一种用于离心机水下爆炸模型试验的起爆装置的制作方法

本发明涉及用于离心机水下爆炸模型试验的起爆装置，属于离心模型试验的应用领域。

背景技术：
战时大型水坝一旦受到爆炸破坏，以及进而导致多个水利工程发生连溃，将造成巨大的人员伤亡和经济损失。因此，研究大坝工程的抗爆安全问题对最大限度降低损失，以及进行大坝建设的安全性评估具有十分重要理论指导意义。由于经费和场地受限，难以通过原型爆炸试验研究得到爆炸荷载作用下大型坝体毁伤的机理；传统结构模型实验也难以真实揭示爆炸原型的力学行为和破坏过程。土工离心机通过高速旋转增加模型重力，使模型介质体产生与原型相近的自重力，模型的变形及破坏机制与原型相似，从而可模拟复杂的岩土工程及动力学问题。离心机爆炸模型试验的关键环节之一在于可靠起爆微型爆炸源。由于离心机离心力加载的能量放大效应，试验用微型爆炸源需符合严格的结构和尺寸标准，此外，起爆装置的结构设计和材料选择还需克服离心机高速旋转时在起爆装置材料中形成的离心拉应力，同时还应适应水中试验的特殊环境条件。目前，国内外关于离心机水下爆炸试验微型装药的起爆装置研究尚未见诸报道，通过查阅相关资料，可用于离心机爆炸试验的装药起爆方法主要有无起爆药雷管技术、微型导爆管雷管起爆技术、DDNP起爆药起爆技术和细径导爆索起爆技术，但前三者装药量误差较大，难以准确控制或难以适应离心机水下爆炸的特殊试验环境，而常规细径导爆索起爆技术由于缺乏合适的连接装置，同时导爆索包覆材料难以克服离心机高速旋转的加载力，其使用效果也难以保证。

