CN103673790A - 一种震荡冲击试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种震荡冲击试验装置，包括传感器、示波器、架座、身管座、两个身管连接箍、两个身管、导向管、运载器、发射器和发射器座；架座固定在试验台上，身管座和发射器座分别固定于架座两端且两者同轴；两个身管分别通过身管连接箍与身管座、发射器座同轴连接；两个身管的另一端均固定在导向管内部；运载器安装在与发射器座相连接的身管内；两个身管的侧壁上沿轴向均匀设置多个压力传感器；压力传感器连接示波器；发射器安装在发射器座内。该装置能够较好地模拟发射药床膛内震荡冲击状态，能够客观真实地评价发射药作用过程中的力学性能，通过撞击前后药粒破碎状态的比较，获得不同发射药动态力学强度的基本性能，为研究高强度发射药、提高高膛压火炮技术水平提供技术手段。

Description

一种震荡冲击试验装置

技术领域

本发明属于火炸药技术领域，具体涉及一种震荡冲击试验装置。

背景技术

随着枪炮武器性能的不断提高，对弹丸发射能源的发射药也提出了更高的要求，如为提高弹丸初速、增加弹丸炮口动能，需提高发射药能量水平；为提高武器自身的战场适应性，需提高武器低易损性。要实现上述目标，各国普遍采取的办法是添加高能固体组份以提高发射药能量水平，或添加低敏感固体炸药以提高发射药低易损性，所以当今新型发射药均以高固体含量的三基药为主。

在提高发射药性能的同时，也带来了新的问题，突出地表现为发射药强度降低，使火炮发射安全性大大降低，发射药在燃烧冲击下破碎而导致发射过程中发生膛胀和膛炸的事故时有发生，严重阻碍了新型发射药的研究发展。因此，发射药强度以及相应的试验方法的研究得到重视和开展。

在高装填密度发射装药中，不均匀的底部点火容易引起膛内压力波。压力波造成发射药床震荡冲击，引起发射药破碎，燃面增加，燃气生成速率猛增，导致压力异常升高，内弹道性能不稳定，甚至引起膛炸事故。

目前国内外相关的发射药力学性能试验方法较多，其中典型的检测方法有冲击摆试验、落锤试验、霍普金斯杆试验方法、半密闭爆发器试验以及气体炮冲击试验等方法。冲击摆试验中，发射药样品需做成一定尺寸的单孔管状药，与实际的发射装药的样品不同，不能反映真实的发射药样品强度；落锤试验和霍普金斯杆试验，需对发射药端面进行打磨处理，处理状态对发射药强度测试有较大影响，测试精度不足，且针对单粒发射药进行试验，无法反映药床撞击时相互撞击挤压的状况；半密闭爆发器试验没有涉及发射药床撞击作用过程；模拟发射药床撞击与挤压的气体炮冲击试验，在一定程度上模拟了发射药在武器发射过程中的撞击与挤压状态，但试验条件的控制不稳定，而且无法模拟发射药在武器膛内的多次撞击与挤压作用过程。

综上，现有所有的试验方法与实际的发射药床的震荡撞击状态不同，受力状态不能真实反映实际状态，测试结果的真实性受到限制。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种震荡冲击试验装置，该装置能够较好地模拟发射药床膛内震荡冲击状态，能够客观真实地评价发射药作用过程中的力学性能，通过撞击前后药粒破碎状态的比较，获得不同发射药动态力学强度的基本性能，为研究高强度发射药、提高高膛压火炮技术水平提供技术手段。同时，在航空航天等领域存在震荡冲击的环境下，该试验装置也同样适用于这些部件的强度及可靠性试验。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以解决：

