao 5 . 1 . 3 信号传输电 缆应采用低噪声同 轴射频电缆。 5 . 1 . 4 放大器应选用电 压型放大器,输入阻抗应大于 1 x 1 0 2 5 1 ,上限频率不低于 1 M H z , 与传感器连 为一体的放大器应具有抗强冲击的能力。 5 . 1 . 5 记录器宜选用高速信号采集仪,采样频率应不低于 I O M H z , A / D 变换器位数不小于 1 O b i
15、t ,有提 前触发功能。 5 . 2 压力传感器安装 C B / Z 2 7 2 -2 0 0 4 5 . 2 . 1 在自由 场中测量压力时,有方向性要求的传感器其敏感面的法线方向应垂直冲击波运动方向。 5 . 2 . 2 测量模型表面的 冲击波压力时, 传感器的敏感面应与结构物表面齐平或靠近结构物表面。 5 . 3 测t系 统的校验和检查 5 . 3 . 1 放大器和记录器除按常规进行年检外,压力测量系统应按C B / Z 2 6 0 - 1 9 9 6中附录A 规定的方法 进行系统校验。 5 . 3 . 2 对己 校验过的压力测量系统,在正式试验前, 应检查灵敏度有无明显变化。根据被测压
16、力的大 小 选择炸药包药量和爆炸距离作压力测量, 实测值与理论值比较, 相对误差小于 1 0 % 时可以 使用,否则 应重新校验。 5 卜 33 每次试验前应检查传感器的绝缘电 阻。 连续试验过程中,应根据实测波形判断测量系统工作是 否 正常,自 由场中的冲击波压力时间曲线应为按指数规律衰减的波形,如波形出现畸变, 应停止试验, 检查原因。 54 测量方法 5 . 4 . 1 按5 . 2 要求固定传感器,并与放大器、 记录器和信号 传输电 缆组 成系统后,经确认符合要求, 可进行水下爆炸压力测量。 5 . 4 . 2 记录器量程应由信号最大电 压确定。对于T N T 球形铸装炸药包,信号电
17、压按公式 ( 1 7 )估算: U m = 5 2 . 3 x ( W “ / R ) “ x K . ” ( 1 7 ) 式中: U m 压力信号电 压估算值,单位为毫伏 ( m V ): K o 压力 测 量 系统 灵 敏 度的 数 值, 单 位为 毫 伏 每兆 帕 ( m V / M P a ) 。 其他类型装药, 按有关公式估算电 压值。 测量模型表面压力时, 信号电压按公式 ( 1 7 ) 的估算值应 再放大一倍。 5 . 4 . 3 记录冲击波压力的采样步长通常用 1 u s , 研究压力波上升沿时用 0 . 1 u s采样,总有效记录 长度应不小于 1 0 倍冲击波时间衰减常数,
18、 触发提前量为 1 0 % 。若需记录两次压力 波,则有效记录长度 应不小于1 . 2 倍气泡脉动周期,触发提前量为5 % 0 5 . 5 测量结果的处理 5 . 5 . 1 压力峰值和时间衰减常数 5 . 5 . 1 . 1 对测量的 压力时间曲 线,宜按C B / Z 2 6 0 - 1 9 % 中5 . 4 . 1 . 1 的公式作零线修正,也可按本指导 性技术文件附录A 作零线修正。 5 . 5 . 1 . 2 从作 过 零线 修 正的 压 力 时间 曲 线 上读 取 最大 电 压 值U m , 压 力 峰值P按 公 式 ( 1 8 ) 计 算: P = U . I K o 5 . 5
19、 . 1 . 3 压力冲量 I 按公式 ( 1 9 )、公式 ( 2 0 )计算: ( 1 8 ) , 一 ! e 尸 ( ,) * (1 9) B = 8 4 x 1 VW “ (W U I R )-o “ 冲击波衰减时间常数B m 用实测波形按公式 ( 2 1 )计算: ( 2 0) B m = I / P“ 二 二 二 一 二 二 二 ” 4 二 二( 2 1 ) 式中: B m 实 测 冲 击波 衰 减时 间 常 数, 单 位为 秒 s ) 。 用计算机绘制压力时间曲 线,图上应标明 压力峰值、 时间衰减常数、 试验日 期、 试验序号、 测点 编 号、炸药T N T 当量和测点距离等试
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