CN105628737A - 化爆加载低温冲击起爆实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化爆加载低温冲击起爆实验装置及方法，该装置包括化爆冲击加载系统，隔板，被测样品、底座和低温控制系统，低温控制系统包括冷却装置、温度传感器和低温控制器；隔板包括隔热层和衰减层上下两层。所述方法是先确定传爆药，根据冲击波在材料中的衰减关系选择隔热层和衰减层，确定各层厚度，装配好实验装置，然后设定目标温度及冷却速率，待温度达到目标温度并且稳定时，引爆雷管，记录样品爆炸过程中的各种性能参数。本发明的装置直接对被测样品进行冷却，速度快、效率高、冷却均匀，传感器置入被测样品内部，温度反馈及时、精度高，隔板由隔热层和衰减层组成，冲击加载控制不会受到低温的影响。

Description

化爆加载低温冲击起爆实验装置及方法

技术领域

本发明的实施方式涉及含能材料爆轰性能测试技术、低温试验技术等领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种化爆加载低温冲击起爆实验装置及采用该装置进行化爆加载低温冲击起爆实验的方法。

背景技术

冲击起爆实验是研究含能材料爆轰性能的重要手段。含能材料的爆轰性能除与其本身的性质有关外，还与环境温度密切相关，因此，对含能材料的研究经常需要开展某一特定温度下的冲击起爆实验。

目前，对含能材料进行低于室温环境的冲击起爆实验最常用的方法是将整个实验装置置于低温实验箱中，如图1所示，化爆冲击加载系统103安放在隔板104上，隔板104安放在被测样品105上，被测样品105放置在底座106上，化爆冲击加载系统103、隔板104、被测样品105和底座106组成的整体放置在低温实验箱102里，通过低温控制系统101来控制低温实验箱102里的温度从而间接控制被测样品105的温度，该实验装置具有以下几点不足之处：

1、化爆冲击加载系统受到了低温环境影响。上述装置对被测样品进行冷却的同时不可避免地对化爆冲击加载系统进行了冷却，从而导致不同温度下初始冲击加载条件不一致。

2、温控精度较低。低温控制系统通过控制低温实验箱内的温度来间接控制被测样品的温度，这种间接控制容易出现温度反馈滞后，温控精度较低，样品温度容易“过冲”，从而影响试验结果。

3、温控效率较低。整个实验装置需要通过与周围环境热交换进行冷却，而整个实验箱内部空间较大，被测样品冷却过程缓慢，且冷却不均匀，样品内部容易出现温度梯度，需要较长的保温时间(1小时以上)才能使样品整体温度稳定到目标温度。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种化爆加载低温冲击起爆实验装置及采用该装置进行化爆加载低温冲击起爆实验的方法，以期望可以消除实验温度对化爆冲击加载系统的影响，较好地控制被测样品的温度，避免出现温度过冲现象，提高实验的精度，较快地使被测样品温度稳定在目标温度，节省实验时间。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种化爆加载低温冲击起爆实验装置，包括化爆冲击加载系统，隔板，被测样品和底座，所述化爆冲击加载系统置于隔板上，被测样品置于隔板和底座之间，该装置还包括低温控制系统，所述低温控制系统包括围绕在被测样品四周并与隔板和底座形成密闭空间的冷却装置、探入被测样品内部的温度传感器，以及接收温度传感器的信号并控制冷却装置以预定冷却速率将被测样品冷却至目标温度的低温控制器；所述隔板包括隔热层和衰减层上下两层。

上述化爆加载低温冲击起爆实验装置中，所述化爆冲击加载系统包括平面波透镜、放置在平面波透镜上的雷管和设置在平面波透镜下方的传爆药，所述传爆药位于隔热层上。

上述化爆加载低温冲击起爆实验装置中，所述隔热层由有机高分子材料制成。有机高分子材料种类很多，在选用具体种类时，根据其具有的隔热效果和冲击波衰减效果进行选择即可，比如可以选用聚四氟乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯等，但不限于这两种材料。

上述化爆加载低温冲击起爆实验装置中，所述衰减层由金属材料制成。金属材料种类很多，在选用具体种类时，根据其具有的冲击波衰减效果进行选择即可，比如可以选用铝、铜等，但不限于这两种材料。

上述化爆加载低温冲击起爆实验装置中，所述被测样品还可以内置压力传感器，压力传感器连接到压力监测系统上。

上述化爆加载低温冲击起爆实验装置中，所述压力传感器为应变片压力传感器。

本发明还提供了采用上述装置进行化爆加载低温冲击起爆实验的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据实验所需的初始冲击加载压力选择爆压合适的传爆药；