一种震荡冲击试验装置，包括传感器、示波器、架座、身管座、两个身管连接箍、两个身管、导向管、运载器、发射器和发射器座；其中，所述架座固定在试验台上，所述身管座和发射器座分别固定于架座两端且两者同轴；两个身管分别通过身管连接箍与身管座、发射器座同轴连接；两个身管的另一端均固定在导向管内部，且两个身管和导向管均同轴，三者的内腔连通为一个圆柱形的内腔；运载器安装在与发射器座相连接的身管内，两者之间有间隙，运载器能够沿两个身管与导向管形成的圆柱形空腔来回移动；两个身管的侧壁上沿轴向均匀设置多个压力传感器，用于测量身管上各段的压力；每个压力传感器均连接示波器；发射器安装在发射器座内，且发射器座的内腔与发射器的发射端以及所述的圆柱形空腔相连通；两个身管的侧壁上沿轴向均匀设置多个压力传感器，每个压力传感器均连接示波器。

本发明还包括如下其他技术特征：

所述身管座为一个两端开口的筒体，其内孔为圆形的台阶状孔，且身管座的内径较小段的末端设有圆柱状凸台，该凸台上连接有一座堵头将身管座的该端封闭；

所述发射器座为一两端开口的筒体，其内孔为圆形的台阶状孔，该台阶状孔将发射器座分为半径较大的第一段和半径较小的第二段；第一段设有内螺纹；第二段的末端设有圆柱状凸台，该凸台上也连接有一座堵头将第二段的末端封闭；

所述身管是带有一耳台且其两端设有外螺纹的圆钢管；

所述身管连接箍是带有台阶状内孔的圆筒，其内孔带有内螺纹；

所述导向管为一个两端开口的管体，该管体的内孔为两端大且中间小的台阶状孔；导向管两端的部分上均设有一个沿径向的连接孔。

所述身管连接箍的半径较大段的内径与身管座的内径较大段的外径和发射器座的第一段的外径均相等；身管连接箍的半径较小段的内径等于身管的外径；第一个身管的一端安装在身管座内径较大段的内部，第一个身管连接箍螺接在两者接口处的外部从而将该接口密封；第二个身管的一端安装在发射器座的第一段内，第二个身管连接箍螺接两者接口处的外部从而将该接口密封；两个身管的另一端均通过连接螺栓固定在导向管内部，且两个身管和导向管同轴，三者的内腔连通为一个圆柱形的内腔。

所述运载器由运载器筒和运载器堵头组成；所述运载器筒为一端封闭的筒体，该筒体的开口端设有内螺纹；运载器堵头为外壁为台阶状的圆柱，其外径较小端设有与运载器筒的内螺纹相匹配的外螺纹，运载器堵头螺接在运载器筒的开口端；运载器筒的外径和运载器堵头外径较大段的外径相等。

所述发射器包括发射器本体、喷孔堵头、破片、密封胶木、点火堵头、第一电极、第二电极和压紧堵；其中，发射器本体是一带有两端大且中间小的台阶状内孔的圆柱体，该台阶状内孔将发射器本体分为发射段、中段和点火段；其中，发射段和点火段的内壁均设有内螺纹；喷孔堵头为一外壁为台阶状的圆柱体，其半径较小一段的外壁上有与发射器本体的发射段的内螺纹孔匹配；喷孔堵头的半径较小端螺接在发射器本体的发射段内；喷孔堵头的轴向上设有多个通孔；破片外径与发射器本体的发射段的内径相同的圆片；破片夹在喷孔堵头的下端面与发射器本体的中段的上端面之间；发射器本体的中段内安装有点火药包；点火堵头为一外壁为台阶状的圆柱体，其半径较小一段设有与发射器本体点火段的内螺纹匹配的外螺纹，点火堵头半径较小一段螺接在发射器本体的点火段内；点火堵头内沿轴向设有一上小下大的台阶状通孔，该台阶状通孔中安装密封胶木；密封胶木为管状，其上端开口正对点火堵头上端的开口；第二电极置于密封胶木内且其上端从点火堵头上端开口穿入发射器本体内后，通过金属丝连接点火药包；第一电极安装在点火堵头内且其上端也进入发射器本体后，通过金属丝连接点火药包。

所述破片的厚度为0.1mm。

所述发射器安装在发射器座的所述第二段内，且其轴向与发射器座的中心线垂直；发射器的喷孔堵头的通孔与发射器座的内孔相连通。

所述发射器座的第二段的侧壁上有一螺纹孔，该螺纹孔的中心线与其内腔的中心线垂直相交，且该螺纹孔与发射器座的内孔相通，所述发射器安装在螺纹孔内。

所述身管座和发射器座的第二段上的凸台设有外螺纹，所述头为带有与凸台的外螺纹匹配的内螺纹的圆形盖，座堵头与凸台螺接。

所述导向管的内孔的两端的部分的横截面均为半圆形，中间部分的横截面为四分之三的圆形。

本发明的优点如下：

1、由于发射器的设计采用发射药燃烧做功方式，同时，发射器的喷孔堵头上设计的垫片以及沿其轴向的多个通孔的设计，使得本发明可以产生高压气体，从而具有反应快、做功能力强的特点，可实现运载器的快速冲击。

2、通过两个身管以及导向管形成的圆柱形空腔的设计，以及各组件开口处的密封处理（如座堵头、身管连接箍、压紧堵头、密封胶木等），使得本发明的装置能够实现反复震荡，真实地模拟在发射装药由于膛内压力波造成的震荡冲击过程。同时，在身管上均匀安装多个压力传感器，并将它们与示波器相连接，能够反映身管各个区段的震荡冲击情况。

3、发射器能够从发射器座中方便地安装和拆卸，实验过程操作简便。且装置各组件均采用螺纹连接，拆装方便。

附图说明

图1为本发明的震荡冲击试验装置的结构示意图。

图2为发射器座的结构示意图。

图3为发射器的结构示意图。

图4为身管与发射器座连接图。

图5为导向管的结构示意图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

如图1、图4和图5所示，本实施例的震荡冲击试验装置，包括示波器2、传感器1、架座5、身管座6、两个身管连接箍8、两个身管9、导向管10、运载器11、发射器12和发射器座13。其中：

架座5为长方体，由方钢制成，两边有8个孔，用以安装身管座6和发射器座13。

身管座6为一个两端开口的筒体，其内孔为圆形的台阶状孔，且身管座6的内径较小段的末端设有外螺纹圆柱状凸台，该凸台上螺接有一座堵头4将身管座6的该端封闭；座堵头4为带有与凸台的外螺纹匹配的内螺纹的圆形盖。

发射器座13为一两端开口的筒体，其内孔为圆形的台阶状孔，该台阶状孔将发射器座13分为半径较大的第一段和半径较小的第二段；第一段设有内螺纹；第二段的末端设有外螺纹圆柱状凸台，该凸台上也螺接有一座堵头4将第二段的末端封闭，且第二段的侧壁上有一螺纹孔17，该螺纹孔17的中心线与其内腔的中心线垂直相交，且该螺纹孔17与发射器座13的内孔相通；

身管9是带有一耳台9-1且其两端设有外螺纹的圆钢管；

身管连接箍8是带有台阶状内孔的圆筒，其内孔带有内螺纹。

如图5所示，导向管10为一个两端开口的管体，该管体的内孔为两端大且中间小的台阶状孔，该内孔的两端的部分的横截面均为半圆形，中间部分的横截面为四分之三的圆形；导向管10两端的部分上均设有一个沿径向的连接孔10-1。

