屏障 |
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| 申请号 | CN200780046882.3 | 申请日 | 2007-12-17 | 公开(公告)号 | CN101583770B | 公开(公告)日 | 2011-08-24 |
| 申请人 | 英国国防部; | 发明人 | 伊恩·巴恩斯; 布林·托马斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及被动屏障(10)，该被动屏障用于在隔开距离减小的情况下减轻爆炸波并使入射物质减速以降低殉爆的 风 险。该屏障构造成重定向入射爆炸波的 力 并且减小任何入射物质的动量，其中该屏障由减震 泡沫 材料构成。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种被动屏障，该被动屏障用于在隔开距离减小的情况下减轻爆炸波并使入射物质减速以降低殉爆的风险，其构造成重定向入射爆炸波的力并且减小任何入射物质的动量，其中该屏障由减震泡沫材料构成。 |
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| 说明书全文 | 屏障技术领域[0001] 本发明涉及屏障，并且更具体地说，涉及适于减轻爆炸效果的屏障。 背景技术[0002] 已知的是，如果将爆炸装置引爆，则可能因生成的爆炸波的效应和/或因已爆炸装置的碎片的冲击而将附近另一爆炸装置引爆。在存在许多彼此靠近的爆炸物或爆炸装置的情况下，重要的是保护尽可能多的物品不受被附近爆炸引爆的风险。 [0003] 当爆炸装置被引爆时，存在三种可以使另一装置引爆的称为殉爆(Sympathetic Explosion)的原理机制。第一，因第一装置的爆炸而造成的爆炸波可以利用足够的力冲击附近装置而引爆它或至少破坏它。然而，该爆炸波快速减弱，使得装置被引爆的风险随着距离而快速下降。第二，已爆炸装置的碎片和附近的任何物品都可以变为从该装置向外发射的抛射体。这些称为入射物质(incident material)的碎片可以利用足够能量冲击一装置以引爆该装置。该入射物质还可以对装置造成破坏，这会使装置变得不稳定且易于引爆。第三，爆炸波可以提升和/或运送其路径中的物体，因而这些物体自身变为可以破坏或引爆其它装置的抛射体。 [0004] 爆炸装置可以是从简单焰火到包含爆炸物质的高技术军用导弹或炸弹的任何物体。这种爆炸装置的引爆是因通过包含在装置内的爆炸物质传播的冲击波而造成的。爆炸力沿与爆炸物的通常被成形为遵循该装置内轮廓的表面垂直的方向释放。 [0006] 来自1000磅(454.55kg)炸弹的碎片预期在不被减弱的情况(即，在未使用屏障的爆炸)下侧向(side on)行进至1.3km的半径，并且一端向前地(end on)(相对于基板)行进至1.65km的半径。可以预想到，希望防止碎片行进该距离。 [0007] 之前用于减弱这种1000磅(454.55kg)炸弹的试验已经表明，第二个这种爆炸装置(下面称为受体(acceptor)炸弹)可能因来自下面称为供体(donor)炸弹的被引爆爆炸装置的贯穿高速碎片、来自入射物质的贯穿高速碎片或者来自随后被驱动的减弱屏障的冲击而启动。因而，必须将入射物质减慢至它们在接触爆炸装置时不引爆爆炸装置的速度。对当前碎片攻击文献的回顾显示将大约600m/s(7.4kJ能量)的碎片撞击速度作为阈值，低于该阈值对于任何供体炸弹都预期不会发生殉爆。对于利用环绕爆炸物的1mm厚度铝屏的实验来说，该阈值显现出上升至800m/s(13kJ)。因而，对于所有随后的研究来说，本发明人已经将大约600m/s-800m/s用作屏障必须延缓入射物质的速度的目标。 [0008] 已知的是，在存储爆炸物或存在发生爆炸的可能性的情况下使用屏障。这种屏障可以是反应式的，例如反应式装甲，或者是不具有主动部件的被动式。在过去已经采用了混凝土来制成被动屏障，以经受爆炸(如炸弹引爆)的破坏力。