CN107102025A - 一种慢速烤燃试验方法 - Google Patents

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徐森
李文海
刘大斌
钱华
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Nanjing University of Science and Technology
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N25/02—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating changes of state or changes of phase; by investigating sintering
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Abstract

本发明涉及一种慢速烤燃试验方法，特别是适用于大尺寸含能材料的慢速烤燃安全性评估。慢速烤燃试验方法为：首先，程序控温仪与慢烤加热箱通过两根热电偶相连接；然后试验弹放置在慢烤加热箱中心处，取四根K型热电偶探测试验弹不同点的温度变化；试验结束后，通过远程操控将慢烤加热箱箱体内温度快速降低。本发明的慢速烤燃试验方法通过程序控温仪远程控制慢烤加热箱升温，可操作性好，且试验得到的数据准确度高；试验后，可通过安全冷却系统远程操作使慢烤加热箱快速降温，安全性高。该试验方法简单，所用装置成本低，且易于操作。

Description

一种慢速烤燃试验方法
技术领域
本发明属于含能材料热安全性研究领域，具体涉及一种评估大尺寸含能材料安全性的慢速烤燃方法。
背景技术
在含能材料的制备、贮存、运输及使用过程中，往往会遇到意外热刺激，如火灾事故、运输过程中的摩擦产生热等。这些热刺激对含能材料的作用，极有可能引发燃烧、爆炸等重大灾难事故，造成重大损失。因而，含能材料热安全性研究是武器弹药安全问题研究中一项重要内容。作为研究含能材料热安全性的方法，烤燃试验一直受到各军事强国的重视。英、美、俄等国都建有响应的烤燃试验方法，来考察含能材料部件的烤燃行为。
慢速烤燃试验是烤燃试验其中的一种方法，其主要模拟武器弹药在贮存、运输和使用过程中遇到外界热刺激，研究不同升温速率条件下含能材料的温度变化、相应等级，对武器弹药的设计、使用和储存提供建议和指导。为了准确评估含能材料在缓慢热刺激下的反应特性，近年来，国内含能材料行业提出：慢烤试验升温速率需满足3.3℃/h；温度场的温度分布要均匀，最大温度偏差小于5％；为了提高安全性，试验系统必须满足远程隔离操作的安全要求。
近年来，国内慢速烤燃试验普遍采用的方法是：炸药件为60×120mm或是两个60×60mm的炸药柱，烤燃弹壳体的内径为60mm×128mm。实验的升温速率控制在约3℃/min。从环境温度开始升温，直至装置被破坏或温度上升到400℃为止。记录药柱不同位置的温度随时间变化的数据和试验件的烤爆时间。根据试验弹体的破坏情况和残留炸药等试验现象确定炸药反应的程度。但其试验弹弹体中装有电加热器，试验装置结构较为复杂，且升温均匀性不好，升温速率较快，试验过程中无密闭的箱体作为掩体，试验过程较为危险。故现有的慢速烤燃试验方法操作复杂，有较多的安全隐患，且试验方法并不具体，需要进一步研究与完善。
发明内容
本发明的目的是建立一种操作简单、安全性高且能准确评估含能材料慢速烤燃热安全性的试验方法。
本发明所采用的技术方案是：
步骤1：程序控温仪与慢烤加热箱通过两根热电偶相连接；
步骤2：试验弹放置在慢烤加热箱中心处，取四根K型热电偶探测试验弹不同点的温度变化；
步骤3：试验结束后，通过远程操控将慢烤加热箱箱体内温度快速降低。
进一步的，步骤1中，程序控温仪与慢烤加热箱通过两根热电偶相连接具体步骤为：
步骤1.1：将两个设备置于两个试验场所，实现远程分离；
步骤1.2：通过两根热电偶将慢烤加热箱箱内温度信号反馈到程序控温仪中，程序控温仪结合反馈的温度数据与实时设定的温度值，调节相应的加热输出功率，使慢烤加热箱按照设定的升温程序工作。
进一步的，步骤2中，放置试验弹的的具体步骤如下：
步骤2.1：在慢烤加热箱底部中心处放置钢圈，将试验弹放置在钢圈上，使试验弹处于慢烤试验箱的中心位置处；
步骤2.2：将四根K型热电偶分别固定于试验弹的四个不同的待测温度点处：其中两处分别测试试验弹两个外壁中心处的温度变化，该两个外壁中心处连线经过试验弹中心，其他的一处测试试验弹药柱中心温度变化，一处测试试验弹内壁中心温度变化。
进一步的，步骤3中，快速降低箱体温度的具体步骤如下：
步骤3.1：待试验弹安装完毕后，将三个小钢挂钩分别固定在加热箱箱门的手柄处、门栓处及箱体的卡扣处；
步骤3.2：将三个小钢挂钩通过钢丝绳与安全冷却系统相连接，调整箱体摆放位置，使箱门最易开启；
步骤3.3：待试验结束后，快速启动安全冷却系统，钢丝绳按照不同的拉伸顺序远程开启慢烤加热箱箱门，随后冷热空气循环，将箱体内温度迅速降到室温。
进一步的，探测试验弹不同点的温度变化具体为：探测试验弹不同点温度变化的四根K型热电偶通过数据线与数据采集仪相连接，该数据采集仪根据具体试验时间设置采集频率来采集不同测温点的温度数据。
进一步的，步骤3.3中，拉伸顺序为依次拉动与手柄处、门栓处及箱体的卡扣处连接的钢丝绳。
进一步的，设置采集频率根据如下进行：当试验时间大于等于48h，设置2s一次的采集频率；当试验时间小于48h，设置1s一次的采集频率。
与现有的试验方法相比，本发明考虑了慢烤试验过程中诸多安全隐患，将程序控温仪与慢烤加热箱远程分离，试验后快速降温，减少试验时间，降低试验危险，实际操作简单，操作过程安全性好，结果判据明确，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为慢速烤燃试验方法工作原理图；
图2为慢速烤燃试验试验弹布置图。
其中，1-加热箱体；2-热电偶导线；3-热电偶；4-试验弹；5-底座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明内容。
实施例
(1)将两根K型热电偶通过导线与程序控温仪相接，热电偶探头置于慢烤加热箱内，保证两根热电偶实时将慢烤加热箱内温度反馈到程序程序控温仪中；
(2)取四根检测正常后的热电偶通过数据线与数据采集处理装置连接，在数据采集处理装置中设定2s/次的采集频率以及收录地址，开始采集；
(3)分别在慢烤加热箱中四个测温点处(箱体的四个角处，但不可触碰到箱体)放置与数据采集装置连接好的热电偶，设定2℃·min-1的温升速率，启动加热程序，程序运行完毕，检查四处测温点是否都能满足预设温升速率的要求，确定满足且使箱体降温到室温后，继续试验；
(3)在慢烤加热箱底部中心处放置直径15mm、高30mm的空心钢圈，将试验弹放置在钢圈上，使试验弹处于慢烤试验箱的中心位置处。将四根K型热电偶分别固定于试验弹的四个不同的待测温度点处：其中两处分别测试试验弹两个外壁中心处的温度变化(两个外壁中心处连线经过试验弹中心)，一处测试试验弹药柱中心温度变化，一处测试试验弹内壁温度变化。试验弹布置图如图2所示；
(4)参考MIL-STD-2015B，设定温升程序：慢烤加热箱从室温经1h升温至80℃，80℃恒温2h，然后温度由80℃经过100h按照3.3℃·h-1的温升速率升温至410℃；
(5)安装安全冷却系统：将三个小钢挂钩分别固定在加热箱箱门的手柄处、门栓处及箱体的卡扣处，确认固定牢固后将三个小钢挂钩通过钢丝绳与安全冷却系统相连接，调整箱体摆放位置，使箱门最易开启；按照拉伸顺序为依次拉动与手柄处、门栓处及箱体的卡扣处连接的钢丝绳。
(6)安装好照明及监控设备，记录试验整个过程。启动加热程序，若试验弹在升温期间发生响应，立即停止加热；
(7)待试验结束后，收集试验弹和钢管破片。
根据试验弹内温度变化、试验弹破片数量以及慢烤加热箱的破坏情况，结合试验过程录像，判定该试验弹慢速烤燃试验的最终结果为当环境温度达到161.3℃时发生燃烧。
设置采集频率根据如下依据进行：当试验时间大于等于48h，设置2s一次的采集频率；当试验时间小于48h，设置1s一次的采集频率。
程序控温仪远程控制慢烤加热箱升温，可操作性好；试验装药方法简单；试验后，可通过安全冷却系统远程操作使慢烤加热箱快速降温，安全性高；所用装置成本低，且易于操作；试验结果重现性好，结果判据明确。

Claims (7)

1.一种慢速烤燃试验方法，其特征在于，该试验方法为：
步骤1，程序控温仪与慢烤加热箱通过两根热电偶相连接；
步骤2，试验弹放置在慢烤加热箱中心处，取四根K型热电偶探测试验弹不同点的温度变化；
步骤3，试验结束后，通过远程操控将慢烤加热箱箱体内温度快速降低。
2.根据权利要求1所述的慢速烤燃试验方法，其特征在于，所述的步骤1中，程序控温仪与慢烤加热箱通过两根热电偶相连接具体步骤为：
步骤1.1，将两个设备置于两个试验场所，实现远程分离；
步骤1.2，通过两根热电偶将慢烤加热箱箱内温度信号反馈到程序控温仪中，程序控温仪结合反馈的温度数据与实时设定的温度值，调节相应的加热输出功率，使慢烤加热箱按照设定的升温程序工作。
3.根据权利要求1所述的慢速烤燃试验方法，其特征在于，步骤2中，放置试验弹的的具体步骤如下：
步骤2.1，在慢烤加热箱底部中心处放置钢圈，将试验弹放置在钢圈上，使试验弹处于慢烤试验箱的中心位置处；
步骤2.2，将四根K型热电偶分别固定于试验弹的四个不同的待测温度点处：其中两处分别测试试验弹两个外壁中心处的温度变化，该两个外壁中心处连线经过试验弹中心，其他的一处测试试验弹药柱中心温度变化，一处测试试验弹内壁中心温度变化。
4.根据权利要求1所述的慢速烤燃试验方法，其特征在于：步骤3中快速降低箱体温度的具体步骤如下：
步骤3.1，待试验弹安装完毕后，将三个小钢挂钩分别固定在加热箱箱门的手柄处、门栓处及箱体的卡扣处；
步骤3.2，将三个小钢挂钩通过钢丝绳与安全冷却系统相连接，调整箱体摆放位置，使箱门最易开启；
步骤3.3，待试验结束后，快速启动安全冷却系统，钢丝绳按照不同的拉伸顺序远程开启慢烤加热箱箱门，随后冷热空气循环，将箱体内温度迅速降到室温。
5.根据权利要求3所述的慢速烤燃试验方法，其特征在于，探测试验弹不同点的温度变化具体为：探测试验弹不同点温度变化的四根K型热电偶通过数据线与数据采集仪相连接，该数据采集仪根据具体试验时间设置采集频率来采集不同测温点的温度数据。
6.根据权利要求4所述的慢速烤燃试验方法，其特征在于，步骤3.3中，拉伸顺序为依次拉动与手柄处、门栓处及箱体的卡扣处连接的钢丝绳。
7.根据权利要求5所述的慢速烤燃试验方法，其特征在于，设置采集频率根据如下进行：当试验时间大于等于48h，设置2s一次的采集频率；当试验时间小于48h，设置1s一次的采集频率。
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