如图2、图3所示，发射器12包括发射器本体12-8、喷孔堵头12-1、破片12-2、密封胶木12-3、点火堵头12-4、第一电极12-5、第二电极12-6和压紧堵头12-7。其中，发射器本体12-8是一带有两端大且中间小的台阶状内孔的圆柱体，该台阶状内孔将发射器本体12-8分为发射段、中段和点火段；其中，发射段和点火段的内壁均设有内螺纹；喷孔堵头12-1为一外壁为台阶状的圆柱体，其半径较小一段的外壁上有与发射器本体12-8的发射段的内螺纹孔匹配；喷孔堵头12-1的半径较小端螺接在发射器本体12-8的发射段内；喷孔堵头12-1的轴向上设有5个通孔12-9，所述通孔12-9的直径为1mm；破片12-2是厚度为0.1mm且外径与发射器本体12-8的发射段的内径相同的圆片；破片12-2夹在喷孔堵头12-1的下端面与发射器本体12-8的中段的上端面之间；发射器本体12-8的中段内安装有点火药包14；点火堵头12-4为一外壁为台阶状的圆柱体，其半径较小一段设有与发射器本体12-8点火段的内螺纹匹配的外螺纹，点火堵头12-4半径较小一段螺接在发射器本体12-8的点火段内；点火堵头12-4内沿轴向设有一上小下大的台阶状通孔，该台阶状通孔中安装密封胶木12-3；密封胶木12-3为管状，其上端开口正对点火堵头12-4上端的开口；第二电极12-6置于密封胶木12-3内且其上端从点火堵头12-4上端开口穿入发射器本体12-8内后，通过金属丝15连接点火药包14；第一电极12-5安装在点火堵头12-4内且其上端也进入发射器本体12-8后，通过金属丝15连接点火药包14。

发射器12安装在发射器座13的所述第二段上的螺纹孔17内，且发射器12轴向与发射器座13的中心线垂直；发射器12的喷孔堵头12-1的通孔12-9与发射器座13的内孔相连通。

运载器11的材质为铝，如图1、图4所示，运载器11由运载器筒11-2和运载器堵头11-1组成；所述运载器筒11-2为一端封闭的筒体，该筒体的开口端设有内螺纹；运载器堵头11-1为外壁为台阶状的圆柱，其外径较小端设有与运载器筒11-2的内螺纹相匹配的外螺纹，运载器堵头11-1螺接在运载器筒11-2的开口端；运载器筒11-2的外径和运载器堵头11-1外径较大段的外径相等。

架座5通过地脚螺栓固定于水泥试验基台上，身管座6和发射器座13分别通过螺栓7固定于架座5两端且两者同轴；两个身管9分别通过身管连接箍8与身管座6、发射器座13同轴连接；

身管连接箍8的半径较大段的内径与身管座6的内径较大段的外径和发射器座13的第一段的外径均相等；身管连接箍8的半径较小段的内径等于身管9的外径；第一个身管9的一端安装在身管座6内径较大段的内部，第一个身管连接箍8螺接在两者接口处的外部从而将该接口密封；第二个身管9的一端安装在发射器座13的第一段内，第二个身管连接箍8螺接两者接口处的外部从而将该接口密封；两个身管9的另一端均通过连接螺栓3固定在导向管10内部，且两个身管9和导向管同轴，三者的内腔连通为一个圆柱形的内腔；两个身管9的侧壁上沿轴向均匀设置多个压力传感器1，用于测量身管9上各段的压力；每个压力传感器1均连接示波器2。

运载器11安装在与发射器座13相连接的身管9内，两者之间有间隙，运载器11能够沿两个身管9与导向管10形成的圆柱形空腔来回移动。

本实施例中，主要部件如身管座6、身管连接箍8、身管9、导向管10、发射器12和发射器座13均采用30CrMnSi经机械加工制成。

本实施例的装置的装配过程：

如图1所示，将架座5通过地脚螺栓固定于水泥试验基台上，身管座6和发射器座13通过螺栓7固定于架座5上，身管9通过身管连接箍8与身管座6和发射器座13连接，左、右身管之间通过导向管10连接；身管上分别安装压力传感器并与示波器连接。样品装于运载器11中，将运载器11安装在发射器座13相连接的身管9的底部，之后安装身管连接箍8。将破片12-2放入发射器本体12-8的发射端，旋入喷孔堵头12-1，点火堵头12-4旋入发射器本体12-8的点火端，点火堵头12-4内依此放入密封胶木12-3和电极12-6，并旋入压紧堵头12-7压紧，塞入电极12-5，将装配好的发射器12的发射端向内旋入发射器座13的第二段侧壁上设置的内螺纹孔。将运载器筒11-2内装入试验样品，将运载器堵头11-1旋入运载器筒11-2组成运载器11，试验时放入身管9的底部。