然而，由混凝土制成的屏障构造费时而且一旦构成即为永久性的。例如在发生冲突的情况下，需要四处运输诸如导弹的爆炸装置，从而已经建造的混凝土屏障变得无用而需要在别处建造其它屏障。很明显，这一做法需要很多时间和材料。该问题的一个解决手段是采用充水屏障。在现有技术中已知用水来减弱冲击。充水屏障可包括一个或多个放在爆炸装置与待保护物品之间的填充有水的容器。因为屏障可在使用后移除，所以充水屏障克服了前述问题。然而，这种屏障需要建在水源充足的地方。在水源不足的区域就需要运输水来填充容器。这些屏障通常体积较大，从而带来运输问题并且增加了它们的使用成本。而且，将容器充水和倒空的动作会很费时。一旦水屏障处于适当位置，其就通过用作屏蔽物而防止冲击波和颗粒引爆附近的爆炸物。 然而，生成的爆炸波和冲击波能移动该屏障，并使其冲击待保护的物品，从而可能导致对物品造成物理破坏而使其引爆或者变得易于引爆。 [0009] 推荐使供体炸弹与任何屏障之间具有至少1m的最小隔开距离，以确保武器碎片在屏障因爆炸冲击而破坏之前撞击该屏障。这是针对专利申请no.PCT/GB2006/004722中公开的复合屏障的情况。该申请中的屏障和当前屏障为同一发明人所发明。它包括能够在其有效期间无害地分解的便携式屏障。该屏障适用于隔开大约1米或以上的情况，并且已经在试验中被证实可减轻各种军火的引爆效果。利用这种屏障，炸弹的碎片在该炸弹与屏障之间的距离大于或等于1米的情况下超过冲击波，由此，屏障在该冲击波破坏该屏障之前作用于碎片。然而，当屏障与爆炸之间的距离小于1米时，该屏障首先必须处理冲击波，这在一些情况下可能开始毁坏或破坏该屏障，由此致使待保护物品易受到爆炸波和任何入射物质的冲击。而且，在屏障与爆炸之间的距离小于1米的情况下，屏障本身可能对待保护物品存在冲击威胁。 [0010] 典型军用战斗机下的炸弹之间的距离小于1米，并且通常仅大约0.78m，由此，需要使用不同屏障来保护这些装置。 发明内容[0011] 本发明的一个目的是提供这样一种屏障，其简单、节省成本、快速且容易就地安置并移除，该屏障较小、相对较轻以及便携，并且其即使在爆炸波于入射物质之前或者与入射物质同时抵达的较小隔开距离的情况下也提供了足够的爆炸屏蔽，并且如果爆炸其本身也不会变为能够引爆爆炸装置的抛射体。 [0012] 因此，本发明提供了一种被动屏障，其用于在隔开距离减小的情况下减轻爆炸波并且使入射物质减速以降低殉爆的风险，其构造成重定向入射爆炸波的力并且减小任何入射物质的动量，其中该屏障由减震泡沫材料构成。 [0013] 根据本发明的屏障将碎裂(fragment)，这意味着当该屏障在爆炸力下移动时，其分解并且分裂成较小的块，这些块的重量不足以引爆附近装置，因为即使它们碰撞一装置，也不具有足够大的质量来造成破坏。该屏障可以被设计成在受体装置的灵敏性需要的情况下完全阻止入射物质。另外，该屏障不总是必须完全阻止抛射体，而是将抛射体的速度减慢至它们不再存在殉爆威胁而降低最可靠情况可能性的程度。 [0014] 根据本发明的屏障例如可以被用于其中爆炸装置之间的距离小于1米的飞机下。由于用于构造该屏障的优选材料的原因，该屏障能够快速分解，由此可以被用于该屏障与爆炸装置之间的距离小于1米的情况。 [0015] 有利的是，该屏障由聚氨酯泡沫构成。更有利的是，泡沫是刚性聚氨酯泡沫，甚至更加有利的是，从General Plastics生产的作为闭孔刚性聚氨酯泡沫的用于封装目的的Last-a- FR3700系列中选择。为屏障选定的泡沫的密度取决于其要防御的爆炸装药。 [0016] 屏障可以根据其希望用途而以任何尺寸形成。例如，有利的是，屏障的尺寸与待保护装置或待防御装置相比相同或更大，以确保能够保护这些装置/物品。而且，如果该屏障大于待保护物品，则屏障的准确放置可能不那么至关紧要。这在确保准确定位的时间很少的情况下(如在冲突情况下或刚刚才认识到威胁的情况下)当然有利。然而，该屏障可以小于爆炸装置，只要它保护住被评估为易损坏的区域即可。 [0017] 屏障的形状还取决于其预期用途。