步骤2：根据冲击波在隔热层及衰减层中的衰减关系确定隔热层和衰减层的厚度；

步骤3：装配化爆加载低温冲击起爆实验装置；

步骤4：通过低温控制系统设定实验所需的目标温度以及温度冷却速率，然后启动冷却装置对被测样品进行降温；

步骤5：观察低温控制系统中温度传感器的反馈信息，当被测样品的温度达到目标温度且温度稳定时，引爆雷管进行冲击起爆实验。

上述化爆加载低温冲击起爆实验的方法中，步骤5所述温度稳定是指被测样品在所述目标温度±1℃范围内的保持时间≥10min。

下面对本发明的技术方案进行进一步的说明。

本发明所述的装置可以测试被测样品在不同冲击波压力下的起爆性能。冷却装置将被测样品冷却到某一低温并且在该温度下保持至少10min，确保被测样品内外无温差。由于隔热层将化爆冲击加载系统和低温控制系统隔开，因而在冷却被测样品时，低温控制系统不会对化爆冲击加载系统所处的环境的温度造成影响。然后引爆雷管，雷管引爆平面波透镜后作用于传爆药，传爆药爆炸产生的冲击波通过隔热层隔热和初步衰减，隔热层使被测样品的温度不受传爆药影响，接着通过衰减层进一步衰减后，冲击波压力减小，达到需要测定被测样品起爆情况的冲击波压力范围，该冲击波作用于低温被测样品，通过其它监测装置可以测得被测样品在该冲击波条件下的起爆情况。

本发明的装置直接对被测样品进行降温，能够迅速将被测样品的温度降低到目标温度，如-10℃等，且能够保持被测样品内外温度均匀一致，不形成梯度温度，在被测样品的表面温度降低到目标温度后，能够快速将被测样品整体温度都降低到目标温度，该过程只需十几分钟，而不需要像传统装置那样将被测样品在目标温度保温至少1小时以上，待被测样品达到目标温度且内外温度均匀一致时，即可进行实验。

更进一步的，本发明的装置使用的温度传感器的探头伸入到被测样品中心，可以实时反馈被测样品中心的温度，使被测样品中心也达到目标温度。

本发明的装置可以根据需要安装其它测试部件，如压力传感器等，压力传感器可以测定冲击起爆过程中压力的变化过程。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1、本发明的方法中冷却装置只对被测样品进行冷却，化爆冲击加载系统被隔热层隔开，从而冲击加载控制不会受到低温的影响。

2、本发明的方法中在被测样品内部置入了温度传感器以对被测样品的温度进行实时监测，因此，温度反馈及时，冷却控制到位，温控精度较高，不会出现温度过冲现象。

3、本发明方法中冷却装置对被测样品进行直接制冷，因此，冷却过程快，效率高，冷却均匀，被测样品整体温度稳定到目标温度所需时间短。

附图说明

图1为现有技术中的低温冲击起爆实验装置结构。

图2为本发明化爆加载低温冲击起爆实验装置结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的化爆加载低温冲击起爆实验装置结构如图2所示，包括化爆冲击加载系统，隔板，被测样品和底座。所述化爆冲击加载系统包括平面波透镜202、放置在平面波透镜202上的雷管201和设置在平面波透镜202下方的传爆药203；所述隔板包括隔热层204和衰减层205上下两层，所述化爆冲击加载系统置于隔板上，即所述传爆药203位于隔热层204上。被测样品208置于隔板和底座211之间，该装置还包括低温控制系统，所述低温控制系统包括围绕在被测样品208四周并与隔板和底座211形成密闭空间的冷却装置206、探入被测样品内部的温度传感器210，以及接收温度传感器210的信号并控制冷却装置206以预定冷却速率将被测样品208冷却至目标温度的低温控制器207。根据实验需要，本装置还可以设置其它测试器件，如压力传感器209，压力传感器209可以使用应变片压力传感器，嵌入在被测样品内，根据需要选择传感器数量和铺设方式，测定实验过程中压力变化。压力传感器连接到压力监测系统上(图中未示出)。

上述装置使用的隔热层选用有机高分子材料，例如聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，衰减层选用金属材料，例如铝、铜等，但不局限于这些材料，只要已知冲击波在材料中的衰减关系，并选择合适的材料厚度使冲击压力衰减到预定的压力即可

下面结合两个具体的实施例，来说明利用上述装置进行实验的方法。

实施例1

本次实验需要测定B炸药在3～4GPa压力加载下的冲击起爆性能。

根据实验目的，首先选择爆压较低(约20GPa)的TNT炸药作为传爆药。然后确定隔热层和衰减层的材料和厚度，隔热层是10mm厚的聚四氟乙烯板层，衰减层是18mm厚的金属铝板层。冲击波经隔热层和衰减层衰减后作用于被测样品的压力为3～4GPa。

按照图2所示的结构装配好实验装置。

在低温控制系统中设定目标温度为-15℃，冷却速率为3℃/min，然后启动冷却装置对B炸药样品进行降温，冷却装置可以是氟利昂冷凝器。冷却装置直接对B炸药样品进行降温，隔热层将B炸药样品和TNT炸药的环境隔开，冷却装置只会降低B炸药样品的温度，而不会将化爆冲击加载系统(TNT炸药、雷管、平面波透镜)所处的环境温度一起降低。降温过程中，温度传感器会实时反馈B炸药样品内部的温度，操作人员可以通过观察低温控制系统中的温度信息获得B炸药样品的温度情况。由于冷却装置需要降温的环境空间很小，很快即可将B炸药样品的温度降低到-15℃，且B炸药样品的内外温差消除快，因此当低温控制系统显示B炸药样品的温度达到-15℃时，只需在该温度下稳定10min(稳定是指波动范围不超过±1℃)，则可以确定B炸药样品内外温度都已经达到-15℃，此时再引爆雷管进行冲击起爆实验，利用压力传感器和示波器等装置记录起爆过程中的压力参数并生成分析数据，即可测得B炸药在-15℃低温、3～4GPa低压加载条件下的冲击起爆性能。

实施例2

本本次实验需要测定TATB炸药在15～16GPa压力加载下的冲击起爆性能。

根据实验目的，首先选择爆压较高(约为36GPa)的PBX9404炸药作为传爆药。然后确定隔热层和衰减层的材料和厚度，隔热层是10mm厚的聚四氟乙烯板层，衰减层是22mm厚的金属铝板层。冲击波经隔热层和衰减层衰减后作用于被测样品的压力为15～16GPa。

按照图2所示的结构装配好实验装置。

在低温控制系统中设定目标温度为0℃，冷却速率为2℃/min，然后启动冷却装置对TATB炸药样品进行降温，冷却装置可以是风冷冷凝器。冷却装置直接对TATB炸药样品进行降温，隔热层将TATB炸药样品和PBX9404炸药的环境隔开，冷却装置只会降低TATB炸药样品的温度，而不会将化爆冲击加载系统(PBX9404炸药、雷管、平面波透镜)所处的环境温度一起降低。降温过程中，温度传感器会实时反馈TATB炸药样品内部的温度，操作人员可以通过观察低温控制系统中的温度信息获得TATB炸药样品的温度情况。由于冷却装置需要降温的环境空间很小，很快即可将TATB炸药样品的温度降低到0℃，且TATB炸药样品的内外温差消除快，因此当低温控制系统显示TATB炸药样品的温度达到0℃时，只需在该温度下稳定10min(稳定是指波动范围不超过±1℃)，则可以确定TATB炸药样品内外温度都已经达到0℃，此时再引爆雷管进行冲击起爆实验，利用压力传感器和示波器等装置记录起爆过程中的压力参数并生成分析数据，即可测得TATB炸药在0℃低温、15～16GPa高压加载条件下的冲击起爆性能。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种化爆加载低温冲击起爆实验装置，包括化爆冲击加载系统(201,202,203)，隔板(204,205)，被测样品(208)和底座(211)，所述化爆冲击加载系统置于隔板上，被测样品置于隔板和底座之间，其特征在于还包括低温控制系统(206,207,210)，所述低温控制系统包括围绕在被测样品四周并与隔板和底座形成密闭空间的冷却装置(206)、探入被测样品内部的温度传感器(210)，以及接收温度传感器的信号并控制冷却装置以预定冷却速率将被测样品冷却至目标温度的低温控制器(207)；所述隔板包括隔热层(204)和衰减层(205)上下两层。

2.根据权利要求1所述的化爆加载低温冲击起爆实验装置，其特征在于所述化爆冲击加载系统包括平面波透镜(202)、放置在平面波透镜上的雷管(201)和设置在平面波透镜下方的传爆药(203)，所述传爆药(203)位于隔热层(204)上。

3.根据权利要求1所述的化爆加载低温冲击起爆实验装置，其特征在于所述隔热层由有机高分子材料制成。

4.根据权利要求1所述的化爆加载低温冲击起爆实验装置，其特征在于所述衰减层由金属材料制成。

5.根据权利要求1所述的化爆加载低温冲击起爆实验装置，其特征在于所述被测样品(208)内置压力传感器(209)，所述压力传感器连接到压力监测系统上。

6.根据权利要求5所述的化爆加载低温冲击起爆实验装置，其特征在于所述压力传感器为应变片压力传感器。

7.采用权利要求1～6任意一项所述的装置进行化爆加载低温冲击起爆实验的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：根据实验所需的初始冲击加载压力选择爆压合适的传爆药；

步骤2：根据冲击波在隔热层及衰减层中的衰减关系确定隔热层和衰减层的厚度；

步骤3：装配化爆加载低温冲击起爆实验装置；

步骤4：通过低温控制系统设定实验所需的目标温度以及温度冷却速率，然后启动冷却装置对被测样品进行降温；

步骤5：观察低温控制系统中温度传感器的反馈信息，当被测样品的温度达到目标温度且温度稳定时，引爆雷管进行冲击起爆实验。

8.根据权利要求7所述的化爆加载低温冲击起爆实验的方法，其特征在于步骤5所述温度稳定是指被测样品在所述目标温度±1℃范围内的保持时间≥10min。