CN103133129B - 利用炸药起爆过程的压力控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用炸药起爆过程的压力控制装置，这种利用炸药起爆过程的压力控制装置包括起爆装置，位于起爆装置一侧的至少两层被发炸药，以及位于相邻被发炸药之间且与被发炸药贴合的惰性材料隔板；所述惰性材料隔板的每一侧面与被发炸药接触的面积均小于或等于惰性材料隔板该侧面的面积；所述被发炸药的直径大于炸药临界起爆直径；所述起爆装置引爆后产生的冲击波，通过被发炸药与惰性材料隔板的过程中，压力呈波动性，且冲击波既不会令被发炸药达到爆轰状态，也不会令被发炸药熄灭。所述利用炸药起爆过程的压力控制装置使用安全，可以实现对外界提供具有高能量密度的持续动力。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压动力装置，尤其是涉及一种利用炸药作为动力来源的装置。
背景技术
一般情况下，炸药的化学及物理性质稳定，不论环境是否密封，药量多少，甚至在外界零供氧的情况下，只要有较强的能量激发，炸药就会对外界时进行稳定的爆轰式作功。炸药爆炸时，能释放出大量的热能并产生高温高压气体，对周围物质起破坏、抛掷、压缩等作用。爆炸反应的一个突出点是反应的高速性，许多普通化学反应放出的热量虽比炸药放出的热量多，但反应过程进行缓慢，而爆炸反应在十万分之几秒至百分之几秒内完成，比一般化学反应快千万倍。由于反应的高速性，反应所产生的热量在极短的瞬间来不及扩散，形成的高温高压气体产物，使炸药具有很大的功率。炸药的反应过程短暂、反应释放的能量高等特性，已广泛应用于武器、定向爆破等领域。
由于炸药的反应释放的能量高，研究扩大炸药的应用领域相当有意义，如应用于动力装置领域。如申请号为200810210053.0的中国发明专利“炸药内燃机”，申请号为200510020480.9的中国发明专利“炸药发动机”，申请号为200410050260.6的中国发明专利“炸药内燃发动机”。但目前炸药用于动力装置还没有很好解决炸药使用过程中的安全问题以及控制反应压力等问题。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述炸药应用于动力装置中存在的安全问题以及反应压力难以控制的问题，提供一种利用炸药起爆过程的压力控制装置。
本发明采用以下技术方案：
一种利用炸药起爆过程的压力控制装置，包括起爆装置，位于起爆装置一侧的至少两层被发炸药，以及位于相邻被发炸药之间且与被发炸药贴合的惰性材料隔板；所述惰性材料隔板的每一侧面与被发炸药接触的面积均小于或等于惰性材料该侧面的面积；所述被发炸药的直径大于炸药临界起爆直径；所述起爆装置引爆后产生的冲击波，通过被发炸药与惰性材料隔板的过程中，压力呈波动性，且冲击波既不会令被发炸药达到爆轰状态，也不会令被发炸药熄灭。
所述利用炸药起爆过程的压力控制装置还包括壳体，所述起爆装置、被发炸药、惰性材料隔板均位于壳体内；所述惰性材料隔板贴合于壳体的内壁，并且两者相固定；距离起爆装置最远的被发炸药与外界相通，或与被作用体相接；所述被作用体为这种利用炸药起爆过程的压力控制装置对其提供动力的装置。
所述被发炸药按照与起爆装置的距离，从近到远分别定义为第一被发炸药、第二被发炸药、第三被发炸药等；所述惰性材料隔板按照与起爆装置的距离，从近到远分别定义为第一隔板、第二隔板等。第一被发炸药在受到起爆装置所产生的冲击波作用下，第一被发炸药压力幅值逐渐增强，增强的冲击波随后进入第一隔板，在惰性介质中，冲击波逐渐衰减；之后又进入第二被发炸药，依次类推；冲击波在经过被发炸药与隔板的过程中，不断地增强和减弱。在一定的起爆压力下，通过调整被发炸药的厚度以及隔板的厚度，使得冲击波幅值在某一恒定的数值上呈现出波动性，同时冲击波的压力既不令被发炸药达到爆轰状态，也不会令被发炸药熄灭，从而实现对炸药爆轰压力的控制。被发炸药的持续反应，可以实现利用炸药起爆过程的压力控制装置对外界提供持续的动力。