技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于离心机水下爆炸模型试验的起爆装置，可准确可靠的起爆微型装药，而且对离心机水下爆炸模型系统的破坏作用很小，结构设计巧妙。技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种用于离心机水下爆炸模型试验的起爆装置，包括连接件、微型电雷管和细径导爆索，所述微型电雷管和导爆索端部部分位于连接件内，细径导爆索与微型电雷管连接，所述连接件包含壳体，泡沫铝柱体和橡胶垫圈，泡沫铝柱体内部形成一端封闭的空腔体，用以放置微型电雷管和细径导爆索端部部分，微型电雷管和细径导爆索端部与空腔体腔壁之间均设有橡胶垫圈，以增大安放电雷管和导爆索时的摩擦力，通过增减橡胶垫圈数量可适应不同尺寸规格的微型电雷管和细径导爆索安装要求。作为优选，所述连接件由两个半圆柱体拼接而成，通过壳体壁面的螺栓禁锢构成完整柱体，使微型电雷管与细径导爆索端部紧密接合，能够克服离心机高速旋转的特殊力学环境，壳体内部柱体采用的泡沫铝材料制成，具有易加工，易安装的特点，并有较好的消声减振作用，可衰减微型雷管起爆后破片飞溅对离心机爆炸模型系统造成的破坏作用。作为优选，所述细径导爆索包含芯药和包裹芯药的包覆层，所述芯药包含黑索金和添加剂，所述包覆层包含银质壳体和外覆的聚四氟乙烯。采用银质外壳可增大对芯药的约束力，有效减小细径导爆索的极限直径，以更好适应离心机水下爆炸试验对细径导爆索的药量要求，同时，银质壳体相比于常规的金属壳体如铅、铝等，其抗拉强度和硬度等力学性能具有明显优势，能够在离心机高速旋转加载下保持其正常使用，外敷的聚四氟乙烯材料具有耐化学腐蚀，密封性能好的特点，可适应水介质或其它特殊介质的试验条件。作为优选，所述黑索金的质量为芯药总质量的92～96％。作为优选，所述壳体外均匀缠绕两层碳纤维。在壳体的外侧均匀缠绕两层碳纤维。以防壳体炸坏后，出现壳体破片飞溅。有益效果：本发明的用于离心机水下爆炸模型试验的起爆装置，能可靠起爆离心机爆炸模型，能够适应离心机高速旋转的特殊力学环境和各类试验介质条件，操作安全可靠。起爆装置连接件由两个对称圆柱体拼接而成，并通过螺栓紧锢，使微型电雷管和细径导爆索紧密连接，连接件内部空腔体壁面与微型电雷管及细径导爆索之间贴敷有橡胶垫圈，能增大电雷管与导爆索安装所需的摩擦力，防止二者因离心加载力脱落；细径导爆索采用银质壳体，具有明显优于常规导爆索的抗拉和硬度等力学特性，能够克服由加载离心力产生的巨大拉应力。附图说明图1为本发明的结构示意图；图2为图1中连接件的截面示意图；图3为细径导爆索的示意图。具体实施方式如图1至图3所示，本发明的用于离心机水下爆炸模型试验的起爆装置，由连接件1、微型电雷管2、细径导爆索3三部分组成。连接件为一次性使用的圆柱体，包含铝质壳体5、泡沫铝柱体9和橡胶垫圈6三部分。壳体5内壁与泡沫铝柱体9紧密贴敷，其形成的柱状整体由由两个对称半圆柱体拼接而成，两体采用螺栓7在外壁紧锢结合。柱体上端封闭，有两个通孔用以放置电雷管脚线。柱体组合后，可形成与微型电雷管和细径导爆索外径相匹配的空腔体8，其整体高8cm、直径5cm，空腔体包含容纳微型电雷管的上腔体和容纳细径导爆索端部的下腔体；上部空腔体高5cm、直径3.5cm、下部空腔体高2cm、直径1.5cm；泡沫铝材料柱体用以衰减微型电雷管起爆产生的冲击作用，并防止其破片飞溅对离心机水下爆炸模型试验系统形成的破坏。空腔体8上腔体和下腔体内壁各设置一个厚度为5mm的橡胶垫圈6，用以增大微型电雷管和细径导爆索与连接件间的摩擦力，并利用螺栓禁锢力使三者紧密咬合。试验中，可具体根据选用的微型电雷管及设计的细径导爆索尺寸增加垫圈个数，以适应连接件内部尺寸的变化细径导爆索3由芯药11和包覆材料两部分组成，芯药11由纯黑索金及添加剂制成，包覆材料为银质壳体12及外覆聚四氟乙烯13双层结构。细径导爆索3用于引爆微型爆炸源4。细径导爆索设计及制作应满足侧向约束强、装药密度高且均匀、线装药量密度和爆炸输出能力足够，以及爆速稳定和防水性好、制作工艺简洁等要求。细径导爆索的目标爆速与径向尺寸关系按以下定常非理想爆轰的流管理论公式计算：目标爆压与细径导爆索径向尺寸的关系按以下小尺寸非理想装药爆轰波传播修正公式计算：其中DJ为理想爆轰波(CJ)波速(m/s)，D为实际爆轰波波速(m/s)，l为反应层(mm)，r0为装药半径(mm)，d0为装药直径(mm)，β为反应区内爆轰产物膨胀角(°)，tanβ为约束强度的倒数，Wc，We分别为壳体和装药质量(g)，P为导爆索爆压(GPa)，K为简化定义计算式。细径导爆索3制作：a.称量及装药：将银质套管一端用棉纱封闭，一端开口，由开口端向下装入定量称取的炸药和添加剂；装药过程中间歇挤压套管，保持上下均匀，当混合装药溢出套管口部时，均匀挤压套管，而后封闭套管口端；b.轧制：将装好炸药的银质套管放入等直径轧机轧辊轮缘沟槽中，根据每对轧辊间的沟槽数n，一次投入1～n根进行轧制。制作时的工作环境温度为25～40℃，轧制速率35～50m/min，坯料管的直径由大变小的减小率控制在50％以内；c.质量检查：目测套管直径是否均匀，有无外观损伤裂纹；实际线药量密度通过精密仪器量测和称重，以及相应计算得到。实际线药量密度与设计线药量密度的误差≤3％内为合格；d.外敷聚四氟乙烯防水层：在细径导爆索质量检查无误后，在其外层紧密缠绕一层厚度为0.3mm的聚四氟乙烯防水层，用502胶粘合并静置4～5分钟。按照上述设计的细径导爆管具体结构的技术指标如下：a.装药的炸药组分配比：92～96％黑索金，4～8％添加剂；b.装药线密度(TNT当量)：40mg/m≤ρ1≤50mg/m；c.银制壳体线密度5mg/m≤ρ2≤10mg/m；d.结构尺寸参数：外径d≤4mm；单根完整长度l≥1m；e.炸药爆炸性能：爆速D≥6500m/s，爆压P≥14GPa；f.做功能力W≥550cm3；g.材料力学性能：抗拉强度≥500N；h.材料防水性能：两端封闭，在0.5深的水中浸入24小时后不失去爆炸性能。选用的微型电雷管2的技术指标如下：a.装药种类：RDX或PETN；b.尺寸参数：2mm≤管壳外径d1≤4mm，1cm≤内径d2≤3mm，1cm≤管壳长度l≤5cm；c.装药总量m(TNT当量)≤10mg；d.安全电流：0.18A(直流电)；e.单发发火电流≤0.45A。该爆炸离心模型试验起爆方法主要针对离心机水中爆炸模型试验，试验系统所依托的离心机平台是中国水利水电科学研究院的LXJ-4-450型土工离心模型试验机，其技术参数为：最大转动半径5.03m，最大加速度300g，有效负载l.5t，有效荷载容量450g-t，试验吊篮尺寸L×W×H＝1.5m×1.0m×1.5m；试验采用的爆炸源为1g的微型小药球，其技术参数为：装药组分8701炸药/太安＝90/10，装药密度1.6g/cm3，装药半径5.33mm，爆速8750m/s，爆压为33.8GPa。组装起爆装置后，连接微型小药球，当离心机离心力达到目标值(60g)，起爆装置成功起爆小药球，试验过程中，模型箱整体结构安全稳定，测试系统同步触发测得相关试验数据。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。