CN105954320B - 一种研究***冲击起爆性能的装置及其实验方法 - Google Patents
一种研究***冲击起爆性能的装置及其实验方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种研究***冲击起爆性能的装置及其实验方法，目的在于解决在***冲击起爆试验中，锰铜计和电磁粒子速度计的厚度和安装缝隙都会影响测试精度，且锰铜计的测试精度受环境温度的影响较为严重，而电磁粒子速度计的应用成本较高，高速扫描相机获得的数据信息量小，无法反映波后流场状态的问题。其包括支撑架、透明测定窗口、光纤探针架、光纤探针，支撑架包括楔形***固定架、固定装置，楔形***固定架包括竖直连接板、倾斜连接板，倾斜连接板与水平面的夹角为15~30°，倾斜连接板上设置有第一窗口。本发明能够在一发试验中获得高密度多点的波后粒子速度剖面，从而为研究***的冲击起爆性能和爆轰性能提供数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及***领域，尤其***冲击测试领域，具体为一种研究***冲击起爆性能的装置及其实验方法。
背景技术
***是战斗部的重要组成部分，***的冲击起爆性能一直是爆轰学领域非常令人关注的研究课题。***冲击起爆研究的对象是，***中传播的冲击波逐步发展，并转化为爆轰波的过程。并且，***在生产加工、贮存、运输及使用过程中，发生的误爆与***的冲击起爆密切相关。因此，研究***的冲击起爆过程，对于研究其起爆机理、安全性能均有非常重要的意义，并对***的应用(包括各类武器弹药的发展)具有重要的实际意义。
为了获得更丰富、更准确、更可靠的试验数据，国内外许多学者对***冲击起爆试验方法进行了研究。从电探针、石英计、高速摄影技术，到锰铜压力计、电磁粒子速度计的应用，***冲击起爆试验的测试精度和时间分辨率越来越高，测试数据也趋于更丰富。
目前，***冲击起爆试验中，应用较广的有电磁粒子速度计、高速摄影技术、和锰铜计。然而，这些测试方法均存在一定程度的局限：1)锰铜计和电磁粒子速度计的厚度和安装缝隙都会影响测试精度，且锰铜计的测试精度受环境温度的影响较为严重；2)电磁粒子速度计的应用成本较高；3)高速扫描相机获得的数据信息量小，无法反映波后流场状态。
为此，迫切需要一种新的装置或方法以解决上述问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对在***冲击起爆试验中，锰铜计和电磁粒子速度计的厚度和安装缝隙都会影响测试精度，且锰铜计的测试精度受环境温度的影响较为严重，而电磁粒子速度计的应用成本较高，高速扫描相机获得的数据信息量小，无法反映波后流场状态的问题，提供一种研究***冲击起爆性能的装置及其实验方法。本发明能够测试***冲击起爆过程中波后粒子速度剖面，并在一发试验中获得高密度多点的波后粒子速度剖面，从而为研究***的冲击起爆性能和爆轰性能提供数据支撑。采用进行***冲击起爆性能测定，具有测试精度高，试验数据丰富，安装简单等优点，且环境因素对测试的影响极小，具有较好的应用前景。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种研究***冲击起爆性能的装置，包括支撑架、透明测定窗口、光纤探针架、用于与激光干涉测速***相连的光纤探针；
所述支撑架包括用于固定楔形***的楔形***固定架、设置在楔形***固定架上的固定装置，所述楔形***固定架包括竖直连接板、与竖直连接板相连的倾斜连接板，所述倾斜连接板与水平面的夹角为15～30°，所述倾斜连接板上设置有第一窗口，所述透明测定窗口设置在第一窗口上；
所述光纤探针架设置在固定装置上，所述光纤探针架位于透明测定窗口上方，所述光纤探针架上设置有若干个光纤固定孔，所述光纤探针设置在光纤固定孔上，所述光纤探针的轴线与楔形***斜面垂直。