本实施例的应用试验过程如下：

试验时对点火器进行点火，点火电流激发通过金属丝15连接在第一电极12-5和第二电极12-6上的点火药包14，点火药包14燃烧点燃发射器12内的发射装药16，发射装药16燃烧产生的燃气使发射器12内压力迅速上升，当压力达到一定值后，高压气体冲破破片12-2，通过喷孔堵头12-1进入发射器座13内孔，推动身管9内的运载器11快速沿右边的身管9向左运动，通过导向管10进入左边的身管9，左边的身管9内气体被压缩，压力上升，当运载器11即将运动到右边的身管9底部时，身管座6腔内气体压力达最大，这时高压气体存储的能量开始对运载器11反向作用，推动运载器11快速返回即向右沿身管9运动，如此反复，形成发射药床运载器11的反复震荡冲击。压力传感器1采集身管9压力变化曲线通过示波器2显示，根据发射药床运载器11经过压力传感器1时压力变化特征，读取对应位移的时间，计算出运载器11经过身管9中不同区段的平均速度，以及运载器11的往返次数。由于运载器11进入身管9会形成压缩气体产生压力，对运载器11有反作用，所以最后运载器11会停在空间开放的导向管10内，卸下导向管10，取出运载器11，拆开运载器11取出试验样品。

震荡试验记录

Claims (9)

1.一种震荡冲击试验装置，其特征在于，包括传感器（1）、示波器（2）、架座（5）、身管座（6）、两个身管连接箍（8）、两个身管（9）、导向管（10）、运载器（11）、发射器（12）和发射器座（13）；其中，所述架座（5）固定在试验台上，所述身管座（6）和发射器座（13）分别固定于架座（5）两端且两者同轴；两个身管（9）分别通过身管连接箍（8）与身管座（6）、发射器座（13）同轴连接；两个身管（9）的另一端均固定在导向管（10）内部，且两个身管（9）和导向管均同轴，三者的内腔连通为一个圆柱形的内腔；运载器（11）安装在与发射器座（13）相连接的身管（9）内，两者之间有间隙，运载器（11）能够沿两个身管（9）与导向管（10）形成的圆柱形空腔来回移动；两个身管（9）的侧壁上沿轴向均匀设置多个压力传感器（1），用于测量身管（9）上各段的压力；每个压力传感器（1）均连接示波器（2）；发射器（12）安装在发射器座（13）内，且发射器座（13）的内腔与发射器（12）的发射端以及所述的圆柱形空腔相连通；两个身管（9）的侧壁上沿轴向均匀设置多个压力传感器（1），每个压力传感器（1）均连接示波器（2）。

2.如权利要求1所述的震荡冲击试验装置，其特征在于，所述身管座（6）为一个两端开口的筒体，其内孔为圆形的台阶状孔，且身管座（6）的内径较小段的末端设有圆柱状凸台，该凸台上连接有一座堵头（4）将身管座（6）的该端封闭；

所述发射器座（13）为一两端开口的筒体，其内孔为圆形的台阶状孔，该台阶状孔将发射器座（13）分为半径较大的第一段和半径较小的第二段；第一段设有内螺纹；第二段的末端设有圆柱状凸台，该凸台上也连接有一座堵头（4）将第二段的末端封闭；

所述身管（9）是带有一耳台（9-1）且其两端设有外螺纹的圆钢管；

所述身管连接箍（8）是带有台阶状内孔的圆筒，其内孔带有内螺纹；

所述导向管（10）为一个两端开口的管体，该管体的内孔为两端大且中间小的台阶状孔；导向管（10）两端的部分上均设有一个沿径向的连接孔（10-1）；

所述身管连接箍（8）的半径较大段的内径与身管座（6）的内径较大段的外径和发射器座（13）的第一段的外径均相等；身管连接箍（8）的半径较小段的内径等于身管（9）的外径；第一个身管（9）的一端安装在身管座（6）内径较大段的内部，第一个身管连接箍（8）螺接在两者接口处的外部从而将该接口密封；第二个身管（9）的一端安装在发射器座（13）的第一段内，第二个身管连接箍（8）螺接两者接口处的外部从而将该接口密封；两个身管（9）的另一端均通过连接螺栓（3）固定在导向管（10）内部，且两个身管（9）和导向管同轴，三者的内腔连通为一个圆柱形的内腔。

