浮动冲击平台海上爆炸试验实施方法.pdf

第 31 卷 第 4 期 2014 年 12 月 爆 破 BLASTING Vol. 31 No. 4  Dec. 2014 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2014. 04. 021 浮动冲击平台海上爆炸试验实施方法 宋敬利， 焦安龙， 沈晓乐 （中国人民解放军 91439 部队， 大连 116041） 摘 要 浮动冲击平台海上爆炸试验实施过程中存在海上情况复杂、 实施难度大、 不确定性因素多等问题， 基于岸基试验距离码头及民用设施近， 不宜采用大当量爆源的特点给出了相应的实施方法； 给出了外海试验 的基本条件、 测量设备的安装及控制方法， 以及平台海上拖带及布设方法， 根据流向合理调整海上布设态势 与布放爆源以确保试验安全等方法。 关键词 浮动冲击平台；水下爆炸；实施方法 中图分类号 O382 . 4 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X （2014） 04 -0096 -03 Implementation of Floating Plat Explosion Test SONG Jing-li， JIAO An-long， SHFN Xiao-le （Unit 91439 of PLA， Dalian 116041， China） Abstract Its difficult to carry out explosion test on floating plat at sea， such as the complex sea situation and some other uncertain factors of floating plat trial. When the experiments were close to wharf and civilian fa- cilities， the great blast source was not suitable to be applied in the test. In view of the complex sea condition and dif- ficult implement， some security measures in sea trial were put forward， including the installation of measuring equip- ment and the control ， plat sea towage and layout ， reasonable adjustment of the explosion source layout according to the situation. Key words floating plat；underwater explosion；implementation 收稿日期 2014 -11 -27 作者简介 宋敬利 （1975 - ） ， 男， 汉族， 辽宁锦州人， 高级工程师， 从 事水下爆炸及舰船抗冲击研究，（E-mail） 29893963 qq. com。 舰载设备抗冲击性能的考核是舰船抗水下爆炸 冲击考核的一项重要内容， 而采用实船爆炸试验考 核不仅具有高风险性， 而且耗费巨大， 尤其是近场爆 炸试验考核具有破坏性和不可重复性， 而且对测量 系统的冲击防护要求非常高， 因此不可能大规模开 展 ［1］。为解决这一问题， 美国等西方国家首先提出 了采用浮动冲击平台对舰载设备、 轴系、 管系等影响 舰船生命力的重要设备进行抗冲击考核的方法。我 国浮动冲击平台建设研究还处于探索阶段， 张晓阳 等人系统总结了国外海军强国船设备抗冲击考核体 系 ［2］； 李国华等人利用浮动冲击平台水下爆炸试验 对舰船设备主要冲击能源进行了研究 ［3］； 张玮对大 型浮动冲击平台水下爆炸试验冲击环境进行了仿真 计算 ［4］； 目前国内只有中国船舶科学研究中心开展 过小型浮动冲击平台试验 ［5］； 中船重工集团第 702 研究所开展了小型浮动冲击平台舰载设备冲击考核 研究工作 ［6］， 但国内已建成的浮动冲击平台都是在 爆炸水池或水库中使用的小型平台， 目前还没有采 用浮动冲击平台在海上接近舰船实际使用环境下对 舰载设备进行抗冲击考核的先例。