所述透明测定窗口为LiF窗口。
所述透明测定窗口沿竖直方向的剖面呈直角梯形。所述透明测定窗口的两个直角位于其竖直方向下端。
所述光纤探针架采用透明材料制备而成。作为优选，所述光纤探针架采用有机玻璃制备而成。
所述光纤探针架与固定装置粘结相连。
所述光纤固定孔分为至少两排排列，每排光纤固定孔的中心连线与光纤探针架的侧边平行。
相邻两排光纤固定孔交错布置。
所述光纤探针为至少5个。
所述光纤探针为8个。
采用前述装置的实验方法，包括如下步骤：
(1)制备楔形***
将受试***加工成楔形，楔形***斜面与底面构成的楔形角为15°～30°，同时，依据制备的楔形***制备楔形***固定架，该楔形***固定架包括竖直连接板、与楔形***相配合的倾斜连接板，竖直连接板与倾斜连接板连接为一体，倾斜连接板上设置有第一窗口，并在楔形固定架上设置固定装置；
(2)光纤探针设定
根据测试条件下，受试***冲击起爆研究时冲击到爆轰距离及设定的测定区域，确定光纤探针数量和密度；
(3)制作光纤探针架
采用透明材料制备所需光纤探针架，光纤探针架上设置有用于固定光纤探针的光纤固定孔；
(4)安装固定
根据楔形***的尺寸，加工与其相匹配的透明测定窗口，并透明测定窗口设置在第一窗口上楔形***斜面的中心位置，再将光纤探针架安装在固定装置上，并将光纤探针设置在光纤固定孔内，光纤探针的轴线与楔形***斜面垂直，并将光纤探针架与支撑架、楔形***与支撑架分别固定，保证光纤探针架与楔形***的相对位置不变；
(5)测试准备
将光纤探针与激光干涉测速***相连；
(6)实验测试
采用化爆加载或者气炮加载的方式，向楔形***底面传入一个幅值确定的平面冲击波，通过激光干涉测速***记录楔形***与透明测定窗口界面多点的波后粒子速度剖面。
所述步骤(1)中，透明测定窗口为LiF窗口。
依据步骤(6)中激光干涉测速***记录的楔形***与透明测定窗口界面多点的波后粒子速度剖面，分析受试***的冲击起爆性能。
针对前述问题，本发明提供一种研究***冲击起爆性能的装置及其实验方法，以在一发试验中获得高密度多点的波后粒子速度剖面，从而为研究***的冲击起爆性能和爆轰性能提供数据支撑。本发明中提供一种研究***冲击起爆性能的装置，其将楔形***和激光干涉测速技术进行结合。实验结果表明，本发明安装方便、成本低，且测试精度高、试验数据丰富，环境因素对测试的影响极小，数据重复性好，能够为***冲击起爆研究提供足够的数据支撑。
本发明中，首次将采用楔形***和激光干涉测速技术结合，并提供相应的测定装置，以满足***冲击起爆性能研究的需要。实际应用中，本发明的试验方法在一发试验中，即可获得8个点的波后粒子速度剖面，理论上，采用一发试验的试验数据即可获得反映***冲击起爆性能的Pop关系，同时可进一步推演波后流场，获得化学反应率方程参数。
进一步，光纤固定孔分为多排平行、交错布置，即光纤探针采用错位设计。作为优选，光纤固定孔分为两排，排与排之间的光纤探针错位布置。本发明采用错位设计的方法，避免了由于光线探针存在一定直径而降低了其布置密度的问题，有效提高了光纤探针在冲击波传播距离上的布置密度，为研究冲击起爆的细节提供了帮助。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：1)安装简单，一发试验的成本低于1000元，成本低；2)测试精度高，粒子速度测量的不确定度小于2％；3)一发试验中可以获得高密度多点(测试点间距为0.5mm，共8个测试点)的波后粒子速度剖面，试验数据丰富，具有显著的进步。
综上所述，本发明安装方便，成本低，测试精度高，试验数据丰富，环境因素对测试的影响极小，能够为***冲击起爆研究提供足够的数据支撑。本发明作为研究***的爆轰性能的测试手段，能够有效测定***的冲击起爆性能和爆轰性能，具有较高的应用价值和较好的应用前景，值得大规模推广和应用。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为受试楔形***的主视图。
