[发明专利]深水爆炸气泡脉动特性试验装置及方法

权利要求书

1.深水爆炸气泡脉动特性试验装置，其特征在于，包括深水模拟舱(1)、静态压力传感器(4)、动态压力传感器(7)和空心玻璃球(9)，

深水模拟舱(1)为左右两端开口的方形高压容器，深水模拟舱(1)的左端口通过被测试件(11)及一号容器口压盖(10)密封，深水模拟舱(1)的右端口通过容器端口封堵(6)及二号容器口压盖(5)密封；

深水模拟舱(1)的顶板设置有充水加压口(2)和排气口(14)，深水模拟舱(1)的顶板设置有静态压力传感器(4)，深水模拟舱(1)的底板设置有多个动态压力传感器(7)；

深水模拟舱(1)的前后板对称设置光学观测窗口(8)；

支撑架(15)固定于深水模拟舱(1)的底板上，支撑架(15)用于支撑空心玻璃球(9)，使空心玻璃球(9)球心位于两个光学观测窗口(8)中心连线上；两个光学观测窗口(8)的舱外分别设置一个光源(13)和一个高速相机(12)，该高速相机(12)用于记录空心玻璃球(9)在水中爆炸模拟气泡脉动的过程；

深水模拟舱(1)左端舱外水平对称设置一对高速相机(12)，并配置一个光源(13)，该对高速相机(12)用于记录空心玻璃球(9)在水中爆炸后，被测试件在气泡脉动作用下的冲击响应。

2.根据权利要求1所述深水爆炸气泡脉动特性试验装置，其特征在于，空心玻璃球(9)为壁厚大于0.5mm的空心球体，该球体空心区域内充有常压空气。

3.根据权利要求2所述深水爆炸气泡脉动特性试验装置，其特征在于，还包括冲击破球器(3)，深水模拟舱(1)的顶板正对空心玻璃球(9)的位置设置有冲击破球器(3)，冲击破球器(3)在外部载荷作用下产生一个瞬态的冲击力F，用于击碎空心玻璃球(9)。

4.根据权利要求3所述深水爆炸气泡脉动特性试验装置，其特征在于，提供给冲击破球器(3)的外部载荷可采用电磁力或气缸气动力实现。

5.根据权利要求3所述深水爆炸气泡脉动特性试验装置，其特征在于，冲击破球器(3)包括柱状本体(3-1)，所述柱状本体(3-1)具有竖直方向的中心通孔，该中心通孔中安装有撞针(3-3)，撞针(3-3)与柱状本体(3-1)之间通过O型密封圈(3-2)密封。

6.根据权利要求1所述深水爆炸气泡脉动特性试验装置，其特征在于，支撑架(15)为磁吸架，吸附固定在深水模拟舱(1)的底板上，支撑架(15)顶端为弧形凹槽，该弧形凹槽用于支撑空心玻璃球(9)。

7.深水爆炸气泡脉动特性试验方法，该方法基于权利要求1或2权利要求所述装置实现，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、利用液体增压泵并通过充水加压口(2)向深水模拟舱(1)中充水，充水过程中排气口(14)打开，当舱内充满水后，关闭排气口(14)；

步骤二、利用液体增压泵给舱内水逐渐增压，模拟深水条件；当空心玻璃球(9)爆炸后停止加压；

步骤三、空心玻璃球(9)内爆产生气泡脉动后的数据记录步骤：

利用两个光学观测窗口(8)舱外设置的高速相机(12)记录空心玻璃球(9)在水中爆炸模拟气泡脉动的过程；

利用多个动态压力传感器(7)记录气泡脉动压力信号；利用静态压力传感器(4)记录液体增压泵给舱内水的加压过程；

利用深水模拟舱(1)左端舱外设置的一对高速相机(12)记录被测试件在气泡脉动作用下的冲击响应。

8.深水爆炸气泡脉动特性试验方法，该方法基于权利要求3至5任一权利要求所述装置实现，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、利用液体增压泵并通过充水加压口(2)向深水模拟舱(1)中充水，充水过程中排气口(14)打开，当舱内充满水后，关闭排气口(14)；

步骤二、利用液体增压泵给舱内水逐渐增压，模拟深水条件；当静态压力传感器(4)获取舱内水的静压力P达到P1时停止，P1P2，P2为令空心玻璃球(9)发生爆炸的压力阈值；

步骤三、由外部载荷产生一个瞬态的冲击力F触发冲击破球器(3)，冲击破球器(3)击碎空心玻璃球(9)，深水压力P1压缩球中常压气体产生气泡的脉动，实现水下爆炸气泡脉动模拟；

步骤四、数据记录步骤：

利用两个光学观测窗口(8)舱外设置的高速相机(12)记录空心玻璃球(9)在水中爆炸模拟气泡脉动的过程；

利用多个动态压力传感器(7)记录气泡脉动压力信号；利用静态压力传感器(4)记录液体增压泵给舱内水的加压过程；

利用深水模拟舱(1)左端舱外设置的一对高速相机(12)记录被测试件在气泡脉动作用下的冲击响应。