浮动冲击平台海 上爆炸试验和水库、 水池等静水中开展的试验有很 大不同。海上环境恶劣、 情况复杂， 试验实施需要考 虑诸多细节问题， 尤其是在进行大当量考核试验时 对海上实施的风险点要进行充分的论证以确保试验 安全。 1 浮动冲击平台海上爆炸试验测量内容 浮动冲击平台主要用于接近实战条件下考核舰 载设备、 轴系、 管系等抗水下爆炸冲击性能， 试验测 量参数主要包括水下爆炸冲击作用下平台的外载 荷， 平台各部位的冲击环境， 被试设备基础冲击输 入， 弹性及刚性安装设备的冲击响应， 被试设备及平 台的动应变等参数。外载荷的测量可采用自由场压 力和壁压传感器进行测量， 冲击环境及冲击响应参 数一般采用加速度传感器、 速度传感器和位移传感 器进行测量， 动应变参数可采用应变片进行单向应 力测量， 在应力方向不确定的情况下可采用三向应 变法进行测量。 2 浮动冲击平台岸基试验实施方法 岸基试验由于距离岸边较近， 考虑到码头以及 附近的民用设施的安全问题不可能开展大当量爆炸 试验， 一般岸基试验只能采用小于 55 kg TNT 当量 的爆源进行， 岸基试验要求有可存放平台的简易试 验码头， 码头上要有系缆桩、 电源 （或发电机） 、 可供 测量设备存放及安装调试的试验准备工房等配套设 施， 若爆源当量较小， 平台距离码头距离小 于 100 m， 可以将测量设备布放在码头上以减小试验 实施的难度， 同时可减小设备受冲击损坏的概率， 测 量电缆从浮动平台直接拉至岸上与测量设备连接。 浮动冲击平台海上爆炸试验一般需要测量平台的外 载荷， 测量传感器可通过一根空心钢管伸入水下， 在 平台迎爆面和背爆面分别焊接卡箍将钢管卡紧以避 免冲击造成钢管晃动影响测量的准确性。 试验时首先用吊车将测量设备吊入海中， 由于 浮动冲击平台上面有防雨的顶盖， 若直接在平台上 安装吊放索会受到顶盖的阻挡， 且吊放过程中会损 坏顶盖， 因此需要制作专门的吊具进行吊放， 吊具示 意图如图 1 所示。 图 1 浮动冲击平台吊具示意图 Fig. 1 Diagram of floating shock plat sling 平台吊入海中后用小艇或渔船拖带至预定位 置， 靠近码头一侧用两条绳索固定在码头系缆桩上， 另一端用简易锚或沉块固定， 爆源可在绳索下方悬 浮布放， 布完后将两端绳索收紧以保证平台不会漂 移， 平台岸基试验布设图见图 2。 图 2 浮动冲击平台岸基试验布设图 Fig. 2 Test layout of floating shock plat 3 浮动冲击平台外海试验实施方法 3. 1 测量设备安装布设及控制方法 在外海进行试验时根据爆源当量及爆距的远近 测量设备有两种布设方式 一种是将测量设备放置 在浮动冲击平台上， 一种是放置在测量船上。若采 用第一种方式需要对测量设备采取一定的缓冲措 施， 首先要通过仿真计算预估缓冲装置的基础输入 冲击加速度值， 缓冲平台可以采取空气弹簧缓冲器， 也可以采取气液缓冲器， 但是在使用前需要对缓冲 器的缓冲效果进行冲击测试， 合理调整空气弹簧内 的气压以达到最佳缓冲效果， 对于气液缓冲器需要 合理调整气液比例， 根据承载设备的重量进行充放 气操作 ［7］， 图 3 是气液缓冲器在平台上安装图。 图 3 缓冲气液缓冲装置在平台上的安装图 Fig. 3 Installation of the buffer gas cushion device on the plat 由于爆炸对平台会产生剧烈冲击， 因此试验时 平台上不能有人， 所以测量设备的采集控制是必须 要解决的问题。采用无线数传电台， 在测量船和平 79第 31 卷 第 4 期 宋敬利， 焦安龙， 沈晓乐 浮动冲击平台海上爆炸试验实施方法 台之间通过自动寻址方式进行无线组网， 由测量船 上的控制端通过特定的指令对采集设备进行采集控 制。在测量船上通过无线网络对平台上的采集设备 进行测量参数设置、 采集设置及触发设置， 测量设备 的触发采用传感器信号触发和远程手动触发双备份 的方式以确保测量设备可靠触发采集。传感器信号 触发可以采用自由场压力信号， 自由场压力传感器 信号强弱差别较大， 如果预先指定某一通道为触发 通道， 会给系统带来很大的不确定性， 因此需要对各 个测量通道采取并联的方法， 当任意一个通道达到 触发阈值时即可触发测量设备进行数据采集。 如将测量设备安装在测量船上， 实施方法跟岸 基试验基本相同， 但需要较长的测量电缆， 由于长电 缆对信号有衰减作用， 因此事先需要对整个测量系 统进行标定以保证测量精度。