本實用新型屬于裝甲防護技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種陣列式感應(yīng)起爆裝置。

背景技術(shù)：

裝甲防護技術(shù)是武器裝備系統(tǒng)生存能力之中最重要的組成部分。任何一項現(xiàn)代武器裝備都離不開防護。隨著反裝甲武器技術(shù)的迅速發(fā)展，武器裝備的戰(zhàn)場生存能力對裝甲防護結(jié)構(gòu)的性能提出了更高的要求，優(yōu)良的裝甲防護系統(tǒng)能夠使得坦克、裝甲車輛、運鈔車及其他結(jié)構(gòu)的主體及其中的人員和財產(chǎn)安全得到更好的保護。

目前針對高速穿甲彈的侵徹，主要采取選取高性能防護材料、增加防護材料厚度、改變裝甲傾斜角度等方法。但受裝甲平臺機動性、內(nèi)部空間、外部尺寸等要求的影響，防護材料的厚度和裝甲的設(shè)置尺寸受到限制，而防護材料性能的提高發(fā)展極為緩慢，這就使得戰(zhàn)場上裝甲平臺在高速穿甲彈侵徹條件下難以有效生存。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是提供一種陣列式感應(yīng)起爆裝置，該裝置能夠感知穿甲彈的侵徹位置，并在侵徹位置處起爆炸藥，從而有效抗擊穿甲彈的高速侵徹。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：一種陣列式感應(yīng)起爆裝置，包括由外至內(nèi)依次層疊的高密度高延展層、炸藥層、電容感應(yīng)層和起爆器件層；穿甲彈在侵徹時會首先在高密度高延展層上形成一個錐形漏斗，電容感應(yīng)層用于感應(yīng)其與高密度高延展層之間的距離，從而確定穿甲彈的侵徹位置；所述起爆器件層包括控制器和陣列式起爆器件，所述控制器用于接收所述電容感應(yīng)層輸出的信號，從而獲得穿甲彈侵徹的位置信息，并控制所述陣列式起爆器件在穿甲彈侵徹位置處起爆炸藥層中的炸藥。

所述電容感應(yīng)層由若干縱橫排列的金屬箔片組成；每一行中的金屬箔片每間隔一個相互連接在一起，每一行中連接在一起的金屬箔片稱為橫向金屬箔片，將每一行中橫向金屬箔片連接后的一個端點作為公共端點，另一端點作為對應(yīng)行的測試端點；每一列中的金屬箔片每間隔一個相互連接在一起，每一列中連接在一起的金屬箔片稱為縱向金屬箔片，將每一列中縱向金屬箔片連接后的一個端點作為公共端點，另一端點作為對應(yīng)列的測試端點；所有行的公共端點和所有列的公開端點連接在一起，并在公共端點與所述高密度高延展層之間設(shè)置一穩(wěn)壓電源，通過所述穩(wěn)壓電源可使每行相互連接的橫向金屬箔片與所述高密度高延展層所形成的電容器充滿電，通過所述穩(wěn)壓電源可使每列相互連接的縱向金屬箔片與所述高密度高延展層所形成的電容器充滿電；所有行的測試端點與所有列的測試端點均與所述控制器相接。

所述陣列式起爆器件包括若干縱橫排列的起爆器件；每一個起爆器件具有上下左右四個節(jié)點和一個發(fā)熱橋絲，每個起爆器件的左節(jié)點和上節(jié)點相連接，每個起爆器件的右節(jié)點和下節(jié)點相連接，且左節(jié)點和上節(jié)點通過所述發(fā)熱橋絲與右節(jié)點和下節(jié)點相連接；每一個起爆器件均通過導(dǎo)線與其相鄰的起爆器件相連接；每一行的起爆器件連接后的一個端點與所述控制器相接，另一端點接地線；每一列的起爆器件連接后的一個端點與所述控制器相接，另一端點接地線；所述控制器在接收到所述電容感應(yīng)層輸出的信號獲得穿甲彈侵徹的位置信息時，通過給與穿甲彈侵徹位置相對應(yīng)的起爆器件所在行和所在列分別施加一電壓信號，使與穿甲彈侵徹位置相對應(yīng)的起爆器件首先起爆，進而在穿甲彈侵徹位置處起爆炸藥層中的炸藥。

