CN105954320B - 一种研究炸药冲击起爆性能的装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研究炸药冲击起爆性能的装置及其实验方法，目的在于解决在炸药冲击起爆试验中，锰铜计和电磁粒子速度计的厚度和安装缝隙都会影响测试精度，且锰铜计的测试精度受环境温度的影响较为严重，而电磁粒子速度计的应用成本较高，高速扫描相机获得的数据信息量小，无法反映波后流场状态的问题。其包括支撑架、透明测定窗口、光纤探针架、光纤探针，支撑架包括楔形炸药固定架、固定装置，楔形炸药固定架包括竖直连接板、倾斜连接板，倾斜连接板与水平面的夹角为15~30°，倾斜连接板上设置有第一窗口。本发明能够在一发试验中获得高密度多点的波后粒子速度剖面，从而为研究炸药的冲击起爆性能和爆轰性能提供数据支撑。

Description

一种研究炸药冲击起爆性能的装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及炸药领域，尤其炸药冲击测试领域，具体为一种研究炸药冲击起爆性能的装置及其实验方法。

背景技术

炸药是战斗部的重要组成部分，炸药的冲击起爆性能一直是爆轰学领域非常令人关注的研究课题。炸药冲击起爆研究的对象是，炸药中传播的冲击波逐步发展，并转化为爆轰波的过程。并且，炸药在生产加工、贮存、运输及使用过程中，发生的误爆与炸药的冲击起爆密切相关。因此，研究炸药的冲击起爆过程，对于研究其起爆机理、安全性能均有非常重要的意义，并对炸药的应用(包括各类武器弹药的发展)具有重要的实际意义。

为了获得更丰富、更准确、更可靠的试验数据，国内外许多学者对炸药冲击起爆试验方法进行了研究。从电探针、石英计、高速摄影技术，到锰铜压力计、电磁粒子速度计的应用，炸药冲击起爆试验的测试精度和时间分辨率越来越高，测试数据也趋于更丰富。

目前，炸药冲击起爆试验中，应用较广的有电磁粒子速度计、高速摄影技术、和锰铜计。然而，这些测试方法均存在一定程度的局限：1)锰铜计和电磁粒子速度计的厚度和安装缝隙都会影响测试精度，且锰铜计的测试精度受环境温度的影响较为严重；2)电磁粒子速度计的应用成本较高；3)高速扫描相机获得的数据信息量小，无法反映波后流场状态。

为此，迫切需要一种新的装置或方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对在炸药冲击起爆试验中，锰铜计和电磁粒子速度计的厚度和安装缝隙都会影响测试精度，且锰铜计的测试精度受环境温度的影响较为严重，而电磁粒子速度计的应用成本较高，高速扫描相机获得的数据信息量小，无法反映波后流场状态的问题，提供一种研究炸药冲击起爆性能的装置及其实验方法。本发明能够测试炸药冲击起爆过程中波后粒子速度剖面，并在一发试验中获得高密度多点的波后粒子速度剖面，从而为研究炸药的冲击起爆性能和爆轰性能提供数据支撑。采用进行炸药冲击起爆性能测定，具有测试精度高，试验数据丰富，安装简单等优点，且环境因素对测试的影响极小，具有较好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种研究炸药冲击起爆性能的装置，包括支撑架、透明测定窗口、光纤探针架、用于与激光干涉测速系统相连的光纤探针；

所述支撑架包括用于固定楔形炸药的楔形炸药固定架、设置在楔形炸药固定架上的固定装置，所述楔形炸药固定架包括竖直连接板、与竖直连接板相连的倾斜连接板，所述倾斜连接板与水平面的夹角为15～30°，所述倾斜连接板上设置有第一窗口，所述透明测定窗口设置在第一窗口上；

所述光纤探针架设置在固定装置上，所述光纤探针架位于透明测定窗口上方，所述光纤探针架上设置有若干个光纤固定孔，所述光纤探针设置在光纤固定孔上，所述光纤探针的轴线与楔形炸药斜面垂直。

所述透明测定窗口为LiF窗口。

所述透明测定窗口沿竖直方向的剖面呈直角梯形。所述透明测定窗口的两个直角位于其竖直方向下端。

所述光纤探针架采用透明材料制备而成。作为优选，所述光纤探针架采用有机玻璃制备而成。

所述光纤探针架与固定装置粘结相连。

所述光纤固定孔分为至少两排排列，每排光纤固定孔的中心连线与光纤探针架的侧边平行。

相邻两排光纤固定孔交错布置。

所述光纤探针为至少5个。

所述光纤探针为8个。

采用前述装置的实验方法，包括如下步骤：

(1)制备楔形炸药

将受试炸药加工成楔形，楔形炸药斜面与底面构成的楔形角为15°～30°，同时，依据制备的楔形炸药制备楔形炸药固定架，该楔形炸药固定架包括竖直连接板、与楔形炸药相配合的倾斜连接板，竖直连接板与倾斜连接板连接为一体，倾斜连接板上设置有第一窗口，并在楔形固定架上设置固定装置；

(2)光纤探针设定

根据测试条件下，受试炸药冲击起爆研究时冲击到爆轰距离及设定的测定区域，确定光纤探针数量和密度；

(3)制作光纤探针架

采用透明材料制备所需光纤探针架，光纤探针架上设置有用于固定光纤探针的光纤固定孔；

(4)安装固定

根据楔形炸药的尺寸，加工与其相匹配的透明测定窗口，并透明测定窗口设置在第一窗口上楔形炸药斜面的中心位置，再将光纤探针架安装在固定装置上，并将光纤探针设置在光纤固定孔内，光纤探针的轴线与楔形炸药斜面垂直，并将光纤探针架与支撑架、楔形炸药与支撑架分别固定，保证光纤探针架与楔形炸药的相对位置不变；

(5)测试准备

将光纤探针与激光干涉测速系统相连；

(6)实验测试

采用化爆加载或者气炮加载的方式，向楔形炸药底面传入一个幅值确定的平面冲击波，通过激光干涉测速系统记录楔形炸药与透明测定窗口界面多点的波后粒子速度剖面。

所述步骤(1)中，透明测定窗口为LiF窗口。

依据步骤(6)中激光干涉测速系统记录的楔形炸药与透明测定窗口界面多点的波后粒子速度剖面，分析受试炸药的冲击起爆性能。

针对前述问题，本发明提供一种研究炸药冲击起爆性能的装置及其实验方法，以在一发试验中获得高密度多点的波后粒子速度剖面，从而为研究炸药的冲击起爆性能和爆轰性能提供数据支撑。本发明中提供一种研究炸药冲击起爆性能的装置，其将楔形炸药和激光干涉测速技术进行结合。实验结果表明，本发明安装方便、成本低，且测试精度高、试验数据丰富，环境因素对测试的影响极小，数据重复性好，能够为炸药冲击起爆研究提供足够的数据支撑。

本发明中，首次将采用楔形炸药和激光干涉测速技术结合，并提供相应的测定装置，以满足炸药冲击起爆性能研究的需要。实际应用中，本发明的试验方法在一发试验中，即可获得8个点的波后粒子速度剖面，理论上，采用一发试验的试验数据即可获得反映炸药冲击起爆性能的Pop关系，同时可进一步推演波后流场，获得化学反应率方程参数。

进一步，光纤固定孔分为多排平行、交错布置，即光纤探针采用错位设计。作为优选，光纤固定孔分为两排，排与排之间的光纤探针错位布置。本发明采用错位设计的方法，避免了由于光线探针存在一定直径而降低了其布置密度的问题，有效提高了光纤探针在冲击波传播距离上的布置密度，为研究冲击起爆的细节提供了帮助。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：1)安装简单，一发试验的成本低于1000元，成本低；2)测试精度高，粒子速度测量的不确定度小于2％；3)一发试验中可以获得高密度多点(测试点间距为0.5mm，共8个测试点)的波后粒子速度剖面，试验数据丰富，具有显著的进步。

综上所述，本发明安装方便，成本低，测试精度高，试验数据丰富，环境因素对测试的影响极小，能够为炸药冲击起爆研究提供足够的数据支撑。本发明作为研究炸药的爆轰性能的测试手段，能够有效测定炸药的冲击起爆性能和爆轰性能，具有较高的应用价值和较好的应用前景，值得大规模推广和应用。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为受试楔形炸药的主视图。

图2为受试楔形炸药的侧视图。

图3为LiF窗口俯视图。

图4为LiF窗口主视图。

图5为光纤探针架的侧视图。

图6为光纤探针架的主视图。

图7为支撑架的主视图。

图8为支撑架的俯视图。

图9为支撑架的A-A向剖视图。

图10为安装完成后的试验装置示意图。

图11为采用本发明研究炸药冲击起爆性能的试验结果图。

图12为采用本发明试验方法获得的JBO-9021炸药的Pop关系曲线图。

图中标记：1为楔形炸药，2为楔形炸药固定架，3为固定装置，4为光纤探针架，5为光纤探针，6为LiF窗口。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

本发明的实验方法如下。

(1)首先，将受试炸药加工成楔形，得到楔形炸药，楔形炸药的楔形角一般选取15°～30°。同时，根据受试炸药冲击到爆轰距离和楔形角，确定受试炸药的底边长度，通常选取40～60mm；为了使受试炸药尽量避免边侧稀疏的影响，受试炸药的宽度要求≥40mm；同时，根据楔形炸药的尺寸加工与之匹配的LiF窗口。

图1为受试楔形炸药的主视图，图2为受试楔形炸药的侧视图。图3为LiF窗口俯视图，图4为LiF窗口主视图；其底边长度根据受试楔形炸药的尺寸确定，宽度一般选取10～20mm。

(2)根据测试条件下，受试炸药冲击起爆研究时，冲击到爆轰距离及所关注的区域，确定测试点数量和密度，并选择满足尺寸要求的光纤探针，本实施例中选取Ф1.8左右的光纤探针。

(3)选择具有较高强度和环境适应性(热膨胀系数较小)的透明材料(如有机玻璃)，加工成满足要求的光纤探针架。图5为光纤探针架的侧视图，图6为光纤探针架的主视图。

光纤探针架作为光线探针安装架，其用于将光线探针固定在垂直于受试楔形炸药表面，并距离受试炸药表面一定长度的固定位置。

(4)将LiF窗口安装在楔形炸药斜面的中心位置，安装固定后；再安装光纤探针架，光纤探针架的探针孔轴线需与楔形炸药斜面垂直，完成后将探针架与楔形炸药粘接牢固，保证两者的相对位置不变。本实施例中，光纤固定孔分为两排，两排光纤固定孔之间交错布置，如图6所示。光纤探针架通过固定装置与楔形炸药固定架相连。图7为支撑架的主视图，图8为支撑架的俯视图，图9为支撑架的A-A向剖视图。支撑架用于将受试楔形炸药、LiF窗口、探针架固定，保持相互之间的位置确定。

(5)将光纤探针的引线与激光干涉测速系统连接。本实施例中，激光干涉测速系统连接采用中国工程物理研究院流体物理研究所研制的PDV系统。

(6)采用化爆加载或者气炮加载的方式，向受试炸药(即楔形炸药)的底面传入一个幅值确定的平面冲击波，采用PDV系统记录受试炸药与LiF窗口界面多点的波后粒子速度剖面，从而根据波后粒子速度剖面研究炸药的冲击起爆性能。

图10为安装完成后的试验装置示意图。当向受试楔形炸药底面传入一个平面冲击波时，随着时间的推移，冲击波在受试炸药中不断发展，光纤探针记录达到受试楔形炸药/LiF窗口界面冲击波引起的粒子的运动速度，从而获取受试炸药的冲击起爆数据。

(二)实验结果

图11为采用本发明的新型试验方法研究JBO-9021炸药冲击起爆性能的试验结果，试验中，传入受试楔形炸药的初始冲击波压力为6.7GPa；1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#光纤探针分别安装在受试楔形炸药/LiF窗口界面距离楔形炸药底面4、5、6、7、8、9、10、11mm处。

图11中，从左至右依次为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#探针测试数据。

采用图11的试验结果经过数据处理后得到JBO-9021炸药在初始冲击波压力为6.7GPa时的冲击转爆轰的准确距离为8.49mm。

同时，采用图11的试验结果也可获得JBO-9021炸药的Pop关系，如图12和下式(1)所示：

log(X)＝(2.951±0.182)-(2.246±0.152)log(P)(10.3Gpa<P<27.1Gpa) (1)。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种研究炸药冲击起爆性能的装置，其特征在于，包括支撑架、透明测定窗口、光纤探针架、用于与激光干涉测速系统相连的光纤探针；

所述支撑架包括用于固定楔形炸药的楔形炸药固定架、设置在楔形炸药固定架上的固定装置，所述楔形炸药固定架包括竖直连接板、与竖直连接板相连的倾斜连接板，所述倾斜连接板与水平面的夹角为15～30°，所述倾斜连接板上设置有第一窗口，所述透明测定窗口设置在第一窗口上，透明测定窗口为LiF窗口；

所述光纤探针架设置在固定装置上，所述光纤探针架位于透明测定窗口上方，所述光纤探针架上设置有若干个光纤固定孔，所述光纤探针设置在光纤固定孔上，所述光纤探针的轴线与楔形炸药斜面垂直，光纤探针至少为5个，根据测试条件下，受试炸药冲击起爆研究时冲击到爆轰距离及设定的测定区域，确定光纤探针数量和密度；采用透明材料制备所需光纤探针架，光纤探针架上设置有用于固定光纤探针的光纤固定孔；

当向受试楔形炸药底面传入一个平面冲击波时，随着时间的推移，冲击波在受试炸药中不断发展，光纤探针记录达到受试楔形炸药/LiF窗口界面冲击波引起的粒子的运动速度，从而获取受试炸药的冲击起爆数据。

2.根据权利要求1所述研究炸药冲击起爆性能的装置，其特征在于，所述透明测定窗口沿竖直方向的剖面呈直角梯形。

3.根据权利要求1所述研究炸药冲击起爆性能的装置，其特征在于，所述光纤探针架采用透明材料制备而成。

4.根据权利要求1所述研究炸药冲击起爆性能的装置，其特征在于，所述光纤探针架与固定装置粘结相连。

5.根据权利要求1～4任一项所述研究炸药冲击起爆性能的装置，其特征在于，所述光纤固定孔分为至少两排排列，每排光纤固定孔的中心连线与光纤探针架的侧边平行。

6.根据权利要求5所述研究炸药冲击起爆性能的装置，其特征在于，相邻两排光纤固定孔交错布置。

7.采用权利要求1～6任一项所述装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备楔形炸药

将受试炸药加工成楔形，楔形炸药斜面与底面构成的楔形角为15°～30°，同时，依据制备的楔形炸药制备楔形炸药固定架，该楔形炸药固定架包括竖直连接板、与楔形炸药相配合的倾斜连接板，竖直连接板与倾斜连接板连接为一体，倾斜连接板上设置有第一窗口，并在楔形固定架上设置固定装置；

(2)光纤探针设定

根据测试条件下，受试炸药冲击起爆研究时冲击到爆轰距离及设定的测定区域，确定光纤探针数量和密度；

(3)制作光纤探针架

采用透明材料制备所需光纤探针架，光纤探针架上设置有用于固定光纤探针的光纤固定孔；

(4)安装固定

根据楔形炸药的尺寸，加工与其相匹配的透明测定窗口，透明测定窗口为LiF窗口，且透明测定窗口设置在第一窗口上楔形炸药斜面的中心位置，再将光纤探针架安装在固定装置上，并将光纤探针设置在光纤固定孔内，光纤探针的轴线与楔形炸药斜面垂直，并将光纤探针架与支撑架、楔形炸药与支撑架分别固定，保证光纤探针架与楔形炸药的相对位置不变；

(5)测试准备

将光纤探针与激光干涉测速系统相连；

(6)实验测试

采用化爆加载或者气炮加载的方式，向楔形炸药底面传入一个幅值确定的平面冲击波，通过激光干涉测速系统记录楔形炸药与透明测定窗口界面多点的波后粒子速度剖面；

依据步骤(6)中激光干涉测速系统记录的楔形炸药与透明测定窗口界面多点的波后粒子速度剖面，分析受试炸药的冲击起爆性能。