例如，在一优选用途中，该屏障被用于在典型的军用战斗机下保护一个炸弹不受另一炸弹影响，因为不知道这两个炸弹中的哪一个(如果有一个)可能引爆。在这种情况下，该屏障最接近炸弹的侧面被设置成重新定向入射爆炸波的力。在爆炸装置待放置成保护非爆炸装置或物体(如车辆或人)的情况下，仅需要将该屏障设置成在接近爆炸装置的侧面上重定向入射爆炸波的力。在这些实施方式中的任一个中，可以将该屏障设置成通过使接近待保护物品的侧面倾斜来重定向爆炸波的力。例如，如果需要将该屏障上方和下方的爆炸波以相同程度重定向，则形成与待保护装置的中心线对准的顶点。如果需要使爆炸波相对于爆炸装置上倾或下倾，则该屏障接近该装置的侧面从该屏障的顶部起分别向外或向内倾斜。该屏障远离爆炸装置的侧面可以具有任何形状，如平坦、弯曲或倾斜。这样成形屏障确保使爆炸波绕该屏障偏转，以减小其上的爆炸载荷，由此减小该屏障的质量在待保护物品处被驱动的速度，从而减小在隔开距离非常小的情况下受体军火被实质性破坏的可能性。 [0018] 有利的是，该屏障在与第一爆炸装置垂直的截面中为大致菱形形状。该屏障的形成菱形截面的外部可以是平坦、凹入、凸出或任何其它构造。最有利的是，将该屏障成形为使全部四个内角都大约为90°。菱形形状被认为将来自爆炸的爆炸波绕该屏障重定向。爆炸波的载荷从顶点沿该屏障偏转，使得该爆炸波的压力在比利用平坦表面的情况下更大的区域上分布。与利用具有平坦表面的屏障相比，在偏转同样大的爆炸力时，剩余的移动该屏障的力较小。而且尽管本发明人不希望通过理论来限制，但相信菱形形状使已爆炸装置的碎片按不同速度移动，由此碎片和屏障不按相同速度一起移动。 [0019] 该屏障将特别用于隔开距离减小的情况下，例如用于典型军用战斗机下。该屏障可以从飞机的中央吊架悬挂，以将它中央定位在两个炸弹之间。另选的是，该屏障可以被安装或支撑在框架、保持架中或轮子上，由此可以将它调整到适当位置。优选的是，该屏障被安装或支撑在能够快速且容易地调整到适当位置的框架中。该框架可以具有高度调节装置，以使其可以装配在空载或满载飞机下，使得屏障本身与爆炸装置或待保护物品对准。这可以通过承载该框架的弹簧或通过顶托(jacking)或其它这种高度调节装置来实现。该框架还可以包括用于将其保持在适当位置的制动或阻塞装置。该框架可以由任何合适材料制成，以用于多种环境条件下。该屏障还可以被用于保护不同飞机上的武器。此外，该屏障可以被放置在需要其的地方。 [0020] 在另一实施方式中，该屏障可以具有用于支撑该屏障并且保护其不受较小冲击破坏的外壳。还有利的是，该外壳为不透水的。该外壳可以封闭整个屏障或者可以局部地包围该屏障，以在一些程度上保护其不受使用环境和天气的影响。该外壳可以绕该屏障紧密装配，或者可以存在形成在该外壳与该屏障之间的气隙，如图4所示的方形构造所显见的那样。已经表明，即使在该屏障与外壳之间存在较小气隙，对该屏障的性能也不存在影响。用于该外壳的优选材料为聚乙烯，但可以使用任何合适材料。而且，有利的是，聚乙烯大约为10mm厚。该屏障外壳可以包括能支撑该屏障的加强装置。具有外壳的该屏障可以被安装或支撑在框架或保持架中，如前所述。 [0021] 尽管可以靠近爆炸物和爆炸装置(如炸弹和导弹)采用本发明，但本发明不限于这种用途。该屏障可以被放置在潜艇中的鱼雷之间、运送爆炸装置的固定车辆之间或者民用或军用爆炸物仓库中。该屏障还可以在用于运输和/贮存爆炸物的车辆中使用。该屏障还可以被用于包围一个或多个车辆以向它们提供增强的保护。该屏障还可以被用于封装爆炸物或爆炸装置以进行运输和贮存。这些用途完全是为了例示，而非对本发明的用途的范围进行限制。附图说明 [0022] 下面，参照附图对本发明进行描述： [0023] 图1是从飞机的中央吊架悬挂的根据本发明的屏障的端视图。 [0024] 图2是定位在两个炸弹之间的屏障的平面图。 [0025] 图3示出了本发明的具有外壳的屏障。 [0026] 图4示出了本发明的具有方形外壳的屏障。 [0027] 图5a至5d示出了用于定向爆炸波的不同构造的屏障。 具体实施方式[0028] 图1示出了从飞机12下侧悬挂的屏障10，其定位在两个炸弹14之间。