CN103412108A - 一种温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，包括罐体，所述的罐体为密闭的双层罐体，在双层罐体之间设置有减震层；罐体一端设置有抽真空管，罐体的另一端开设有加装口，在加装口上安装有密封门，在密封门外侧的罐体上设置有罐体出口；在罐体内壁的圆周上均匀分布有传感器安装板，在传感器安装板上开设有传感器安装孔；在罐体上还设置有进气管、排气管和连接器。本发明建立的密闭爆炸罐环境，模拟了温压弹药实际使用的密闭环境，满足了温压炸药爆炸、后燃烧过程的条件，适合温压炸药温压效应评估试验。

Description

一种温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置

技术领域

本发明属于火炸药技术领域，主要涉及一种试验装置，特别是一种温压炸药温压效应的评估的密闭爆炸罐试验装置。

背景技术

温压炸药起爆后，首先是炸药的爆轰反应阶段，产生上升前沿陡峭的冲击波超压效应，随后进入到后燃烧反应阶段，爆炸产物与燃料颗粒与周围空气中的氧气湍流混合，产生氧化反应，释放大量的热和产生持续时间很长的准静态压力效应，对有限空间的软目标产生强大的毁伤效果，特别适合对付建筑物或防御工事内的有生力量。基于温压炸药对有限空间内软目标强大的杀伤能力，温压武器的研制成为世界军事强国研究的热点。在温压炸药的研制过程中，评价温压炸药温压效应是筛选温压炸药配方、指导装药工艺的基础，是研制新型温压炸药的关键技术。

我国对于温压炸药的研究起步较晚，对于温压炸药爆炸性能的研究尚处于探索、研究阶段，针对温压炸药温压效应的评估尚无统一的方法和标准。目前对于温压炸药温压效应的评估主要依据GJB5412-2005“燃料空气炸药(FAE)类弹种爆炸参数测试及爆炸威力评价方法”，通过温压炸药自由地面试验，测量爆炸冲击波超压参量来评价温压炸药的爆炸效应。实际上由于温压炸药在自由场环境和有限空间环境下爆炸效应的表现不完全相同，在自由地面环境下，温压炸药爆炸后产生的冲击波向四周扩散，由于缺乏反射屏障，爆炸冲击波迅速衰减，难以达到引发二次燃烧的条件，同时，爆轰产物和燃料颗粒与氧气的后燃烧仅局限于爆炸火球的内部区域，在火球靠近边界部分和火球外部难以引起燃烧反应，难以形成持续时间很长的高温和准静态压力的环境条件，仅仅依据自由地面试验测量得到的冲击波效应评价温压炸药的温压效应，是不全面的、不准确的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种评价温压炸药温压效应的爆炸罐试验装置，温压炸药在该罐体内爆炸，能够达到产生温压效应的条件，实现温压炸药温压效应的定量评估。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，包括罐体，所述的罐体为密闭的双层罐体，在双层罐体之间设置有减震层；罐体一端设置有抽真空管，罐体的另一端开设有加装口，在加装口上安装有密封门，在密封门外侧的罐体上设置有罐体出口；在罐体内壁的圆周上均匀分布有传感器安装板，在传感器安装板上开设有传感器安装孔；在罐体上还设置有进气管、排气管和连接器。

进一步地，所述的传感器安装板通过带颈法兰均匀安装在罐体内壁的同一圆周上，传感器安装板为圆形板，沿传感器安装板直径方向上设置有传感器安装孔，在传感器安装板的圆周上分布有用于和所述的带颈法兰紧固的通孔；带颈法兰与传感器安装板通过紧固螺钉紧固，带颈法兰的颈部穿透罐体；在带颈法兰与传感器安装板之间还设置有密封垫。

进一步地，所述的连接器通起爆线连接结构安装在罐体上，所述的起爆线连接结构包括垂直穿过罐体的钢管，钢管处于罐体内部的一端固结有内法兰盘，内法兰盘上固结有盖板；钢管的另一端固结有外法兰盘，外法兰盘上固结有压板；在钢管靠近外法兰盘一端的内壁上设置有凸环，凸环上开设有用于安装连接器的凹槽；在压板上设置有与所述的凹槽配合、用于紧固连接器的凸台；所述的连接器安装在凹槽中，在连接器上设置有接线柱，接线柱的一端通过穿过盖板的导线与罐体内部的起爆雷管的导线连接，接线柱的另一端与罐体外部的起爆器输出线连接。

进一步地，所述的双层罐体之间均匀设置有用于连接双层罐体的骨架，所述的骨架由多个十字交叉的方形扁钢制成，骨架与双层罐体的外层罐体固结，在骨架上开设有螺纹孔，双层罐体的内层罐体上设置有与所述的螺纹孔配合的通孔，内层罐体通过紧固螺钉与骨架固结。

进一步地，所述的罐体出口为圆筒状出口，该罐体出口的直径等于密封门的直径，在罐体出口的内壁上固结有大支架和均匀分布的用于紧固密封门的U型螺栓扣。

进一步地，所述的密封门为圆饼状密封门，密封门的内表面为球形面，在密封门外表面的圆周上设置有与所述的U型螺栓扣配合的螺柱，在螺柱上装配有螺母；密封门外表面的中心处固结有小支架，小支架与所述的大支架通过转臂连接，其中转臂的一端通过大转轴安装在大支架上，转臂的另一端通过小转轴安装在小支架上；在密封门外表面上小支架的一侧安装有手柄，手柄距离密封门中心的距离为密封门直径的四分之一。

进一步地，在罐体的加装口上设置有与密封门配合的用于密封罐体的O型密封圈，O型密封圈嵌装在加装口上开设的凹槽中。

进一步地，所述的进气管、排气管和抽真空管伸入罐体的一端均安装有表面开设多个气孔的半球罩，用于分散爆炸产生的冲击波；进气管的另一端联接一个电磁阀，排气管的另一端通过一个电磁阀连接抽风系统，抽真空管的另一端通过一个电磁阀与真空计和抽真空压缩机连接。

进一步地，所述的传感器安装孔中安装有压力传感器、热电偶传感器和压阻传感器，其中压力传感器的探头上涂有1mm厚的硅脂。

优选地，所述的双层罐体的外层罐体采用10mm厚的16MnR钢制成，双层罐体的内层罐体采用6mm厚的16MnR制成；所述的减震层采用细玻璃棉制成，减震层的厚度为70mm。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

（1）本发明建立的密闭爆炸罐环境，模拟了温压弹药实际使用的密闭环境，满足了温压炸药爆炸、后燃烧过程的条件，适合温压炸药温压效应评估试验。

（2）本发明装置中设置了进气装置、排气装置，可以快速的将罐体内爆炸气体排出；设置的抽真空装置，可以进行温压炸药在真空状态下或充填其他气体如氩气、氮气等惰性气体条件下爆轰性能的研究。

（3）在爆炸罐体布设冲击波压力传感器、热电偶传感器、压阻型压力传感器，可以测量温压炸药爆轰和后燃烧反应产生的冲击波压力曲线、热电偶响应温度曲线、准静态压力曲线，满足温压炸药的温压效应特征参量测试要求。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是图1的A-A剖面图；

图4是罐体出口结构图；

图5是转臂部分的结构图；

图6是密封门的剖视图；

图7为传感器安装板的结构图；

图8为传感器安装板和带颈法兰的剖视图；

图9为起爆线连接结构的结构图；

图10为半球罩的结构图；

图11为骨架的结构图；

图中各标号的含义为：1—罐体出口，101—大支架，102—U型螺栓扣，103—大转轴，2—加装口，3—密封门，301—螺母，302—小转轴，303—螺柱，4—罐体，5—小支架，6—传感器安装板，601—传感器安装孔，7—进气管，8—骨架，801—螺纹孔，9—抽真空管，10—抽真空压缩机，11—带颈法兰，12—排气管，13—起爆线连接结构，131—压板，132—钢管，133—外法兰盘，134—内法兰盘，135—盖板，136—凸台，14—连接器，141—接线柱，15—抽风系统，16—半球罩，17—气孔，18—减震层，19—手柄，20—转臂，21—起爆器输出线，22—起爆雷管的导线；

具体实施方式

本发明给出了一种评价温压炸药温压效应的爆炸罐试验装置，模拟温压炸药实际使用时的有限环境工况，通过测量温压炸药的温压效应特征参量，评价温压炸药的温压效应。以下给出本发明的具体实施例对本发明的技术方案进行进一步详细介绍。

实施例：

遵从上述技术方案，如图1至图3所示，一种温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，包括罐体4，所述的罐体4为密闭的双层罐体，在双层罐体之间设置有减震层18；罐体4一端设置有抽真空管9，罐体4的另一端开设有加装口2，在加装口2上安装有密封门3，在密封门3外侧的罐体4上设置有罐体出口1；在罐体4内壁的圆周上均匀分布有传感器安装板6，在传感器安装板6上开设有传感器安装孔601；在罐体4上还设置有进气管7、排气管12和连接器14。