图2为受试楔形***的侧视图。
图3为LiF窗口俯视图。
图4为LiF窗口主视图。
图5为光纤探针架的侧视图。
图6为光纤探针架的主视图。
图7为支撑架的主视图。
图8为支撑架的俯视图。
图9为支撑架的A-A向剖视图。
图10为安装完成后的试验装置示意图。
图11为采用本发明研究***冲击起爆性能的试验结果图。
图12为采用本发明试验方法获得的JBO-9021***的Pop关系曲线图。
图中标记：1为楔形***，2为楔形***固定架，3为固定装置，4为光纤探针架，5为光纤探针，6为LiF窗口。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
本发明的实验方法如下。
(1)首先，将受试***加工成楔形，得到楔形***，楔形***的楔形角一般选取15°～30°。同时，根据受试***冲击到爆轰距离和楔形角，确定受试***的底边长度，通常选取40～60mm；为了使受试***尽量避免边侧稀疏的影响，受试***的宽度要求≥40mm；同时，根据楔形***的尺寸加工与之匹配的LiF窗口。
图1为受试楔形***的主视图，图2为受试楔形***的侧视图。图3为LiF窗口俯视图，图4为LiF窗口主视图；其底边长度根据受试楔形***的尺寸确定，宽度一般选取10～20mm。
(2)根据测试条件下，受试***冲击起爆研究时，冲击到爆轰距离及所关注的区域，确定测试点数量和密度，并选择满足尺寸要求的光纤探针，本实施例中选取Ф1.8左右的光纤探针。
(3)选择具有较高强度和环境适应性(热膨胀系数较小)的透明材料(如有机玻璃)，加工成满足要求的光纤探针架。图5为光纤探针架的侧视图，图6为光纤探针架的主视图。
光纤探针架作为光线探针安装架，其用于将光线探针固定在垂直于受试楔形***表面，并距离受试***表面一定长度的固定位置。
(4)将LiF窗口安装在楔形***斜面的中心位置，安装固定后；再安装光纤探针架，光纤探针架的探针孔轴线需与楔形***斜面垂直，完成后将探针架与楔形***粘接牢固，保证两者的相对位置不变。本实施例中，光纤固定孔分为两排，两排光纤固定孔之间交错布置，如图6所示。光纤探针架通过固定装置与楔形***固定架相连。图7为支撑架的主视图，图8为支撑架的俯视图，图9为支撑架的A-A向剖视图。支撑架用于将受试楔形***、LiF窗口、探针架固定，保持相互之间的位置确定。
(5)将光纤探针的引线与激光干涉测速***连接。本实施例中，激光干涉测速***连接采用中国工程物理研究院流体物理研究所研制的PDV***。
(6)采用化爆加载或者气炮加载的方式，向受试***(即楔形***)的底面传入一个幅值确定的平面冲击波，采用PDV***记录受试***与LiF窗口界面多点的波后粒子速度剖面，从而根据波后粒子速度剖面研究***的冲击起爆性能。
图10为安装完成后的试验装置示意图。当向受试楔形***底面传入一个平面冲击波时，随着时间的推移，冲击波在受试***中不断发展，光纤探针记录达到受试楔形***/LiF窗口界面冲击波引起的粒子的运动速度，从而获取受试***的冲击起爆数据。
(二)实验结果
图11为采用本发明的新型试验方法研究JBO-9021***冲击起爆性能的试验结果，试验中，传入受试楔形***的初始冲击波压力为6.7GPa；1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#光纤探针分别安装在受试楔形***/LiF窗口界面距离楔形***底面4、5、6、7、8、9、10、11mm处。
图11中，从左至右依次为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#探针测试数据。