3.如权利要求1所述的震荡冲击试验装置，其特征在于，所述运载器（11）由运载器筒（11-2）和运载器堵头（11-1）组成；所述运载器筒（11-2）为一端封闭的筒体，该筒体的开口端设有内螺纹；运载器堵头（11-1）为外壁为台阶状的圆柱，其外径较小端设有与运载器筒（11-2）的内螺纹相匹配的外螺纹，运载器堵头（11-1）螺接在运载器筒（11-2）的开口端；运载器筒（11-2）的外径和运载器堵头（11-1）外径较大段的外径相等。

4.如权利要求1所述的震荡冲击试验装置，其特征在于，所述发射器（12）包括发射器本体（12-8）、喷孔堵头（12-1）、破片（12-2）、密封胶木（12-3）、点火堵头（12-4）、第一电极（12-5）、第二电极（12-6）和压紧堵头（12-7）；其中，发射器本体（12-8）是一带有两端大且中间小的台阶状内孔的圆柱体，该台阶状内孔将发射器本体（12-8）分为发射段、中段和点火段；其中，发射段和点火段的内壁均设有内螺纹；喷孔堵头（12-1）为一外壁为台阶状的圆柱体，其半径较小一段的外壁上有与发射器本体（12-8）的发射段的内螺纹孔匹配；喷孔堵头（12-1）的半径较小端螺接在发射器本体（12-8）的发射段内；喷孔堵头（12-1）的轴向上设有多个通孔（12-9）；破片（12-2）外径与发射器本体（12-8）的发射段的内径相同的圆片；破片（12-2）夹在喷孔堵头（12-1）的下端面与发射器本体（12-8）的中段的上端面之间；发射器本体（12-8）的中段内安装有点火药包（14）；点火堵头（12-4）为一外壁为台阶状的圆柱体，其半径较小一段设有与发射器本体（12-8）点火段的内螺纹匹配的外螺纹，点火堵头（12-4）半径较小一段螺接在发射器本体（12-8）的点火段内；点火堵头（12-4）内沿轴向设有一上小下大的台阶状通孔，该台阶状通孔中安装密封胶木（12-3）；密封胶木（12-3）为管状，其上端开口正对点火堵头（12-4）上端的开口；第二电极（12-6）置于密封胶木（12-3）内且其上端从点火堵头（12-4）上端开口穿入发射器本体（12-8）内后，通过金属丝（15）连接点火药包（14）；第一电极（12-5）安装在点火堵头（12-4）内且其上端也进入发射器本体（12-8）后，通过金属丝（15）连接点火药包（14）。

5.如权利要求4所述的震荡冲击试验装置，其特征在于，所述破片（12-2）的厚度为0.1mm。

6.如权利要求4所述的震荡冲击试验装置，其特征在于，所述发射器（12）安装在发射器座（13）的所述第二段内，且其轴向与发射器座（13）的中心线垂直；发射器（12）的喷孔堵头（12-1）的通孔（12-9）与发射器座（13）的内孔相连通。

7.如权利要求6所述的震荡冲击试验装置，其特征在于，所述发射器座（13）的第二段的侧壁上有一螺纹孔（17），该螺纹孔（17）的中心线与其内腔的中心线垂直相交，且该螺纹孔（17）与发射器座（13）的内孔相通，所述发射器（12）安装在螺纹孔（17）内。

8.如权利要求1所述的震荡冲击试验装置，其特征在于，所述身管座（6）和发射器座（13）的第二段上的凸台设有外螺纹，所述头（4）为带有与凸台的外螺纹匹配的内螺纹的圆形盖，座堵头（4）与凸台螺接。

9.如权利要求1所述的震荡冲击试验装置，其特征在于，所述导向管（10）的内孔的两端的部分的横截面均为半圆形，中间部分的横截面为四分之三的圆形。

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