本发明的主体结构为一个双层圆柱状密封罐体4，该罐体4是双层罐体，双层罐体的外层罐体为支架层，双层罐体的内层罐体为承压层，承压层和和支架层之间通过均匀分布的骨架8连接，骨架8是由多个十字交叉的方形扁钢铸造而成，在骨架8上分布有螺纹孔801，骨架8与支架层固结，在骨架8上分布有螺纹孔801，承压层上分布有与所述的螺纹孔801配合的圆孔；骨架8与支架层焊接，使支架层和承压层连接成一体，如图11所示。

在支架层和承压层之间的空腔中填装有由超细的玻璃棉制作成的减震层18，将罐体4内爆炸作用对承压层的振动作用吸收，减小对外界环境的影响。本实施例中，承压层由6mm厚16MnR钢制成，与骨架8通过紧固螺钉连接；支架层由10mm厚的16MnR钢制成，减震层18厚度为70mm。罐体4的内层尺寸为φ2.6m，长5米，罐体4抗爆炸能力小于7.0kgTNT当量。

罐体4一端开设有加装口2，加装口2为圆形开口，加装口2上安装有密封门3；在密封门3外侧的罐体4上设置有罐体出口1，如图4所示，该罐体出口1为通透的圆筒状出口，罐体出口1的一端贯接在罐体4设置密封门3一端的端面上且与罐体4同轴；该罐体出口1的直径与密封门3的直径相同，以便于密封门3的开启；在罐体出口1的内壁上均匀分布有用于紧固密封门3的U型螺栓扣102，其内壁上还设置有大支架101。本实施例中，罐体出口1的厚度为40mm的钢制罐体出口1。

如图4至图6所示，密封门3为圆饼状密封门，密封门3外表面为平面，内表面为球形面，能更好的抵御爆炸的冲击波作用；密封门3外表面的圆周上设置有与所述的U型螺栓扣102配合的螺柱303，螺柱303上装配有螺母301；在密封门3外表面的中心处固结有小支架5，小支架5与大支架101通过转臂20连接，转臂20的一端通过大转轴103安装在大支架101上，转臂20的另一端通过小转轴302安装在小支架5上，这样就形成了以大支架101为支撑点、大转轴103为轴的活动式连接结构，在密封门3外表面上小支架5的一侧安装有手柄19，手柄19距离密封门3中心的距离为密封门3直径的四分之一；拉动手柄19，可以将密封门3沿大转轴103转动，打开密封门3；关闭密封门3后，拧紧螺柱303上装配的螺母301，可实现罐体4的密封。为了保证密封效果，在加装口2上设置有与密封门3配合的O型密封圈，在加装口2圆周上开设有凹槽，O型密封圈嵌入在凹槽中，实现与密封门3的配合。

传感器安装板6通过带颈法兰11安装在罐体4内壁的同一个圆周上，均匀分布；本实施例中，在罐体4内壁上设置4个传感器安装板6。见图7和图8,其中带颈法兰11的颈部穿透并焊接在罐体4上；传感器安装板6为圆形板，沿传感器安装板6直径方向上设置有传感器安装孔601，传感器安装孔601穿透传感器安装板6，其结构与所使用的传感器的结构配合制作；在传感器安装板6的圆周上分布有用于和所述的带颈法兰11紧固的通孔，带颈法兰11的法兰盘上的固定孔和传感器安装板6上的通孔配合，通过紧固螺钉进行紧固，将传感器安装板6紧紧固定在带颈法兰11上；在传感器安装板6和带颈法兰11的紧固面之间还设置有密封垫。

如图9所示，所述的起爆线连接结构13包括垂直穿过罐体4的钢管132，钢管132处于罐体4内部的一端固结有内法兰盘134，钢管132的另一端设置有外法兰盘133，钢管132靠近外法兰盘133一端的内壁上设置有凸环，凸环即沿钢管132内壁圆周的凸起结构，凸环上开始有凹槽，该凹槽用于安装连接器14；外法兰盘133的外部通过螺栓紧固有压板131，压板131靠近凹槽的一面设置有与凹槽配合的用于紧固连接器14的凸台136，通过紧固外法兰盘133与压板131上的螺栓，凸台136将连接器14紧卡在凹槽中。内法兰盘134上固结有盖板135，盖板135为圆形钢板，大小与内法兰盘134相同，螺栓将盖板135与内法兰盘134紧固，其作用是阻挡罐体4内爆炸的冲击波，避免冲击波直接作用到连接器14上。