所述高密度高延展層為紫銅板層。

當(dāng)高速穿甲彈侵徹時，高密度高延展層（例如紫銅板）受到侵徹會發(fā)生凹陷變形，進而形成一個錐形漏斗；電容感應(yīng)層可感知其與高密度高延展層之間的距離，當(dāng)高密度高延展層某處受到?jīng)_擊形成錐形漏斗時，錐形漏斗的底部就會接近電容感應(yīng)層，當(dāng)接近距離達到起爆閾值時，由控制器控制陣列式起爆器件上與錐形漏斗底部對應(yīng)的起爆器件發(fā)生作用，進而起爆炸藥層中的炸藥；炸藥的爆轟會對高密度高延展層上的錐形漏斗產(chǎn)生擠壓作用，形成能量的匯聚，高速的金屬射流會反向作用于穿甲彈，進而破壞穿甲彈的侵徹作用，降低其對被保護目標的損傷。

本實用新型通過電容感應(yīng)層可準確感知穿甲彈的侵徹位置，控制器可控制陣列式起爆器件在穿甲彈侵徹位置處起爆炸藥層中的炸藥，炸藥的爆轟使高密度高延展層上的錐形漏斗匯聚成高速的金屬射流，金屬射流反向作用于穿甲彈，從而有效地保護目標以抵抗高速穿甲彈的侵徹，提高被保護目標的生存能力。

附圖說明

圖1是本實用新型中裝甲防護裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型中感應(yīng)起爆陣列層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型中電容感應(yīng)層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實用新型中電容感應(yīng)層與高密度高延展層之間關(guān)系的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本實用新型中起爆器件層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本實用新型中單個起爆器件及其所在行和所在列的簡化結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本實用新型中變形拓展層受侵徹變形使高密度高延展層發(fā)生凹陷進而形成錐形漏斗的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本實用新型中感應(yīng)起爆陣列層感應(yīng)穿甲彈侵徹位置并在侵徹位置處起爆炸藥層中炸藥的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本實用新型中炸藥層中炸藥被起爆后所形成的爆轟波的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本實用新型中炸藥的爆轟對高密度高延展層上的錐形漏斗所產(chǎn)生的能量匯聚作用的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本實用新型中高速的金屬射流反向作用于穿甲彈的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本實用新型所提供的陣列式感應(yīng)起爆裝置屬于裝甲防護裝置的一部分。如圖1所示，裝甲防護裝置包括由外至內(nèi)依次層疊在一起的變形拓展層1、高密度高延展層2、炸藥層3、感應(yīng)起爆陣列層4和爆炸防護層5。本實用新型中的陣列式感應(yīng)起爆裝置包括圖1中的高密度高延展層2、炸藥層3和感應(yīng)起爆陣列層4。

穿甲彈（其運動方向如圖中箭頭所示）侵徹時，最先接觸的是變形拓展層1。變形拓展層1是由纖維織物通過浸入剪切增稠流體（Shear Thickening Fluid，STF）后而形成。纖維織物可以為Kevlar、PBO或UHMWPE纖維織物。STF是指流體呈濃縮的膠質(zhì)懸浮液狀態(tài)，其粘性隨剪切應(yīng)力的增加而增加，STF由分散相粒子和分散介質(zhì)組成。其中分散相粒子可以是天然存在的礦物質(zhì)，也可以是化學(xué)合成的聚合物，如二氧化硅和其它氧化物、碳酸鈣、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。分散介質(zhì)可以是水、鹽溶液（氯化鈉溶液或緩沖液等）、有機物（乙烯基乙醇、聚乙二醇或乙醇）、礦物油等，也可以是加有表面活性劑和低聚物的幾種互溶溶劑的復(fù)配體。

本實施例中的STF是由SiO₂粒子和聚乙二醇200作為分散相和分散介質(zhì)制備的。變形拓展層是用單層Kevlar平紋織物，將其浸入上述STF中浸泡15分鐘，取出后將多片單層織物層疊在一起，并進行干燥處理，最后用聚乙烯膜封裝起來。當(dāng)受到高速穿甲彈侵徹時，穿甲彈的高速剪切作用會使Kevlar纖維之間發(fā)生滑移，Kevlar纖維層之間也會發(fā)生相對運動，這些均可使STF處于高速剪切狀態(tài)，進而發(fā)生固化，使穿甲彈的侵徹作用可拓展到較大的半徑范圍。

高密度高延展層2可采用紫銅板制成；當(dāng)受到穿甲彈的間接沖擊時，受變形拓展層1的影響，在高密度高延展層2上與穿甲彈侵徹位置對應(yīng)處會形成一個比穿甲彈直徑大得多的錐形漏斗。

炸藥層3中裝填有炸藥，炸藥可以為TNT、黑索金、奧克托金等高能炸藥，也可以是它們的混合物。

如圖2所示，感應(yīng)起爆陣列層4由兩層結(jié)構(gòu)層疊而成，由外至內(nèi)（圖中由右至左）分別是電容感應(yīng)層4-1和起爆器件層4-2。

電容感應(yīng)層的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，它是由大量按一定規(guī)律縱橫排列并連接在一起的金屬箔片（例如鋁箔片）組成。每一行的金屬箔片每間隔一個箔片相互連接在一起，同理每一列的金屬箔片每間隔一個箔片相互連接在一起，這樣所有的金屬箔片就分為兩部分，分別是橫向金屬箔片（即每一行中連接在一起的金屬箔片）和縱向金屬箔片（即每一列中連接在一起的金屬箔片）。每一行的橫向金屬箔片相互連接后，將各行的一個端點（圖中右側(cè)端點）也連接在一起，構(gòu)成一個公共端點，每行的另一個端點分別編號做為相應(yīng)行的測試端點，圖3中a₀₁、a₀₂、……、a₁₅就是各行的測試端點（本實施例中以15行為例進行說明）。同理，每一列的縱向金屬箔片相互連接后，將各列的一個端點（圖中上側(cè)端點）也連接在一起，構(gòu)成一個公共端點，每列的另一個端點分別編號做為相應(yīng)列的測試端點，圖3中b₀₁、b₀₂、……、b₁₄就是各列的測試端點（本實施例中以14列為例進行說明）。

為了實現(xiàn)對穿甲彈侵徹位置的判定，在每行橫向金屬箔片的公共端與高密度高延展層（本實施例中高密度高延展層為紫銅板）之間加載一個穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓電源的正極連接每行橫向金屬箔片的公共端，負極連接紫銅板，如圖4所示。在初始狀態(tài)時，穩(wěn)壓電源同時給每行的橫向金屬箔片與紫銅板構(gòu)成的電容器充電，直到充滿為止，此時各行橫向金屬箔片的測試端點的電壓均相等。當(dāng)穿甲彈高速侵徹時，紫銅板會快速局部凹陷，使與凹陷處對應(yīng)的橫向金屬箔片與紫銅板構(gòu)成的電容器的電容迅速增大，由于電源充電需要一定的時間（考慮到壓降的原因，可以通過設(shè)置使穩(wěn)壓電源每間隔一段時間對每行的橫向金屬箔片與紫銅板構(gòu)成的電容器充電），那么根據(jù)電容器基本原理（如果兩個極板間的距離減小，電容器電容會增大，當(dāng)電容儲存的電量一定時，兩端電壓會下降），相對應(yīng)的測試端點a_xx的電壓會下降。通過測量測試端點電壓的下降與否，就可以確定哪行金屬箔片對應(yīng)的位置發(fā)生了紫銅板凹陷，從而最終獲得了穿甲彈侵徹位置的縱向坐標。若同時兩個或三個測試端點的電壓都發(fā)生了下降，則電壓下降最大的那個測試端點所連接的那行金屬箔片對應(yīng)的位置發(fā)生了紫銅板凹陷。

同理，在每列縱向金屬箔片的公共端與高密度高延展層之間加載一個穩(wěn)壓電源，本實施例中每列縱向金屬箔片的公共端和每行橫向金屬箔片的公共端連接同一穩(wěn)壓電源的正極。如上所述，通過測定各列縱向金屬箔片對應(yīng)測試端點b_xx的電壓是否下降（如有兩個或三個測試端點的電壓都發(fā)生了下降，則找出電壓下降最大的那個測試端點），就可獲得穿甲彈侵徹位置的橫向坐標。

在獲得穿甲彈侵徹位置的橫向坐標和縱向坐標后，穿甲彈的侵徹位置也就確定了。即：通過電容感應(yīng)層可確定穿甲彈的侵徹位置。

在確定了穿甲彈侵徹位置的基礎(chǔ)上，依靠起爆器件層就可實現(xiàn)在特定位置點起爆炸藥層3中的炸藥。起爆器件層的基本結(jié)構(gòu)如圖5所示。起爆器件層包括控制器和陣列式起爆器件，控制器與電容感應(yīng)層中所有行的測試端點和所有列的測試端點均相接，控制器用來接收電容感應(yīng)層輸出的信號，從而獲得穿甲彈侵徹的位置信息，并控制特定的起爆器件發(fā)生作用，進而實現(xiàn)在特定位置起爆炸藥。陣列式起爆器件包括若干縱橫排列的起爆器件。每一個起爆器件（對應(yīng)圖5右側(cè)矩形框中的圓圈）均通過導(dǎo)線與其相鄰的起爆器件相連接。每一行的起爆器件連接后的一個端點（圖中左側(cè)端點，即c₀₁、c₀₂、……、c₀₉）與控制器相接，另一端點（圖中右側(cè)端點，即e₀₁、e₀₂、……、e₀₉）接地線；每一列的起爆器件連接后的一個端點（圖中上方端點，即f₀₁、f₀₂、……、f₀₉）與控制器相接，另一端點（圖中下方端點，即d₀₁、d₀₂、……、d₀₉）接地線。

每一個起爆器件具有上下左右四個節(jié)點和一個發(fā)熱橋絲，單個起爆器件的電路可簡化為如圖6所示。每個起爆器件在與其相鄰的起爆器件連接時，是采用導(dǎo)線將相鄰兩個起爆器件對應(yīng)的節(jié)點連接起來。對于單個起爆器件而言，其上的左節(jié)點和上節(jié)點相連接，其上的右節(jié)點和下節(jié)點相連接，且左節(jié)點和上節(jié)點通過中間的發(fā)熱橋絲與右節(jié)點和下節(jié)點相連接。對于圖6中所示的單個起爆器件，其上節(jié)點通過上方的等效電阻（即與該起爆器件處于同一列的且位于該起爆器件上方的其他起爆器件中發(fā)熱橋絲的電阻之和）連接所在列的上方端點f_xx，其下節(jié)點通過下方的等效電阻（即與該起爆器件處于同一列的且位于該起爆器件下方的其他起爆器件中發(fā)熱橋絲的電阻之和）連接所在列的下方端點d_xx，其左節(jié)點通過左側(cè)的等效電阻（即與該起爆器件處于同一行的且位于該起爆器件左側(cè)的其他起爆器件中發(fā)熱橋絲的電阻之和）連接所在行的左側(cè)端點c_xx，其右節(jié)點通過右側(cè)的等效電阻（即與該起爆器件處于同一行的且位于該起爆器件右側(cè)的其他起爆器件中發(fā)熱橋絲的電阻之和）連接所在行的右側(cè)端點e_xx。上方端點f_xx和左側(cè)端點c_xx均與控制器相接，下方端點d_xx和右側(cè)端點e_xx均接地線GND。

需要說明的是，本實用新型中起爆器件層中的起爆器件與電容感應(yīng)層中的金屬箔片在制作初期就是對應(yīng)好的，即：在穿甲彈侵徹位置確定后，也就是在電容感應(yīng)層中與穿甲彈侵徹位置對應(yīng)的某個金屬箔片確定后，與該金屬箔片對應(yīng)的起爆器件層中的起爆器件也就確定了，電容感應(yīng)層中金屬箔片與起爆器件層中起爆器件之間的對應(yīng)關(guān)系可預(yù)先在控制器中設(shè)定好。控制器在接收到所述電容感應(yīng)層輸出的信號獲得穿甲彈侵徹的位置信息時，通過給與穿甲彈侵徹位置相對應(yīng)的起爆器件所在行和所在列分別施加一電壓信號，使與穿甲彈侵徹位置相對應(yīng)的起爆器件首先起爆，進而在穿甲彈侵徹位置處起爆炸藥層中的炸藥。

例如，當(dāng)需要使第i行、第j列的起爆器件發(fā)生作用時，控制器在第i行的左側(cè)端點c_i上加載+V電壓，在第j列的上方端點f_j上加載+V電壓，由于第i行的右側(cè)端點e_i和第j列的下方端點d_j接地，因此，在第i行、第j列的起爆器件的發(fā)熱橋絲上通過的電流為第i行通過其余起爆器件的電流和第j列通過其余起爆器件的電流之和，而各起爆器件的發(fā)熱橋絲均相同，因此第i行、第j列起爆器件的發(fā)熱橋絲發(fā)熱量最大，此起爆器件會首先發(fā)生起爆作用，進而在此位置起爆炸藥，最終實現(xiàn)特定位置的可控起爆。

爆炸防護層5可采用鋼板、泡沫鋁等材料制成，其用來減輕爆炸作用對被防護目標的損傷。

采用本實用新型中的裝甲防護裝置抵抗高速穿甲彈侵徹的過程如圖7~圖11所示。當(dāng)穿甲彈高速侵徹時，變形拓展層首先受到穿甲彈的侵徹，穿甲彈的高速剪切作用會使變形拓展層中的纖維之間發(fā)生滑移，纖維層之間也會發(fā)生相對運動，這些均使STF處于高速剪切狀態(tài)，進而發(fā)生固化，使穿甲彈的侵徹作用可拓展到較大的半徑范圍。高密度高延展性層（如紫銅板）受到變形拓展層的作用，會發(fā)生凹陷變形，進而形成一個錐形漏斗。感應(yīng)起爆陣列層中的電容感應(yīng)層可感知面前導(dǎo)體（此處為紫銅板）的距離，當(dāng)紫銅板某處受到?jīng)_擊形成錐形漏斗時，錐形漏斗的底部就會接近電容感應(yīng)層中的某個金屬箔片，當(dāng)接近距離達到起爆閾值時，由控制器控制相應(yīng)的起爆器件發(fā)生作用（由于接近距離直接反映測試端點電壓下降的大小，而控制器就是根據(jù)接收到的測試端點電壓的變化來決定是否起爆的，因此可以說接近距離直接決定是否起爆，即：當(dāng)接近距離達到起爆閾值時，由控制器控制相應(yīng)的起爆器件發(fā)生作用），進而起爆炸藥層中的炸藥。炸藥的爆轟會對紫銅板上的錐形漏斗產(chǎn)生擠壓作用，形成能量的匯聚，高速的金屬射流會反向作用于穿甲彈，進而破壞穿甲彈的侵徹作用，降低其對被保護目標的損傷。