具体实施时可根据情 况选择一种合适的安装方式。 3. 2 平台的海上布设 在接近海上实际使用环境下开展舰载设备抗冲 击试验需要在外海进行， 试验海域一般距离岸边 5 km以上， 水深一般要求在50 m 左右。因为水深过 浅会影响爆源的爆轰状态的判定， 海上实施由于受 海流、 海况以及天气等综合因素影响实施难度比较 大， 由于平台本身没有动力而且抗侧翻能力较差， 因 此需要用拖船将平台拖至试验海域。船只海上拖带 一般有侧拖和艉拖两种方式， 由于平台稳性较差， 采 用艉拖方式易造成侧翻， 因此只能采用侧拖方式进 行。拖带时， 将平台艏艉分别用缆绳固定在拖船的系 缆桩上， 拖带过程中拖船航行速度一般不超过 5 节， 在海况较好的情况下可以以6 7 节的速度航行。 平台拖至预定海域后首先需要用水文测量设备 对试验海域的流速流向进行测量， 表层流速以不大 于 3 节为宜， 平台的布设方式需要根据流向来确定， 若实施不当很容易造成固定绳索拉断、 电缆缠绕等 情况， 尤其是在海况较差的情况下出现意外情况很 难处理。当测量船与固定锚的连线垂直于流向时， 会呈现图 4 （a） 的态势， 当测量船与固定锚的连线平 行于流向， 会呈现图 4 （b） 的态势。由于海流的作用 （a） 图中固定绳索会承受很大的拉力， 当海流过大 时很有可能将绳索拉断， 而且测量电缆需要用小艇 从平台拉至测量船上， 小艇的马力较小， 海上操作非 常困难。采用 （b） 图的方式布放海上操作难度会大 大减小。测量船达到预定海域后抛艏艉锚使船长方 向垂直于流向， 拖船将将浮动冲击平台拖至测量船 流向下方， 平台上系好固定绳索， 用小艇将绳索一端 拉至测量船上固定好， 之后拖船将事先准备好的锚 或沉块抛入平台流向下方的海中， 小艇将平台另一 端的绳索拉至锚上方的浮标处并固定， 测量船上拉 紧绳索使平台处于稳定状态。 图 4 不同布设方式平台的海上态势 Fig. 4 Sea situation of different plat layout 3. 3 爆源布放 在外海进行大当量爆炸试验时爆源一般采用悬 浮布放方式， 悬浮布放方式有 3 个好处 一是可以通 过压力测量来判断爆源是否完全爆轰， 二是悬浮布 放可以产生气泡脉动现象， 这样可以在更加接近实 战的条件下考核舰载设备的抗冲击性能， 三是悬浮 布放比较容易控制爆距。爆源布放需要有专门的爆 源布放船， 船上配有吊车、 绞盘等配套设施。首先在 布放船上将固定爆源的绳索连接好， 绳索一端系在 爆源上， 另一端系在浮体上， 浮体的大小要经过事先 计算确保爆源连同浮体是正浮力的， 起爆电缆接头 沿绳索拉至浮体上， 布放时先将爆源吊到船舷外， 然 后慢慢放入海中， 等绳索受力后将浮标抛入海中， 之 后由小艇将浮标拖至指定距离处将浮标固定在平台 与锚之间的固定绳索处系紧。 （下转第 106 页） 89爆 破 2014 年 12 月 经使用 Excel 计算工具计算， Q 2 kg， R 44 m 时， ΔP 0. 019957 105Pa 即泄压孔洞正面人员的安全距离为 44 m。 7 爆破效果 从开始投药爆破开始， 每天 24 h 分三班连续投 药爆破作业， 连续爆破作业 60 h， 投放爆破药包 105 炮， 炉瘤从厚变薄， 最后所剩炉瘤从炉瘤与炉壁结触 点脱开， 整体掉落炉底， 完成炉瘤爆破， 炉壁和冷却 系统和其他设施安全无损 ［5， 6］。 8 结论 （1） 对于硬度、 韧度不大的粉质炉瘤， 采用裸露 药包接触爆破除瘤方法是可行的。 （2） 操作简单、 安全。 参考文献 （References） ［1］ 金骥良， 顾毅成， 史雅语. 拆除爆破设计与施工 ［M］ . 北京 中国铁道出版社， 2004. ［2］ 爆破 工程兵教范 ［M］ . 北京 中国人民解放军工 程兵司令部， 1956. ［3］ 刘殿中， 杨仕春. 工程爆破实用手册 ［M］ . 北京 冶金 工业出版社， 2003. ［4］ 朱朝祥， 吴 岩， 蔡 伟， 等. 高温热凝结构爆破处理 方法的探讨 ［J］ . 爆破， 2009， 26 （5） 34-36. ［4］ ZHU Chaoxiang， WU Yan， CAI Wei， et al. 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