连接器14上设置有接线柱141，接线柱141与周围结构绝缘，接线柱141的一端通过穿过盖板135的导线与罐体4内部的起爆雷管的导线22连接，接线柱141的另一端与罐体4外部的起爆器输出线21连接。

进气管7、排气管12和抽真空管9的一端均伸入罐体4，在伸入罐体4的一端上均安装有表面开设有多个气孔17的半球罩16；半球罩16如图10所示；进气管7位于罐体4外部的一端安装有一个电磁阀，排气管12位于罐体4外部的一端通过一个电磁阀连接抽风系统15，抽真空管9位于罐体4外部的一端通过一个电磁阀与真空计和抽真空压缩机10连接；如果在进行温压炸药爆炸性能研究时需要真空或惰性气体环境，则首先对罐体4内部抽真空，通过真空计观察罐体4内真空度，达到真空度要求时，关闭抽真空压缩机10然后进行试验或给罐体4内充惰性气体。半球罩16的作用是，能使爆炸冲击波向不同的方向反射，避免冲击波直接作用到与管道连接的电磁阀上。

在每个传感器安装板6的传感器安装孔601中均安装有传感器，传感器按照试验要求可选择不同类型传感器和量程范围。本实施例中，每个传感器安装板6上设置3个传感器安装孔601，在安装孔中分别安装压力传感器、热电偶传感器和压阻传感器；其中压力传感器的探头上涂有1mm厚的硅脂，增大热阻，使爆炸后10ms时间内传导到压力传感器探头上的热量减少，减小热冲击对压力传感器性能的影响，提高冲击波压力测试的准确性。

利用本发明定量评估温压炸药温压效应的试验步骤如下：

1.将压力传感器、热电偶传感器和压阻传感器安装到传感器安装板6上的传感器安装孔601内；

2.将各传感器与数据采集系统连接，检查各传感器的工作状态是否正常；

3.将起爆线与连接器14的外部接线柱141连接，检查起爆线的两根导线是否完好，然后将起爆线短路；

4.打开密封门3，将试验炸药悬挂到罐体4内部的几何中心处，将雷管的导线穿过挡板的通孔连接到连接器14位于罐体4内部的接线柱141上，然后将雷管固定在试验炸药上；

5.关闭密封门3，将密封门3上的螺柱303穿过U型螺栓扣102，拧紧螺柱303上的螺母301，将密封门3紧紧密封到罐体出口1端面是上；

6.打开数据采集系统的电源，检查仪器设备的状态。确认正常后，将起爆线连接到起爆器上，给起爆器充电；再次确认数据采集系统和罐体4装置正常后，起爆雷管；

7.试验炸药在罐体4内爆炸后产生的冲击波、热作用到各传感器敏感面上，传感器响应的信号通过数据采集系统进行收集存储；

8.打开与排气管12连接的电磁阀，启动抽风系统15，将罐体4内爆炸产物气体排出；打开进气管7上的电磁阀，使环境空气进入到爆炸罐体4内；

9.当罐体4内爆炸产物气体排干净后，打开罐体4密封门3，准备下一次试验。

发明人采用本实施例的装置进行了2kg温压炸药（约4kg的TNT当量）温压效应的评估试验，测量数据如下表1所示：

表1温压效应测试结果

从测试结果可以看出，使用本发明能够测量温压炸药冲击波超压峰值、准静态压力、热电偶响应温度峰值,测量得到的温压炸药冲击波超压峰值与TNT相当，准静态压力是TNT的1.46倍，热响应温度是TNT的1.83倍。此结果说明了本发明能够实现温压炸药温压效应爆炸参量的测试，能够很好地完成炸药温压效应的评估试验。

Claims (10)

1.一种温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，包括罐体（4），其特征在于，所述的罐体（4）为密闭的双层罐体，在双层罐体之间设置有减震层（18）；罐体（4）一端设置有抽真空管（9），罐体（4）的另一端开设有加装口（2），在加装口（2）上安装有密封门（3），在密封门（3）外侧的罐体（4）上设置有罐体出口（1）；在罐体（4）内壁的圆周上均匀分布有传感器安装板（6），在传感器安装板（6）上开设有传感器安装孔（601）；在罐体（4）上还设置有进气管（7）、排气管（12）和连接器（14）。

2.如权利要求1所述的温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，其特征在于，所述的传感器安装板（6）通过带颈法兰（11）均匀安装在罐体（4）内壁的同一圆周上，传感器安装板（6）为圆形板，沿传感器安装板（6）直径方向上设置有传感器安装孔（601），在传感器安装板（6）的圆周上分布有用于和所述的带颈法兰（11）紧固的通孔；带颈法兰（11）与传感器安装板（6）通过紧固螺钉紧固，带颈法兰（11）的颈部穿透罐体（4）；在带颈法兰（11）与传感器安装板（6）之间还设置有密封垫。

3.如权利要求1所述的温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，其特征在于，所述的连接器（14）通起爆线连接结构（13）安装在罐体（4）上，所述的起爆线连接结构（13）包括垂直穿过罐体（4）的钢管（132），钢管（132）处于罐体（4）内部的一端固结有内法兰盘（134），内法兰盘（134）上固结有盖板（135）；钢管（132）的另一端固结有外法兰盘（133），外法兰盘（133）上固结有压板（131）；在钢管（132）靠近外法兰盘（133）一端的内壁上设置有凸环，凸环上开设有用于安装连接器（14）的凹槽，凹槽底部设置有O型密封圈；在压板（131）上设置有与所述的凹槽配合、用于紧固连接器（14）的凸台（136）；所述的连接器（14）安装在凹槽中，在连接器（14）上设置有接线柱（141），接线柱（141）的一端通过穿过盖板（135）的导线与罐体（4）内部的起爆雷管的导线（22）连接，接线柱（141）的另一端与罐体（4）外部的起爆器输出线（21）连接。

4.如权利要求1所述的温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，其特征在于，所述的双层罐体之间均匀设置有用于连接双层罐体的骨架（8），所述的骨架（8）由多个十字交叉的方形扁钢制成，骨架（8）与双层罐体的外层罐体固结，在骨架（8）上开设有螺纹孔（801），双层罐体的内层罐体上设置有与所述的螺纹孔（801）配合的圆孔，内层罐体通过紧固螺钉与骨架（8）固结。

5.如权利要求1所述的温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，其特征在于，所述的罐体出口（1）为圆筒状出口，该罐体出口（1）的直径等于密封门（3）的直径，在罐体出口（1）的内壁上固结有大支架（101）和均匀分布的用于紧固密封门（3）的U型螺栓扣（102）。

6.如权利要求5所述的温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，其特征在于，所述的密封门（3）为圆饼状密封门，密封门（3）的内表面为球形面，在密封门（3）外表面的圆周上设置有与所述的U型螺栓扣（102）配合的螺柱（303），在螺柱（303）上装配有螺母（301）；密封门（3）外表面的中心处固结有小支架（5），小支架（5）与所述的大支架（101）通过转臂（20）连接，转臂（20）的一端通过大转轴（103）安装在大支架（101）上，转臂（20）的另一端通过小转轴（302）安装在小支架（5）上；在密封门（3）外表面上小支架（5）的一侧安装有手柄（19），手柄（19）距离密封门（3）中心的距离为密封门（3）直径的四分之一。

7.如权利要求1所述的温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，其特征在于，在罐体（4）的加装口（2）上设置有与密封门（3）配合的用于密封罐体（4）的O型密封圈，O型密封圈嵌装在加装口（2）上开设的凹槽中。

8.如权利要求1所述的温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，其特征在于，所述的进气管（7）、排气管（12）和抽真空管（9）伸入罐体（4）的一端均安装有表面开设多个气孔（17）的半球罩（16），用于分散爆炸产生的冲击波；进气管（7）的另一端联接一个电磁阀，排气管（12）的另一端通过一个电磁阀连接抽风系统（15），抽真空管（9）的另一端通过一个电磁阀与真空计和抽真空压缩机（10）连接。

9.如权利要求1所述的温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，其特征在于，所述的传感器安装孔（601）中安装有压力传感器、热电偶传感器和压阻传感器，其中压力传感器的探头上涂有1mm厚的硅脂。

10.如权利要求1所述的温压炸药温压效应定量评估的密闭爆炸试验装置，其特征在于，所述的双层罐体的外层罐体采用10mm厚的16MnR钢制成，双层罐体的内层罐体采用6mm厚的16MnR制成；所述的减震层（18）采用细玻璃棉制成，减震层（18）的厚度为70mm。

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