CN104237306A - 一种含铝炸药爆炸过程中铝粉反应完全性的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝粉的反应完全性测量方法,解决了含铝炸药爆炸过程中动态反应完全性的表征问题。本发明基于过程测量,结合密闭爆炸器,通过实时测量和记录含铝炸药爆炸过程中的温度时程曲线和压力时程曲线综合评价铝粉的反应情况。与传统的爆热测量方法相比,该方法具有针对铝粉反应过程表征、动态表征等特点。适用于评价配比相同的凝聚相含铝炸药中不同规格铝粉的随时间的反应情况。
Description
技术领域
本发明属于火炸药技术领域,具体涉及一种表征含铝炸药爆炸过程中铝粉反应完全性的测量方法,该方法可直接针对相同配方、但铝粉尺度不同的含铝炸药在爆炸过程中的反应完全性进行实时表征。
背景技术
大量实践表明,含铝炸药在爆炸过程中实际释放的能量远低于其设计值,且随着铝粉与炸药配比的不断增加,这一问题日渐突出,分析表明,这主要是由含铝炸药中铝粉的不完全反应引起,其根本原因在于含铝炸药的非理想爆轰特性。含铝炸药是一类典型的非理想炸药,由于铝粉在爆轰过程中的反应速度低于凝聚相炸药,其能量释放速率具有明显的动力学特性,因此其反应完全性与尺度和时间相关。在含铝炸药中铝粉爆炸反应完全性表征方面,目前国内外常用爆热量热法和圆筒试验。但这些测量方法存在以下问题:
(1)爆热法主要采用量热手段来表征单位质量炸药的爆炸反应放热量。为了保证测量结果的准确性,爆热试验所用的高精度温度计要求试验时间长达数小时,且其测量结果为静态值,该装置无法表征含铝炸药中铝粉的反应过程,其测量结果不具有时间尺度。
(2)圆筒试验主要通过观察内部装药在爆轰后的壳体膨胀速度得到炸药爆炸释能转化的比动能等参数,以此得到炸药的能量转化率,该实验结果具有时间标尺,但作为一种间接方法,该试验值是炸药爆炸后能量转化值,受热损失影响,该值通常低于真实值,且试验成本高昂。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明提供了一种表征含铝炸药爆炸过程中铝粉反应完全性的实时测量方法,该方法利用密闭容器,通过测温、测压系统可对含铝炸药的爆炸过程中进行实时测量和记录,通过通气装置可实现炸药爆气体产物的采集。
为了实现上述任务,本发明采取如下的技术解决方案:
含铝炸药爆炸过程中铝粉反应完全性的测量方法,具体包括如下步骤:
步骤1:将温度传感器、压力传感器固定在弹盖上;
步骤2:将待测炸药试样固定在密闭罐体中心;
步骤3:将雷管插入待测炸药试样中;
步骤4:将弹盖与弹体闭合并密封弹体;
步骤5:利用通气装置进行试验环境设置,先利用真空泵对密闭爆发器作抽真空处理,然后利用高压气瓶向密闭爆发器充入不同压力的气体;
步骤6:将压力传感器的供电部分与电源连接,将压力传感器的信号输出经同轴数据线缆与数据采集仪连接,将温度传感器输出与电荷放大器连接,将电荷放大器另一端与数据采集仪连接;
步骤7:打开数据采集仪、电荷放大器,对数据采集仪设置采样长度、采样频率、触发方式及触发电平,设置电荷放大器的输出电压及应变放大倍数;
步骤8:将外部铜轴连接起爆器并起爆试样;
步骤9:数据采集仪实时采集数据,并将采集到的数据转换为压力-时间曲线和温度-时间曲线,温度-时间曲线直接表征了铝粉随时间的反应情况。
本发明还包括如下其他技术特征:密闭爆发器为钢制圆柱型弹体,其中高为380~420mm,外径260~280mm,内径178~198mm,壁厚40~42mm,内容积为5.5~6.0L,且弹体内部加装的内衬防护层。弹盖上预留有若干小孔以用于连接点火装置、通气装置、采气装置、压力传感器和温度传感器,以及各连接处的密封方式设计。所述温度传感器采用耐高压钨铼热电偶,其测温范围为10~2000℃响应时间达10-5s;最大可耐压力达135MPa。所述压力传感器采用超高温硅压阻传感器,其压力上限为140bar,耐高温能力-55℃到538℃。所述电荷放大器输出信号放大100~1000倍。
