一种正压作用时间可调的爆炸波模拟装置技术领域
本发明涉及一种爆炸波模拟装置，尤其涉及一种正压作用时间可调的爆炸波模拟
装置。
背景技术
爆炸产生的冲击波是爆炸毁伤中最主要的手段，爆炸冲击波毁伤效应一直是防护
工程领域的主要课题，在不能进行原型核试验和大当量常规武器试验情况下，利用实验室
技术实现冲击波模拟是研究爆炸冲击波毁伤的主要手段。
对于冲击波荷载的模拟主要有野外炸药爆炸及爆炸波模拟试验设备两种方法提
供。而野外爆炸主要存在以下问题：1)对场地要求较高，审批程序复杂；2)试验结果属于综
合效应，是冲击波效应还是爆炸的其他效应难以区分；3)现场测量、记录较为困难。
爆炸波模拟装置成为有效且广泛应用的爆炸冲击波试验工具，其驱动方式主要有
炸药驱动和高压气体驱动从而产生模拟的爆炸冲击波。采用炸药驱动的爆炸波模拟装置的
基本构造与采用高压气体驱动的爆炸波模拟装置基本相同，其不同之处主要表现在驱动形
式上。
传统的以压缩空气作为驱动能源的冲击波模拟装置，采用释放高压气体到试验
段，形成模拟爆炸环境产生的以平面激波的形式冲击试验目标，其冲击波正压作用时间是
通过调节进入试验段的气体容量进行调节的。
其中，释放高压气体的方式有两种：一种是爆破膜片的方式，通过炸药或利用气体
压差，此种方式是将高压气体全部释放从而形成冲击波，由于主气室的容积、压力已定，实
验时无法调节进入试验段的气体容量，模拟的冲击波正压(正向)作用时间会很长，且不可
调；另一种方式是采用快速活门阀，通过阀门的快速开启与关闭控制高压气体的气流量，理
论上可控制冲击波正压作用时间，但由于阀门响应时间不可能很短，就目前能查到的最快
速响应阀门的开闭响应时间也在几十毫秒，且价格十分昂贵，对于需要较短正压作用时间
(开、闭时间毫米级)的冲击波试验，仍不能满足要求。因此，现有冲击波模拟装置，由于受到
实现方式或设备能力的限制，其冲击波正压作用时间不可调或调节范围有限。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种压作用时间可调的爆炸波模
拟装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种正压作用时间可调的爆炸波模拟装置，包括主气室、辅气室、活塞杆和爆炸波
排管，所述辅气室、所述主气室和所述爆炸波排管依次连接，所述活塞杆一端位于所述辅气
室内并设置有活塞，所述活塞杆的另一端穿入所述主气室内并设置有密封锥，所述密封锥
的前端设置有破膜锥，所述主气室设置有通向所述爆炸波排管内的锥孔，所述密封锥与所
述锥孔的锥度结构相同，所述锥孔的大径口朝向所述密封锥，所述锥孔内设置有膜片，所述
破膜锥正对所述膜片。
优选地，所述辅气室与所述主气室之间、所述主气室与所述爆炸波排管之间均通
过法兰结构固定。
优选地，所述活塞杆、所述密封锥和所述破膜锥位于同一中轴线上。
优选地，所述爆炸波排管包括扩张段和试验段，所述扩张段为锥形管结构，所述扩
张段的大径口与所述试验段焊接，所述扩张段的小径口通过直管与所述主气室的锥孔对
接。
本发明的有益效果在于：
本专利采用活塞式释放机构实现高压气体的释放，从而产生爆炸模拟冲击波，结
构简单；冲击波形形成过程中，通过活塞杆的破膜锥和密封锥控制进入炮管的气流量，根据
试验需要，可以模拟出不同的爆炸冲击波形；活塞杆、密封锥和破膜锥同向一起运动，可快
速开启、关闭高压气体，更近似模拟实际爆炸产生的冲击波，有效控制模拟冲击波的正压作
用时间；通过调节活塞杆的运动速度或破膜锥的长度，可控制高压气体的开启、关闭时间
(可达到毫秒级)，以实现冲击波正压作用时间的控制。
附图说明
图1是本发明所述爆炸波模拟装置的结构示意图；
图中：1-辅气室，2-主气室，3-活塞杆，4-密封锥，5-破膜锥，6-锥孔，7-膜片，8-爆
炸波排管，9-扩张段，10-试验段，11-活塞。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明包括主气室2、辅气室1、活塞杆3和爆炸波排管8，辅气室1、主气
室2和爆炸波排管8依次连接，活塞杆3一端位于辅气室1内并设置有活塞11，活塞杆3的另一
端穿入主气室2内并设置有密封锥4，密封锥4的前端设置有破膜锥5，主气室2设置有通向爆
炸波排管8内的锥孔6，密封锥4与锥孔6的锥度结构相同，锥孔6的大径口朝向密封锥4，锥孔
6内设置有膜片7，破膜锥5正对膜片7。
其中主气室2作为驱动器，充入高压空气作为驱动能源；辅气室1充入一定压力的
高压气体，用于驱动活塞杆3的左右运动；活塞杆3位于主、辅气室1内，可以在气室内左右运
动，通过破膜锥5、密封锥4实现高压气体的释放、关闭，从而实现冲击波的模拟；扩张段9及
试验段10用于冲击波的形成及试验。
为了便于拆卸，辅气室1与主气室2之间、主气室2与爆炸波排管8之间均通过法兰
结构固定。
活塞杆3、密封锥4和破膜锥5位于同一中轴线上。
爆炸波排管8包括扩张段9和试验段10，扩张段9为锥形管结构，扩张段9的大径口
与试验段10焊接，扩张段9的小径口通过直管与主气室2的锥孔6对接。
本发明的工作原理如下：
本爆炸波模拟装置基于激波管理论，以压缩空气作为驱动能源，采用空气炮原理
设计，通过瞬间释放出来的高压气体，形成水平方向传播的冲击波，沿着扩张段9前进到达
试验段10，在试验段10内形成较为均匀的冲击波面载荷，加载到试件后实现对爆炸冲击波
的模拟。
试验前，向主气室2和辅气室1通入高压气体，直至气压达到预设的气压值为止。试
验时，图中活塞11的右侧辅气室1空间快速排气，活塞11左右两侧的辅气室1腔体中形成压
差，在压差的作用下，活塞杆3向右侧(前)快速移动，首先活塞杆3最前端的破膜锥5与膜片7
发生碰撞，膜片7受冲击力的作用破裂，主气室2内的高压气体通过锥孔6瞬间释放出去，经
扩张段9到达试验段10形成冲击波，从而实现试验的过程。当活塞杆3继续向右移动时，活塞
杆3上密封锥4将主气室2的出气锥孔6堵死，阻止高压气流继续向扩张段9释放，以实现冲击
波正压作用时间的控制。
冲击波冲压峰值的控制是可通过在主气室2内充入不同的压力实现的，而冲击波
正压作用时间是通过控制高压气流量实现，即膜片7破裂到锥孔6封堵的时间，可通过两种
方式可实现：1)通过设计不同长度的破膜锥5；2)破膜锥5长度不变的情况下，可以通过调节
活塞杆3的运动速度，即高压气体释放过程中调节活塞11两侧的辅气室1腔体的压差；通过
在主气室2内充入不同的压力，可以实现模拟装置不同冲压峰值的控制。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和
原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。