该屏障具有有利的菱形截面构造，其将向任一炸弹14提供保护/或保护任一炸弹14不被引爆。 [0029] 图2是从上方看到的屏障10的平面图，其中间定位在两个炸弹14之间。该屏障10居中于与该屏障的侧面11平行的两个炸弹14之间，并且对准以使炸弹的前部16和尾部18通过该屏障10彼此屏蔽。将该屏障中间地放置在两个炸弹之间，以分别保护这两个炸弹。在典型军用战斗机下，炸弹之间的距离(x)仅为0.78米。 [0030] 图3示出了被外壳20包围的屏障10，该外壳20成形为紧密遵循该屏障的轮廓(虚线所示)。该外壳紧密装配，但为了附图清楚起见而被示出具有较小气隙。 [0031] 图4示出了具有方形外壳22的屏障10。由于外壳22的方形形状与屏障10的菱形形状的相对性，因而存在环绕该屏障的气隙。 [0032] 图5a示出了具有接近爆炸装置14′的倾斜侧面13的屏障10′。该倾斜侧面的顶点24与装置14′的中心线26对准。 [0033] 图5b示出了具有向上定向爆炸波(如虚线所示)的斜面28的屏障10″。可以将该屏障10″倒转，以使该斜面28向下重定向爆炸波。 [0034] 图5c和5d示出了具有凹入和凸出构造但仍维持大致菱形截面的屏障10的外部。 [0035] 试验已经证实了根据本发明的屏障在被用于防御引爆1000磅(454.55kg)炸弹时的成功。该试验设定成复制屏障在典型军用战斗机下的使用，该典型军用战斗机的炸弹之间的间隔为0.78m并且在两个炸弹之间的中间具有菱形截面的屏障。1000磅炸弹中的一颗充有混凝土，以成为受体炸弹，使得可以分析隔开距离、屏障厚度、质量以及对充有混凝土的炸弹的物理破坏的效果，并且在控制引爆装药炸弹之后进行记录，以了解对该装置所造成的破坏程度。对具有不同标称压碎强度的聚氨酯屏障进行测试，如表1所示。 [0036]泡沫数量 标称压碎强度(MPa) 对受体炸弹的破坏 3715 5 轻微变形，碎片撞击 3718 7 轻微变形，很多碎片撞击 3725 12.5 轻微变形，很少碎片撞击 6725 13.5 轻微变形，很少碎片撞击 3730 17.5 未显著变形，很少碎片擦伤。当 受体炸弹为装药炸弹时不引爆。 无屏障 n/a 显著碎片撞击并且显著变形，其 中任一种都足够触发殉爆 [0037] 表1：聚氨酯泡沫参考数量、它们的对应标称压碎强度和性能。 [0038] 与没有屏障相比，被测试的全部屏障大大减小了对受体炸弹的冲击痕迹的数量和程度。当将1000磅炸弹引爆时，充有混凝土的受体炸弹和屏障的相对于爆炸的另一侧仅遭受到因碎片而造成的少数擦伤，并且仅轻微变形。这个破坏量被认为不足以引爆装药装置。在这个试验中，压碎强度为17.5MPa的泡沫显示了最佳结果，因为对受体炸弹的破坏最小。 [0039] 为了证实这一点，本发明人使用了被远程引爆的装药供体炸弹以及装药受体炸弹，它们彼此隔开0.78m的距离，并且在它们之间放置压碎强度为17.5MPa的泡沫屏障。屏障通过减慢碎片的速度并且降低爆炸波的效应来减轻殉爆。在受体炸弹外壳上仅可见少数碎片擦伤，并且未显著变形。显见的是，该破坏是最小的，因此受体炸弹没有因最小破坏而起反应。在引爆炸弹之后，屏障没有保留。 [0040] 如前所述，刚性聚氨酯泡沫的压碎强度取决于可能的爆炸情况的规模、武器碎片类型和军火之间的距离。为了减轻1000磅(454.55kg)炸弹的殉爆，聚氨酯泡沫的优选压碎强度为5MPa到17.5MPa，并且有利地处于12.5MPa到17.5MPa的范围中。 [0041] 在这些试验中使用的屏障具有350mm×350mm×1350mm的尺寸和大约36kg的重量。然而，可以将该屏障成形或依尺寸制造成技术人员能够确定的所需尺寸。可以将该屏障制造成确切需求的尺寸，但这不是指直到操作员将它定位在用于最大保护的确切位置。在冲突情况下，由于可能丧失宝贵的时间，因而这不是理想的。因此所设想的是，所用屏障应当大于它们保护不受引爆或防御引爆的装置。 |
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