与现有技术相比,本发明的有益效果体现在以下几个方面:1)本发明所使用的密闭爆炸容器可用于不同药量的爆炸试验。2)本发明所使用的通气装置可充入不同气体来模拟不同环境,爆炸后可通过该装置采集爆炸气体产物。3)本发明使用测量装置安装在密闭爆炸容器内部,可对含铝炸药爆炸过程中铝粉的温度和压力曲线进行实时测量,对铝粉的反应完全性进行表征。4)通过数据采集仪的采样长度及采样频率参数的设定,可获取试样爆炸后不同时间尺度下的压力-时间曲线和温度-时间曲线。5)本实验在实验室内完成,与现有技术相比,具有低成本、快速测量以及过程测量的特点。
附图说明
图1是本发明所使用的系统安装示意图。
图2是实施例1得到的含铝炸药爆炸后1秒内的温度时程曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详述。
参见图1,本发明的含铝炸药爆炸过程中铝粉反应完全性测量方法,具体包括如下步骤:
步骤1:将温度传感器8、压力传感器4固定在弹盖5上,具体操作如下:将温度传感器通过M20mm*1mm的螺纹固定在弹盖底部,温度传感器距弹盖中心为3-5cm,每次试验前用组合锉刀打磨传感器的敏感面,确保其电阻低于10Ω。将压力传感器通过螺纹固定在弹盖上,传感器底部与弹体内部相连,传感器距弹盖中心为6~8cm。
步骤2:将待测炸药试样9固定在密闭罐体1中心,具体操作如下:为保证药柱上端面和弹盖底部相距18cm,首先用一定长度的棉线绑定待测炸药试样,然后透明胶带将其固定,最后将棉线打结并将棉线两端分别固定在弹盖底部的两端螺丝上。
步骤3:将雷管2插入待测炸药试样9中,具体操作如下:为确保雷管发挥正常作用,首先需要选择性能正常的雷管,即通过雷管表测量雷管电阻值,正常雷管的测量值应在2-3Ω范围内;然后用砂纸打磨弹盖下的铜轴,用导线短接弹盖上的铜轴6后,将雷管线两端与弹盖下部铜轴连接,连接过程中需一人接线,一人手持雷管以免雷管与弹体碰撞或摩擦;最后缓慢将雷管插入待测试样预留的雷管孔中。
步骤4:将弹盖5与弹体1闭合并密封弹体,具体操作如下:首先将弹盖5缓慢落入弹体1中,然后用真空橡皮圈3和钢圈填充弹盖闭合形成的凹槽,最后通过钢圈7与罐体1的螺纹连接以及对下部凹槽中钢圈和橡皮圈的挤压实现弹体密封。
步骤5:利用通气装置9进行试验环境设置,具体操作如下:首先用扳手打开通气装置,然后利用真空泵、氮气瓶和氩气瓶与通气口相连,通过放气和充气过程实现试验环境的变换与模拟。
步骤6:将压力传感器4的供电部分与电源连接,将压力传感器的信号输出经同轴数据线缆与数据采集仪11连接,将温度传感器8输出与电荷放大器10连接,将电荷放大器另一端与数据采集仪11连接;
步骤7:打开数据采集仪11、电荷放大器10,对数据采集仪11设置采样长度、采样频率、触发方式及触发电平,设置电荷放大器10的输出电压及应变放大倍数;试验前,先对测量试验系统进行检测,若数据不正常,则需检查温度传感器8、压力传感器4的安装及信号传输线是否出现故障,有故障则需检修排除故障;如数据正常,则根据试验目的和试验方案设置数据测量参数。
步骤8:将外部铜轴6连接起爆器并起爆试样,具体操作如下:首先取下外部铜轴6,其次将起爆线一侧短接,将另一侧的两根导线与铜轴连接,然后将短接的导线拆开与起爆器相连,最后将起爆器充电10-15秒后起爆炸药试样。
步骤9:数据采集仪11实时采集数据,并将采集到的数据转换为压力-时间曲线和温度-时间曲线。试验结束后,关闭测试仪器电源,清理爆炸罐内部气体(若无后续分析要求)及残渣以待下次实验。
本发明各部件的选择如下:密闭爆发器为钢制圆柱型弹体,其中高为380~420mm,外径260~280mm,内径178~198mm,壁厚40~42mm,内容积为5.5~6.0L,且弹体内部加装的内衬防护层。弹盖上预留有若干小孔以用于连接点火装置、通气装置、采气装置、压力传感器和温度传感器,以及各连接处的密封方式设计。所述温度传感器采用耐高压钨铼热电偶,其测温范围为10~2000℃,响应时间达10-5s;最大可耐压力达135MPa。所述压力传感器采用超高温硅压阻传感器,其压力上限为140bar,耐高温能力-55℃到538℃。电荷放大仪输出信号放大100~1000倍。数据采集仪9的采样频率为0.4MHz~2MHz,采样长度为0.2Mb~1.4Mb。
由于铝粉的主要作用在于提供热量,因此本方法用相同时间点的温度曲线值对比含铝炸药中铝粉在爆炸过程中的反应完全性,测得的温度电压值越高,则表明该配方所用铝粉具有较高的反应完全性。
对于温度传感器测量值,将该值除以放大倍数后,直接对照传感器手册即可得到实际气体温度与实验室温度差值。对于压力传感器测量值,将该值除以其灵敏系数后即可得到气相产物的压力值。