所述被发炸药的尺寸均相同，所述惰性材料隔板的尺寸均相同；所述引爆装置反应后产生的冲击波经单层被发炸药增加的压力值等于经过单层惰性材料隔板衰减的压力值。那么，冲击波的压力就能基本稳定在一定的压力上，波形较恒定，压力得到控制，波形不再陡峭，能够很好的在工业生产中加以利用。
所述被发炸药的尺寸与惰性材料隔板的尺寸相同。
所述被发炸药、惰性材料隔板均呈圆柱体状。
所述被发炸药为自持爆轰炸药，自持爆轰炸药的尺寸大于其临界爆轰尺寸。
所述惰性材料隔板为铜隔板。
相对现有技术，本发明的有益效果为：
1、被发炸药在反应的过程中不会达到爆轰状态，从而解决使用炸药作为动力来源的安全问题；
2、被发炸药持续反应，可以实现对外界提供持续的动力；
3、炸药反应产生的冲击波幅值在某一恒定的数值上呈现出波动性，从而实现对炸药爆轰压力的控制。
附图说明
图1为本发明第一实施例的结构示意图。
图2为TNT被发炸药起爆压力时程曲线。
图3为铜隔板厚度与中心压力曲线。
图4为壳体内压力与位置曲线。
图5为本发明第二实施例的结构示意图。
图中：1-壳体，2-引爆装置，3-第一被发炸药，4-第二被发炸药，5-第三被发炸药，6-第一铜隔板，7-第二铜隔板。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步描述。
图1所示为本发明利用炸药起爆过程的压力控制装置的第一实施例。该利用炸药起爆过程的压力控制装置包括引爆装置2，位于引爆装置2同一侧的三层被发炸药，位于相邻被发炸药之间且与被发炸药贴合的惰性材料隔板。所述引爆装置2为自持爆轰炸药，自持爆轰炸药的尺寸大于其临界爆轰尺寸；所述被发炸药、惰性材料隔板均呈圆柱体状，且被发炸药与惰性材料隔板的直径相等，所述惰性材料隔板为铜隔板，所述被发炸药的直径大于炸药临界起爆直径。所述被发炸药按照与起爆装置的距离，从近到远分别定义为第一被发炸药3、第二被发炸药4、第三被发炸药5，所述第三被发炸药5与外界相通；所述铜隔板按照与起爆装置的距离，从近到远分别定义为第一铜隔板6、第二铜隔板7。应该理解，所述引爆装置2还可以为其它合适的引爆装置；所述被发炸药、惰性材料隔板还可以为其它合适的形状；所述惰性材料隔板还可以为其它合适惰性材料隔板；所述被发炸药的数量也可以为二层或三层以上。
第一被发炸药3在受到起爆装置所产生的冲击波作用下，第一被发炸药3压力幅值逐渐增强，增强的冲击波随后进入第一铜隔板6，在惰性介质中，冲击波逐渐衰减；之后又进入第二被发炸药4，依次类推；冲击波在经过被发炸药与隔板的过程中，不断地增强和减弱。在一定的起爆压力下，通过调整被发炸药的厚度以及隔板的厚度，使得冲击波压力值在某一恒定的数值上呈现出波动性，且冲击波既不会令被发炸药达到爆轰状态，也不会令被发炸药熄灭。
不同的炸药起爆时间、压力是不同的，现以被发炸药为TNT炸药来进行说明。对于TNT炸药来说，其起爆压力时程曲线如图2所示，随着压力幅值的增大，冲击波压力也不断加速增长，最终达到稳定的爆轰状态，压力维持在某一数值上。
铜隔板为惰性材料，冲击波在惰性介质中传播，冲击波压力幅值不断衰减，图3为铜隔板中心位置处压力与厚度的关系曲线，随着铜隔板厚度的增大，冲击波压力呈指数形式降低。
通过对TNT被发炸药起爆压力曲线与铜隔板随厚度衰减曲线分析，当冲击波在TNT被发炸药中增加的压力能够恰好弥补铜隔板中衰减的压力时，那么一定幅值的冲击波在经过TNT被发炸药与铜隔板后压力仍然维持在该数值上。如果所有的被发TNT炸药尺寸是相同的，所有的铜隔板尺寸也是相同的，那么起爆过程中的压力就能基本稳定在一定的压力上，波形较恒定，压力得到控制，波形不再陡峭，能够很好的在工业生产中加以利用。
将TNT被发炸药的尺寸：厚度为2mm，直径为10mm；铜隔板的尺寸：厚度为2mm，直径为10mm代入构造的数值模拟模型后，通过数值模拟得到图4所示的压力-位置曲线，压力-位置曲线呈现波浪形。压力-位置曲线显示：在被发炸药中压力逐渐增大，而在铜隔板中压力衰减，从而能够控制压力的最大值在0.049Mbar，最小值在0.024Mbar，使得压力在最大值与最小值之间来回振荡。同时，压力既不能够继续上升使被发炸药达到爆轰状态，也不会衰减而令被发炸药熄灭，使被发炸药可以持续反应。同理，如果将被发炸药与铜隔板的厚度适当减小，则曲线上下极值也不断靠近，从而使得压力基本稳定在所需要的控制压力上波动，即可以很好的控制炸药起爆压力。
图5所示为本发明利用炸药起爆过程的压力控制装置的第二实施例。该利用炸药起爆过程的压力控制装置包括圆桶形壳体1，位于壳体1底部的引爆装置2，位于引爆装置2同一侧的三层圆柱形被发炸药，位于相邻被发炸药之间的圆柱形铜隔板；所述铜隔板贴合于壳体1的内壁，并且两者相固定。所述被发炸药的直径大于炸药临界起爆直径。所述被发炸药与铜隔板的尺寸相同。所述被发炸药按照与起爆装置的距离，从近到远分别定义为第一被发炸药3、第二被发炸药4、第三被发炸药5，所述第三被发炸药5与外界相通；所述铜隔板按照与起爆装置的距离，从近到远分别定义为第一铜隔板6、第二铜隔板7。
第一被发炸药3在受到起爆装置所产生的冲击波作用下，第一被发炸药3压力幅值逐渐增强，增强的冲击波随后进入第一铜隔板6，在惰性介质中，冲击波逐渐衰减；之后又进入第二被发炸药4，依次类推；冲击波在经过被发炸药与隔板的过程中，不断地增强和减弱。在一定的起爆压力下，通过调整被发炸药的厚度以及隔板的厚度，使得冲击波压力值在某一恒定的数值上呈现出波动性，且冲击波既不会令被发炸药达到爆轰状态，也不会令被发炸药熄灭。
以上所述实施例仅表达了本发明的两种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种利用炸药起爆过程的压力控制装置，其特征在于：包括起爆装置，位于起爆装置一侧的至少三层被发炸药，以及位于相邻被发炸药之间且与被发炸药贴合的惰性材料隔板；所述惰性材料隔板的每一侧面与被发炸药接触的面积均小于或等于惰性材料隔板该侧面的面积；所述被发炸药的直径大于炸药临界起爆直径；所述起爆装置引爆后产生的冲击波，通过被发炸药与惰性材料隔板的过程中，压力呈波动性，且冲击波既不会令被发炸药达到爆轰状态，也不会令被发炸药熄灭。
2.根据权利要求1所述的利用炸药起爆过程的压力控制装置，其特征在于：还包括壳体，所述起爆装置、被发炸药、惰性材料隔板均位于壳体内；所述惰性材料隔板贴合于壳体的内壁，并且两者相固定；距离起爆装置最远的被发炸药与外界相通，或与被作用体相接。
3.根据权利要求1或2所述的利用炸药起爆过程的压力控制装置，其特征在于：所述被发炸药的尺寸均相同，所述惰性材料隔板的尺寸均相同；所述引爆装置反应后产生的冲击波经单层被发炸药增加的压力值等于经过单层惰性材料隔板衰减的压力值。
4.根据权利要求3所述的利用炸药起爆过程的压力控制装置，其特征在于：所述被发炸药的尺寸与惰性材料隔板的尺寸相同。
5.根据权利要求4所述的利用炸药起爆过程的压力控制装置，其特征在于：所述被发炸药、惰性材料隔板均呈圆柱体状。
6.根据权利要求1或2所述的利用炸药起爆过程的压力控制装置，其特征在于：所述被发炸药为自持爆轰炸药，自持爆轰炸药的尺寸大于其临界爆轰尺寸。
7.根据权利要求1或2所述的利用炸药起爆过程的压力控制装置，其特征在于：所述惰性材料隔板为铜隔板。
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