[發明專利]一種面向爆炸載荷的固液氣三相吸能方法及防護結構

有效

• 申請號: 202110148233.6
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112874103B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 黃廣炎;朱煒;馮順山;卞曉兵;周穎;劉春美
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;公安部第一研究所
• 主分類號: B32B27/40
• 分類號: B32B27/40;B32B27/30;B32B27/32;B32B27/06;B32B27/08;B32B15/20;B32B15/18;B32B15/095;B32B15/082;B32B15/085;B32B33/00;F42D5/05
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發明公開了一種面向爆炸載荷的固液氣三相吸能方法及防護結構。本發明從壓縮性能角度出發，提出在多孔泡沫中填充可壓縮液體，可壓縮液體和多孔泡沫同時吸能，相比于傳統的吸能方法具有更高的能量吸收效率和空間利用率；此外，還引入了固氣雙相的沖擊波緩沖層，利用固氣兩項材料之間的巨大波阻抗差異，迫使來襲的沖擊波在沖擊波緩沖層中多次反射與透射，降低沖擊波載荷作用到吸能層上的峰值，且延長載荷持續時間，提高吸能層的能量吸收效率；引入高波阻抗的稀疏波抑制層，避免吸能層背部材料過早地受到面外稀疏波影響而處于拉伸應力狀態，進一步提升吸能層的能量吸收效率。

技術領域

本發明涉及爆炸防護技術領域，具體涉及一種面向爆炸載荷的固液氣三相吸能方法及防護結構，適用于警用、軍用、公共安全防護。

背景技術

為了削弱爆炸載荷對受保護目標的毀傷，目前已有很多種利用防護結構削弱爆炸沖擊波的方法。其中基于能量吸收的方法不但能夠降低沖擊波作用目標時的峰值，同時能夠減弱后續防護結構的動量帶來的二次威脅。

已有的爆炸載荷能量吸收方法主要基于以下4個方面：(1)材料的塑性變形，如泡沫多孔材料的壓實過程；(2)材料的吸熱相變，如位于炸藥周邊的細水霧在爆炸過程中吸收爆炸能量氣化；(3)可壓縮液體的受壓吸能，可壓縮液體主要包括(i)納米多孔材料液體系統和(ii)含氣泡液體；前者受壓吸能的機理為疏水液體受壓進入納米多孔材料的納米孔內部，如沸石-純水系統受壓過程中，水分子快速進入沸石納米孔中，液體分子表面能和液體-納米材料分子作用能等上升可吸收能量；后者吸能的機理為氣泡受壓破裂吸能。其中，基于(1)方面的能量吸收方法應用最為廣泛，(2)方面運用場景容易因為條件苛刻而受限，(3)方面能量吸收密度可觀，具有一定前景，但研究剛起步，主要存在以下應用難點：(i)上述可壓縮液體需要穩定的受壓條件以激活其吸能特性，但因液體具有很強流動性，其所受的壓力容易在側向稀疏波作用下發生卸載，使得納米多孔材料液體系統中的部分液體無法順利進入納米多孔中或含氣泡液體中的部分氣泡無法破碎，進而使得系統吸能效果削弱；(ii)強沖擊波作用時間尺度短，也可能無法有效激活吸能機理或完全發揮潛在能量吸收效率。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種面向爆炸載荷的固液氣三相吸能方法及防護結構，能夠提高防護結構的能量吸收密度。

本發明的面向爆炸載荷的固液氣三相吸能防護結構，包括吸能層，所述吸能層為填充有可壓縮液體的多孔泡沫。

進一步的，所述可壓縮液體為納米多孔材料液體或含氣泡液體；所述納米多孔材料液體為：將納米多孔材料加入到非浸潤液體中形成；所述含氣泡液體為：將氣體充裝至液體中形成。

進一步的，所述納米多孔材料為沸石β、納米多孔硅石或碳納米管；非浸潤液體為水或甘油。

進一步的，所述含氣泡液體中的液體為水、甘油或乙二醇。

進一步的，所述多孔泡沫采用高分子聚合泡沫或金屬泡沫。

進一步的，所述多孔泡沫為聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、泡沫鋁或泡沫銅。

進一步的，可壓縮液體和多孔泡沫的面外壓縮平臺應力的差異不超過10％。

進一步的，還包括沖擊波緩沖層，所述沖擊波緩沖層設置在吸能層的迎爆面，為固氣雙相結構；沖擊波緩沖層中的固氣兩項材料之間存在波阻抗差異。

進一步的，所述沖擊波緩沖層采用多孔泡沫材料、點陣結構材料、蜂窩材料或負泊松比材料制成。

進一步的，所述沖擊波緩沖層采用閉孔聚氨酯泡沫或泡沫鋼。

進一步的，還包括稀疏波抑制層，所述稀疏波抑制層設置在吸能層的背爆面，其波阻抗比吸能層的等效波阻抗高50倍以上。

進一步的，所述稀疏波抑制層為純液或純固體材料。