以下给出本发明的具体实施例,需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例,凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均属本发明的保护范围。实施例1:
遵循本发明的技术方案,本实施例中密闭爆发器为钢制圆柱型弹体,其中高为400mm,外径270mm,内径188mm,壁厚41mm,内容积为5.8L,且弹体内部加装的内衬防护层。试验条件为真空,待测试样规格为Φ25mm*25g,雷管电阻为1.0Ω;温度传感器采用耐高压钨铼热电偶,敏感面距离中心待测试样4cm,放大倍数为100倍;压力传感器采用超高温硅压阻传感器,距中心待测试样为20cm,电荷放大器采用YE3818动态应变仪。试验数据通过HBM公司的GEN5i进行采集,采集频率为10K/s,采集周期为51s。含铝炸药试样配方为RDX/Al(4μ)/粘结剂=60/35/5,在真空条件下爆炸的温度时程曲线见图2,表1为试样爆炸后不同时刻的测量值。
表1含铝炸药爆炸后不同时刻的测量结果
实施例2:
本实施例给出与实施例1所测炸药配方相同,所用测量仪器及测量方法完全相同,不同之处是本实施例炸药配方所用的铝粉具有不同的规格。其中试样1为4μ,试样2为13μ,试样3为26μ,试样4为片状,试样8为惰性材料,得到爆炸过程的参数曲线,爆炸后1秒采集和换算的温度和压力值见表2。
表2具有不同规格的铝粉的含铝炸药爆炸后1秒的测量结果
Claims (6)
1.一种含铝炸药爆炸过程中铝粉反应完全性的测量方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:将温度传感器(4)、压力传感器(8)固定在弹盖(5)上;
步骤2:将待测炸药试样(9)固定在密闭罐体(1)中心;
步骤3:将雷管(2)插入待测炸药试样(9)中;
步骤4:将弹盖(5)与弹体(1)闭合并密封弹体;
步骤5:利用通气装置(8)进行试验环境设置;
步骤6:将压力传感器(4)的供电部分与电源连接,将压力传感器的信号输出经同轴数据线缆与数据采集仪(11)连接,将温度传感器(8)输出与电荷放大器(10)连接,将电荷放大器另一端与数据采集仪(11)连接;
步骤7:打开数据采集仪(11)、电荷放大器(10),对数据采集仪(11)设置采样长度、采样频率、触发方式及触发电平,设置电荷放大器(10)的输出电压及应变放大倍数;
步骤8:将外部铜轴(6)连接起爆器并起爆试样;
步骤9:数据采集仪(11)实时采集数据,并将采集到的数据转换为压力-时间曲线和温度-时间曲线,其中温度-时间曲线直接表征了铝粉随时间的反应情况。
2.如权利要求1所述的含铝炸药爆炸过程中铝粉反应完全性的测量方法,其特征在于,密闭爆炸装置为钢结构的圆柱型弹体,其中高为380~420mm,外径260~280mm,内径178~198mm,壁厚40~42mm,内容积为5.5~6.0L,且弹体内部加装的内衬防护层。
3.如权利要求1所述的含铝炸药爆炸过程中铝粉的反应完全性测量方法,其特征在于,弹盖上预留有若干小孔以用于连接点火装置、通气装置、采气装置、压力传感器和温度传感器,以及各组件连接点的密封设计。
4.如权利要求1所述的含铝炸药爆炸过程中铝粉的反应完全性测量方法,其特征在于,所述温度传感器(8)采用耐高压钨铼热电偶,其测温范围为10~2000℃响应时间达10-5s;最大可耐压力达135MPa。
5.如权利要求1所述的含铝炸药爆炸过程中铝粉的反应完全性测量方法,其特征在于,所述压力传感器(4)采用超高温硅压阻传感器,其压力上限为140bar,耐高温能力-55℃到538℃,直流供电电源为9V。
6.如权利要求1所述的含铝炸药爆炸过程中铝粉的反应完全性测量方法,其特征在于,所述电荷放大器为10~100倍。
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C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141224 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |