CN106383142A - 一种炸药爆炸及传播特性试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炸药爆炸及传播特性试验装置，包括前端盖、罐体、双头螺柱、传感器、传感器安装座、内衬、后端盖、定位螺、法兰环、螺柱、传压管、传压管盖。其技术特点是，在装置中设置了的爆炸罐体和传压管道，在壁面上装配了传感器，获取各位置点的冲击波压力数据和热效应数据；还透过有机玻璃前端盖，能够获取温压爆炸过程火球的变化数据。本发明模拟了温压弹药使用的坑道、舰船舱室内爆炸环境，满足了温压炸药在密闭环境下爆炸及传播特性的试验研究条件。本发明使用方便，成本低，适合在实验室环境使用。

Description

一种炸药爆炸及传播特性试验装置

技术领域

本发明属于火炸药领域，具体涉及一种爆炸试验装置，特别是一种炸药爆炸及传播特性试验装置。

背景技术

与高爆炸药比较，温压炸药爆炸具有冲击波正压持续时间长、冲量大、火球持续时间长的特点，在空气中传播时，冲击波脉冲衰减速率缓慢，传播距离远，特别在坑道工况环境下使用时，由于冲击波的远距离传播，对软目标比如人员目标、电子设备等具有更大的杀伤范围。因此，在温压炸药的研制及应用过程，需要对于温压炸药的爆炸及传播特性进行测量评价，成为了温压炸药研究及应用中重要研究内容之一。

目前对于温压炸药爆炸传播特性的研究，主要是在建立的爆炸坑道试验设施内进行，如兵器051试验基地的爆炸坑道试验装置、解放军工程兵3所的爆炸洞试验装置等，通过在坑道内布设压力传感器、热效应传感器等测量组件，获取冲击波、热效应数据，分析并研究温压炸药的爆炸及传播特性。这些试验设施的优点是坑道尺度与实战环境下坑道尺度相似，能够反映实战条件下炸药的爆炸效应，缺点是试验准备过程和试验过程复杂，试验时间长，人力和物力耗费大，影响了温压炸药研究获及应用进程。因此，在温压炸药的研制及应用过程中，急需一种在试验室条件下温压炸药爆炸及传播特性研究的试验装置

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种炸药爆炸及传播特性试验装置，可以满足在坑道、船舱等模拟工况环境下温压装药爆炸和传播特性测试与评价的试验要求。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种炸药爆炸及传播特性试验装置包括前端盖、大垫圈、罐体、双头螺柱、传感器、传感器安装座、O型密封圈、内衬、后端盖、定位螺、小垫圈、法兰盘、螺柱、传压管、传压管盖、密封环。所述的前端盖为圆盘形，在外缘上对称分布六个通孔，在内端面上有下凹台阶面，在台阶面外缘放置大垫圈；所述的大垫圈有两个；所述的罐体是柱形管，其管壁沿中心线的外圆上，布设三个螺纹通孔，在螺纹孔内装配安装传感器的传感器安装座；所述的双头螺杆共有六个，在两端外圆上有螺纹；所述的内衬是一个外表面上有两个台阶的圆环，其一端外圆表面上有两个凹槽，凹槽内分别放置一个O型密封圈，在台阶面上均布两个螺纹盲孔，其内孔是由圆弧面形成的喇叭形的收缩孔，另一端外圆环表面上有螺纹，端面内径有台阶，在台阶面上装配小垫圈；所述的定位螺有两个；所述的后端盖是中心有通孔的圆环，在外缘上对称分布六个通孔，在内端面下凹台阶面上对称布设2个通孔，下凹台阶面的外缘上装配一个大垫圈；所述的传压管为长圆管，其一端面外圆有台阶，台阶面外圆上有螺纹，其另一端靠近端面的外圆上有螺纹，在管道壁沿中心线的圆面上均布2组共12个螺纹通孔；所述的法兰环有两个，其外缘上均布6个通孔，其内环壁面上有螺纹；所述的螺柱共有6个；所述的传压管盖为圆盘形，其内壁上有螺纹，在底部装配密封环。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

(1)建立的炸药爆炸及传播特性试验装置，模拟了温压弹药实际使用的坑道、船舱环境，满足了炸药爆炸实验条件，适合温压炸药爆炸及传播特性测量与评价研究使用。

(2)在罐体内设置了内衬结构，吸收部分冲击波能，减少了作用于爆炸罐体的冲击波作用力，提高了爆炸罐的安全系数。

(3)通过安装于爆炸罐体壁面和传播管壁面上的压力传感器、热效应传感器，获取不同爆心距位置的冲击波超压数据、热效应数据，分析研究炸药爆炸和传播规律。

(4)本发明装置的前端盖既可以作为爆炸罐体的密封端盖，也可以作为炸药爆炸过程的观察窗口，拍摄炸药爆炸过程火球的动态影像，分析温压炸药由爆轰到后燃烧阶段火球的变化规律。

附图说明

图1是本发明一种炸药爆炸及传播特性试验装置的结构示意图。

图2是图1中内衬的结构图。

图3是温压炸药爆炸过程火球影像图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

实施例1

正如图1所示，本发明的优选实施例包括前端盖1、大密封垫2、罐体3、双头螺柱4、传感器5、传感器安装座6、O型密封圈7、内衬8、后端盖9、定位螺10、法兰环11、小密封垫12、螺柱13、传压管14、密封环15、传压管盖16。前端盖1是圆盘形，由防爆玻璃制成，其厚度依据设备压力容器壁厚δ计算公式1确定：

$\mathrm{\δ}=\frac{{\mathrm{PD}}_i}{\mathrm{\ϵ}{\[\mathrm{\σ}\]}^t-p}---\left(1\right)$

其中：P：许用应力；D_I：容器内径；

ε：容器长径比；设计温度下材料的许用应力。

本实施例的罐体许用瞬态压力为5MPa，容器内径360mm，长径比1.2；有机玻璃σ_s为77.4MPa(20℃)，按照公式1得到前端盖厚度为21mm，取安全系数1.8，前端盖厚度为37.8mm。在前端盖1的外缘上对称分布六个通孔，其内端面的下凹台阶面的上均布两个通孔，在外缘处放置一个大密封垫2。罐体3是圆柱形管道，其管道壁厚依据上述公式1确定，本实施例罐体材料为Q235，罐体厚度设计为20mm；在管壁沿罐体中心线的外圆上布设三个螺纹通孔，在螺纹通孔内装配安装传感器5的传感器安装座6，传感器5为压力传感器，测量罐体壁面上的冲击波压力载荷数据。内衬8是一个外表面上有两个台阶的圆环，放置到爆炸罐体3内后部，吸收冲击波能，保护罐体3，其一端的外圆直径比罐体3的内径稍小，在外圆面上有两个凹槽，凹槽中分别放置O型圈密封罐体，在外圆的台阶面上对称布设两个与定位螺配合的螺纹盲孔，其中间外圆的外径比后端盖9的中心孔内径稍小，另一端靠近端面的外圆面上有螺纹，与法兰环上螺纹配合。后端盖9是圆环，其厚度根据上述公式1确定，本实例后端盖材料为Q235，厚度设计为20mm，其外缘上对称布设六个通孔，其内端面的下凹台阶外缘装配一个大密封垫2，在台阶面上对称分布两个通孔，通孔直径比内衬8上的螺纹盲孔直径稍大，两个定位螺10分别穿过通孔与内衬8的螺纹盲孔连接，将内衬8与后端盖9连接固定。双头螺杆的螺纹的尺寸按照压力容器螺栓直径的确定方法得到，本实例螺杆螺纹为M20×1.5，六个双头螺杆4分别从前端盖外缘上的六个通孔穿入，从后端盖外缘上的通孔穿出，将爆炸罐体与前端盖、后端盖连接；传压管14是长圆管，其管壁的厚度根据装置许用瞬态压力传递到第一测点的压力载荷，按照公式1确定，本实施例第一测点处最大瞬态压力小于2.5MPa,传压管14材料为Q235，其壁厚设计为10mm，其一端面外圆有台阶，外圆表面有与法兰环配合的螺纹，另一端外圆表面有与传压管盖16配合的螺纹，在管壁沿中心线的壁面均布两组共12个螺纹通孔，在螺纹孔内装配安装传感器5的传感器安装座6。传感器5为压力传感器或热通量传感器，分别测量传压管测点处冲击波效应或热效应数据，传感器的量程按照实际需求选取。法兰环11有两个，其外缘上均匀分布6个通孔，其内环壁面上有螺纹，其中一个装配到内衬8一端的外圆上，另一个装配到传压管14有台阶端的外圆上。六个螺柱13分别穿过两个法兰盘11的六个通孔，将内衬8和传压管14连接固定。传压管盖16是圆盘形，通过内壁面上的螺纹与传压管14一端连接。

图2是本发明的内衬8，是一个外圆面上有两个台阶的圆环，其一端外圆面8-1上有两个凹槽8-2，台阶面8-3上均布两个螺纹盲孔8-4，内孔8-5是由圆弧面形成的喇叭形的收缩孔；另一端外圆表面8-6靠近端面的外圆表面上有螺纹，内孔与喇叭形收缩孔8-5的最小收缩孔直径相同，在端面内径有台阶8-7。

装配时，在内衬8的凹槽8-2内装配两个O型密封圈7，将内衬8装配到罐体3后端部内；在前端盖1、后端盖9内端面的凹平台外缘各放置一个大密封垫2；后端盖9内端面面向爆炸罐体3的后端面，由定位螺10与内衬8连接定位；前端盖1内端面面向爆炸罐体3的前端面，六个双头螺柱4分别穿过前端盖1、后端盖9的六个通孔，将前端盖1、爆炸罐体3、后端盖9连接；两个法兰11分别通过螺纹连接到内衬8一端头外圆和传压管14的端面有台阶的外圆上，六个螺柱13分别穿过两个法兰环11的六个通孔，将爆炸罐体3与传压管16连接；传压管盖16内放置密封环15，通过内螺纹连接到传压管15上。

本发明的一种炸药爆炸及传播特性的试验装置工作原理如下：

放置到爆炸罐体3内的炸药爆炸后产生的冲击波沿内衬8的圆弧面形成的喇叭形收缩孔8-5传播到传压管内，由爆炸罐体、传压管内壁装配的传感器5获取各测点位置的冲击波压力数据和热效应数据，同时通过前端盖1拍摄记录温压炸药爆炸过程中火球的变化影像数据，然后处理分析试验数据，得到炸药爆炸及传播特性规律。

申请人采用本发明的一种炸药爆炸及传播特性试验装置，进行了2类8种配方的温压炸药爆炸试验，在传压管道内测量的冲击波超压峰值数据如下表1所示。试验样品质量10g，长径比为1：1。

表1爆炸腔室内的冲击波压力测量数据

实验数据结果表明，按照爆心距由近到远，爆炸冲击波峰值逐渐减小，峰值衰减速率逐渐降低。两组中4种配方炸药实验结果比对，配方4、配方5温压炸药的冲击波衰减速率相对小，传播距离比其它3种配方远，杀伤范围大，毁伤威力强。

图3是透过前端盖拍摄的配方4温压炸药爆炸由爆轰到后燃烧整个过程的影像图片。炸药爆炸后产生瞬时亮白光，随后爆炸火球布满整个罐体空间，由于侧向传压管卸压作用，火球中心区开始降温，但壁面产物仍处于高温状态，随着中心区火球降温区的持续扩大，几乎覆盖了全部燃烧区域；然后壁面右下角一处处于较高温度处的燃料颗粒再次被点燃，火焰逐步扩大，逐渐覆盖整个罐体区域，产生二次燃烧效应，一段时间后火球逐渐降温，直到熄灭。

通过影像图片可以看到，温压炸药爆炸经历了爆炸、燃烧、熄灭、再点燃、燃烧、逐渐熄灭的过程。在第一组中，比其它配方比较，配方4温压炸药后燃烧时间长，后燃烧效应较其它三种炸药剧烈。

Claims (1)

1.一种炸药爆炸及传播特性试验装置，其特征在于：所述的试验装置包括前端盖(1)、大密封垫(2)、罐体(3)、双头螺柱(4)、传感器(5)、传感器安装座(6)、O型密封圈(7)、内衬(8)、后端盖(9)、定位螺(10)、法兰环(11)、小密封垫(12)、螺柱(13)、传压管(14)、密封环(15)、传压管盖(16)。所述的前端盖(1)为圆盘形，由防爆有机玻璃制作，其外缘上对称分布六个通孔，其内端面的下凹台阶面外缘放置一个大密封垫(2)；所述的爆炸罐体(3)为圆型管道，其管壁上布设三个螺纹通孔，在螺纹孔内装配安装传感器(5)的传感器安装座(6)；所述的内衬为外表面有两个台阶的圆环，放置于爆炸罐体内后部，其一端外圆面(8-1)上有两个凹槽(8-2)，凹槽(8-2)内放置O型密封圈(7)，台阶面(8-3)上均布两个螺纹盲孔(8-4)，内孔(8-5)是由圆弧面形成的喇叭形的收缩孔，另一端靠近端面的外表面(8-6)上有螺纹，其端面内径上有台阶(8-7)，内孔与喇叭形收缩孔(8-5)的最小孔径相同；所述的后端盖(9)为圆环，其外缘上对称布设六个通孔，其内端面的下凹台阶面上均布两个通孔；所述的定位螺(10)有两个，分别穿过后盖(9)通孔装配到内衬(8)的螺纹盲孔(8-4)内，将内衬(8)和后端盖连接定位；所述的双头螺柱(4)有六个，分别穿过前端盖(1)、后端盖(9)外缘的六个通孔，将前端盖(1)、罐体(3)、后端盖(9)连接；所述的传压管(14)是长圆管，其一端面外圆上有台阶，外圆表面上有螺纹，另一端外圆上有螺纹，在管壁沿中心线的壁面上均布两组共12个螺纹通孔，在螺纹孔内装配安装传感器(5)的传感器安装座(6)；所述的法兰环(11)有两个，其外缘均匀布设6个通孔，其内环的壁面上有螺纹，其中一个与内衬(8)一端外表面(8-6)上的螺纹配合，另一个与传压管(14)有台阶端的外圆螺纹配合；所述的螺柱(13)有六个，分别穿过连接到内衬(8)和传压管(14)上法兰环(11)的六个通孔，将内衬(8)和传压管(14)连接；所述的传压管盖(16)为圆盘形，其内底放置密封环(15)，其内壁上有螺纹，与传压管一端外螺纹配合连接。