采用图11的试验结果经过数据处理后得到JBO-9021***在初始冲击波压力为6.7GPa时的冲击转爆轰的准确距离为8.49mm。
同时，采用图11的试验结果也可获得JBO-9021***的Pop关系，如图12和下式(1)所示：
log(X)＝(2.951±0.182)-(2.246±0.152)log(P)(10.3Gpa<P<27.1Gpa) (1)。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (7)
1.一种研究***冲击起爆性能的装置，其特征在于，包括支撑架、透明测定窗口、光纤探针架、用于与激光干涉测速***相连的光纤探针；
所述支撑架包括用于固定楔形***的楔形***固定架、设置在楔形***固定架上的固定装置，所述楔形***固定架包括竖直连接板、与竖直连接板相连的倾斜连接板，所述倾斜连接板与水平面的夹角为15～30°，所述倾斜连接板上设置有第一窗口，所述透明测定窗口设置在第一窗口上，透明测定窗口为LiF窗口；
所述光纤探针架设置在固定装置上，所述光纤探针架位于透明测定窗口上方，所述光纤探针架上设置有若干个光纤固定孔，所述光纤探针设置在光纤固定孔上，所述光纤探针的轴线与楔形***斜面垂直，光纤探针至少为5个，根据测试条件下，受试***冲击起爆研究时冲击到爆轰距离及设定的测定区域，确定光纤探针数量和密度；采用透明材料制备所需光纤探针架，光纤探针架上设置有用于固定光纤探针的光纤固定孔；
当向受试楔形***底面传入一个平面冲击波时，随着时间的推移，冲击波在受试***中不断发展，光纤探针记录达到受试楔形***/LiF窗口界面冲击波引起的粒子的运动速度，从而获取受试***的冲击起爆数据。
2.根据权利要求1所述研究***冲击起爆性能的装置，其特征在于，所述透明测定窗口沿竖直方向的剖面呈直角梯形。
3.根据权利要求1所述研究***冲击起爆性能的装置，其特征在于，所述光纤探针架采用透明材料制备而成。
4.根据权利要求1所述研究***冲击起爆性能的装置，其特征在于，所述光纤探针架与固定装置粘结相连。
5.根据权利要求1～4任一项所述研究***冲击起爆性能的装置，其特征在于，所述光纤固定孔分为至少两排排列，每排光纤固定孔的中心连线与光纤探针架的侧边平行。
6.根据权利要求5所述研究***冲击起爆性能的装置，其特征在于，相邻两排光纤固定孔交错布置。
7.采用权利要求1～6任一项所述装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备楔形***
将受试***加工成楔形，楔形***斜面与底面构成的楔形角为15°～30°，同时，依据制备的楔形***制备楔形***固定架，该楔形***固定架包括竖直连接板、与楔形***相配合的倾斜连接板，竖直连接板与倾斜连接板连接为一体，倾斜连接板上设置有第一窗口，并在楔形固定架上设置固定装置；
(2)光纤探针设定
根据测试条件下，受试***冲击起爆研究时冲击到爆轰距离及设定的测定区域，确定光纤探针数量和密度；
(3)制作光纤探针架
采用透明材料制备所需光纤探针架，光纤探针架上设置有用于固定光纤探针的光纤固定孔；
(4)安装固定
根据楔形***的尺寸，加工与其相匹配的透明测定窗口，透明测定窗口为LiF窗口，且透明测定窗口设置在第一窗口上楔形***斜面的中心位置，再将光纤探针架安装在固定装置上，并将光纤探针设置在光纤固定孔内，光纤探针的轴线与楔形***斜面垂直，并将光纤探针架与支撑架、楔形***与支撑架分别固定，保证光纤探针架与楔形***的相对位置不变；
(5)测试准备
将光纤探针与激光干涉测速***相连；
(6)实验测试
采用化爆加载或者气炮加载的方式，向楔形***底面传入一个幅值确定的平面冲击波，通过激光干涉测速***记录楔形***与透明测定窗口界面多点的波后粒子速度剖面；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |