CN108801084A - 一种弹体排气缓释环境模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹体排气缓释环境模拟试验装置，包括筒体、端盖、压盖、易熔材料、进气软管、出气软管、轴杆、活塞、模拟炸药、底座和加热套；采用加热套对模拟炸药加热，通过温度传感器实时监测模拟炸药的温度变化；通过活塞和轴杆把模拟炸药产生的热膨胀力传递给易熔材料，同时在轴杆中通入气体，用于模拟弹体装药热分解产生的气体；本发明的优点在于，综合考虑了慢速烤燃过程中易熔材料受到的热、气体压力及装药物理膨胀力等因素，能够更为真实的模拟弹体排气缓释环境，可为易熔材料的破坏机制研究提供技术支撑。

Description

一种弹体排气缓释环境模拟试验装置

技术领域

本发明属于弹药易损性研究领域，涉及一种弹体排气缓释环境模拟试验装置，特别涉及一种慢速烤燃条件下弹体排气缓释环境模拟试验装置。

背景技术

弹药在制造、存贮、运输、使用过程可能会遭受意外的慢速烤燃环境，使其内部炸药装药的温度升高，进而发生体积膨胀和热分解反应，导致弹体内压力迅速上升，极易引发弹药意外燃烧或爆炸反应，造成重大安全事故；通常采用在弹药壳体上设计排气缓解装置的方法，释放因炸药装药体积膨胀及热分解反应造化的壳体内部压力上升，延长弹药在慢速烤然条件下的反应时间，降低反应等级。排气缓释装置的作用原理为：排气缓释结构含有通孔，该通孔采用易熔材料进行密封，当弹药受到慢速烤然时，易熔材料在温度及弹体内部压力的作用下发生融化、破裂，进而形成泄压通道，释放弹体内部压力；排气缓释结构的设计关键在于易熔材料的科学选择。因此，需要设计能够真实模拟慢速烤然条件下弹体排气缓释环境的试验装置，开展易熔材料破坏特性研究，为弹药排气缓释装置科学选择易熔材料提供依据。

陈红霞等人在“弹体缓释排气通道形成条件研究”(四川兵工学报，2015年，第36卷第9期，145页-148页)一文中报道了一种弹体缓释排气试验装置，由压力表、出口控制阀、入口控制阀、压盖、低熔点组件、端盖和筒体组成，试验时，首先将装有低熔点组件的试验装置放置在干燥箱内加热，达到温度设定值后，保温一段时间，然后通入高压氮气，通过控制阀逐渐增大气压，并时刻观察压力表读数，获得不同温度下形成排气通道时的压力值。但该试验装置存在以下两个方面的不足：1)该实验中，低熔点组件先升温，而后才受到筒体内气体压力的作用，处于先升温后受压状态，而在弹药在慢速烤然过程中，弹体内部的压力和温度是同时升高的，易熔材料时刻处于边升温边受压状态，而在这种状态下，材料的破坏模式是截然不同的；2)弹药在慢速烤然过程中，装药一方面会发生热分解释放气体，增大弹体内部压力，另一个方面也会发生物理膨胀，进而对易熔材料产生挤压作用，而该试验装置并未考虑装药热膨胀对低熔点组件破坏过程的影响；因此，该实验装置不能真实反映弹体在慢速烤然条件下的排气缓释缓解，进而无法准确获取易熔材料的破坏特性。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种弹体排气缓释环境模拟试验装置，考虑了慢速烤燃过程中力、热作用的同步性以及装药受热发生物理膨胀等因素，能够更真实的模拟弹体排气缓释环境，进而为准确获取易熔材料在弹药慢速烤燃过程中的破坏特性提供技术支撑。

一种弹体排气缓释环境模拟试验装置，包括筒体、端盖、压盖、易熔材料、进气软管、出气软管、轴杆、活塞、模拟炸药、底座和加热套，其特征在于还包括压力表、输入控制阀、输出控制阀、应变片、温度传感器；所述筒体为底部密封的等壁厚圆柱筒，在筒体开口端沿筒体周向均匀加工有轴线平行于筒体轴线的螺纹孔，通过螺钉将端盖固定于筒体上，在筒体底部开有通孔，用于安装温度传感器；所述端盖为带有中心台阶孔的圆柱形凸台体，沿端盖外径较大端外圆周均匀加工有圆形通孔，沿端盖轴线在端盖外径较小端对称加工有两个圆形通孔，端盖中心台阶孔直径较大的一端安装有易熔材料和压盖，并通过台阶处定位，端盖中心台阶孔直径较小的一端与轴杆连接，并通过易熔材料定位；所述易熔材料为低熔点金属制圆片，直径与端盖中心台阶孔内径较大的一端内径相等；所述压盖为带有中心通孔的圆柱形凸台体，沿压盖外径较大端周向开有通孔，采用螺钉与端盖连接，用于固定易熔材料；在筒体内部依次安装有轴杆、活塞和模拟炸药，所述轴杆为圆柱体，轴杆一端与端盖中心台阶孔直径较小的一端连接，另一端与活塞连接；在轴杆靠近活塞一端沿着直径方向开有进气通孔，在轴杆靠近易熔材料一端沿其轴线方向开有通气孔，通气孔的另一端与进气通孔连接，进气通孔两端分别连接进气软管和出气软管，进气软管的另一端传过端盖上的圆形通孔与输入控制阀连接，出气软管的另一端传过端盖上的圆形通孔与输出控制阀连接，压力表连接于输入控制阀上用于监测气体压力，在轴杆靠近活塞一端粘结有应变片，用于测量轴杆上的应力变化过程；所述活塞为带有中心圆形凹槽的圆板，活塞中心凹槽的直径与轴杆的外径相等；所述模拟炸药为圆柱体，其外径与筒体内径相等，模拟炸药的一端与活塞无凹槽端连接，另一端与筒体底部连接；温度传感器安装于筒体底部通孔中，温度传感器的敏感头置于模拟炸药内部，用于监测加热过程中模拟炸药的温度变化；在筒体底部放置底座，用于引出温度传感器的导线，在筒体的外圆周上安装有加热套，加热套的高度与筒体的高度相等，用于加热整个装置。

所述轴杆的高度与筒体高度之比为1：2～3，轴杆的直径与套筒内径之比为1：4～5，轴杆进气通孔距离轴杆未开孔端的高度与轴杆总高度之比为：1:3～4，轴杆轴向通气孔总的截面积与轴杆截面积的比例为60％～70％，所述活塞高度与筒体总高度之比为1:10～15。

本发明的一种弹体排气缓释环境模拟试验装置，所带来的有益效果体现在以下几方面：

1)在加热套加热整个装置过程中，通过输入软管同步向轴杆的进气通孔及通气孔中通入气体，此时，易熔材料将同时受到温度和气体压力的作用，能够更为真实的模拟易熔材料在弹体慢速烤燃时边升温边受压状态。

2)在加热过程中，模拟炸药发生热膨胀，通过活塞推动轴杆对易熔材料形成挤压作用，能更为真实的模拟易熔材料的在慢速烤燃过程中因弹体装药热膨胀而受到的挤压环境。

附图说明

图1是本发明的一种弹体排气缓释环境模拟试验装置结构示意图。

图2是本发明中压盖结构示意图。

图3是本发明中端盖结构示意图。

图4是本发明中轴杆结构示意图。

图中的标号分别表示：1、压力表，2、输入控制阀，3、第一螺钉，4、压盖，5、易熔材料，6、输出控制阀，7、第二螺钉，8、端盖，9、出气软管，10、筒体，11、轴杆，12、应变片，13、活塞，14、模拟炸药，15、加热套，16、底座，17、底部通孔，18、温度传感器， 19、进气软管，4-1、通孔，4-2、中心通孔，8-1、第一圆形通孔，8-2、中心台阶孔，8-3、第二圆形通孔，11-1、通气孔，11-2、进气通孔。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于下列实施例的限制，凡在本发明技术方案基础上进行的同等变换均在本发明的保护范围内。

遵从上述技术方案，如图1-图4所示，本实施例给出的一种弹体排气缓释环境模拟试验装置，包括筒体10、端盖8、压盖4、易熔材料5、进气软管19、出气软管9、轴杆11、活塞13、模拟炸药14、底座16和加热套15，其特征在于还包括压力表1、输入控制阀2、输出控制阀6、应变片12和温度传感器16；所述筒体10为底部密封的等壁厚圆筒，在筒体10 开口端沿筒体10周向均匀加工有轴线平行于筒体10轴线的6个M8的螺纹孔，通过第二螺钉 7将端盖8固定于筒体10上，在筒体10底部开有底部通孔17，用于安装温度传感器18，本实施例中，温度传感器18选用WZPK-191型铠装镍铬-镍硅热电偶，使用温度为20-300℃；所述端盖8为带有中心台阶孔8-2的圆柱形凸台体，沿端盖8外径较大端外圆周均匀加工有 6个第一圆形通孔8-1，沿端盖8轴线在端盖8外径较小端对称加工有两个第二圆形通孔8-3，端盖8中心台阶孔8-2直径较大的一端安装有易熔材料5和压盖4，并通过台阶处定位，端盖8中心台阶孔8-2直径较小的一端与轴杆11连接，并通过易熔材料4定位；所述易熔材料5为低熔点金属制圆片，直径与端盖8中心台阶孔8-2内径较大一端的内径相等；本实施例中，易熔材料5选用Sn-Bi合金，熔点为130℃；所述压盖4为带有中心通孔4-2的圆柱形凸台体，沿压盖4外径较大端周向开有4个均布的通孔4-1，采用第一螺钉3与端盖8连接，用于固定易熔材料5；在筒体10内部依次安装有轴杆11、活塞13和模拟炸药14，所述轴杆 11为圆柱体，轴杆11一端与端盖8中心台阶孔8-2直径较小的一端连接，另一端与活塞13 连接；所述轴杆11的高度与筒体10高度之比为1：2～3，轴杆11的直径与套筒10内径之比为1：4～5，本实施例中，轴杆11的高度与筒体10高度之比取1：3，轴杆11的直径为4cm，轴杆11直径与套筒10内径之比取1：4；在轴杆11靠近活塞13一端沿着直径方向开有进气通孔11-2，在轴杆11靠近易熔材料5一端沿其轴线方向开有4个均布的通气孔11-1，通气孔11-1的另一端与进气通孔11-2连接，轴杆11进气通孔11-2距离轴杆11未开孔端的高度与轴杆11总高度之比为1:3～4，轴杆轴向通气孔11-1总的截面积与轴杆11截面积的比例为 60％～70％，本实施例中，轴杆11进气通孔11-2距离轴杆11未开孔端的高度与轴杆11总高度之比为1:4，轴杆轴向通气孔11-1直径为1.6cm，轴杆通气孔11-1总的截面积与轴杆11 截面积的比例为64％；进气通孔11-2两端分别连接进气软管19和出气软管9，进气软管19 的另一端传过端盖8上的第二圆形通孔8-3与输入控制阀2连接，出气软管9的另一端传过端盖8上的第二圆形通孔8-3与输出控制阀6连接，压力表1连接于输入控制阀2上用于监测气体压力，在轴杆11靠近活塞13一端粘结有应变片12，用于测量轴杆上的应力变化过程；本实施例所用应变片12为BA120-6AA型电阻应变计；所述活塞13为带有中心圆形凹槽的圆板，活塞13中心凹槽的直径与轴杆11的外径相等，活塞13高度与筒体10总高度之比为 1:10～15，本实施例中，活塞13高度与筒体10总高度之比为1:12；所述模拟炸药14为圆柱体，其外径与筒体10内径相等，模拟炸药14的一端与活塞13无凹槽端连接，另一端与筒体 10底部连接；

本实施例所用模拟炸药14为硫酸铵与铝粉的混合物，采用压机压制而成，密度约为 1.70g/cm³；温度传感器18安装于筒体底部通孔17中，温度传感器18的敏感头置于模拟炸药14内部，用于加热过程中监测模拟炸药14的温度变化；在筒体10底部放置4个大小相同的底座16，用于引出温度传感器18的导线，在筒体10的外圆周上安装有加热套15，加热套15的高度与筒体10的高度相等，用于加热整个装置。

所述轴杆11为钢制圆柱体，轴杆11一端与端盖8中心台阶孔8-2直径较小的一端连接，另一端与活塞13连接；轴杆11的高度与筒体10高度之比为1：3，轴杆11的直径为4cm，轴杆11直径与套筒10内径之比为1：4；在轴杆11靠近活塞13一端沿着直径方向开有进气通孔11-2，在轴杆11靠近易熔材料5一端沿其轴线方向开有4个均布的直径为1.6cm的通气孔11-1，通气孔11-1的另一端与进气通孔11-2连接，轴杆11进气通孔11-2距离轴杆11 未开孔端的高度与轴杆11总高度之比为1:4，轴杆通气孔11-1总的截面积与轴杆11截面积的比例为64％。

所述端盖8为带有中心台阶孔8-2的钢制圆柱形凸台体，沿端盖8外径较大端外圆周均匀加工有6个均布的第一圆形通孔8-1，沿端盖8轴线在端盖8外径较小端对称加工有两个第二圆形通孔8-3，第二圆形通孔8-3位于端盖8外径较小端半径的1/2处；端盖8中心台阶孔8-2直径较大的一端安装有易熔材料5和压盖4，并通过台阶处定位，端盖8中心台阶孔8-2直径较小的一端与轴杆11连接，并通过易熔材料4定位。

所述压盖4为带有中心通孔4-2的钢制圆柱形凸台体，沿压盖4外径较大端周向开有4 个均布的通孔4-1，通孔4-1的内径与易熔材料5的外径相等，压盖4外径较小端的外径与端盖8中心台阶孔8-2内径较大端的内径相等，采用第一螺钉3与端盖8连接，用于固定易熔材料5。

本发明的使用方法及工作原理如下：首先，将加热套15安装于筒体10外圆周，将底座 16安装于筒体10底部；其次，在筒体10内自底部依次安装温度传感器18、模拟炸药14、活塞13和轴杆11，并将端盖8通过第二螺钉7固定于筒体10的开口端，输入软管19和输入软管9分别连接轴杆11的进气通孔11-2的两端，并从端盖8的第二圆形通孔8-3中引出；第三，将易熔材料5安装于端盖8的中心台阶孔8-2中，利用第一螺钉3将压盖固定于端盖8 上，用于压紧易熔材料5；输入软管19连接输入控制阀2和压力表，输出软管9连接输出控制阀6；各部件装配完成后，打开加热15套电源，待温度上升至弹体装药发生热分解的温度时，打开输入控制阀2，通过输入软管2缓慢输入气体至轴杆11的进气通孔11-2和通气孔 11-1中，在此过程中，易熔材料将受到三个因素的同时作用，第一个温度，第二为气体压力，第三为模拟炸药14受热膨胀产生的力；继续升高温度，直至易熔材料5发生破坏，此时通过温度传感器18记录记录模拟炸药14的温度，通过应变片12记录易熔材料5受到的膨胀力，通过压力表记录气体压力；试验完成后，打开输出控制阀6，放掉气体。

本发明的一种弹体排气缓释环境模拟试验装置，综合考虑了慢速烤燃过程中易熔材料5 受到的热、气体压力及装药物理膨胀力等因素，能够更为真实的模拟弹体排气缓释环境，可为易熔材料的破坏机制研究及材料选取提供技术手段。

Claims (2)

1.一种弹体排气缓释环境模拟试验装置，包括筒体(10)、端盖(8)、压盖(4)、易熔材料(5)、进气软管(19)、出气软管(9)、轴杆(11)、活塞(13)、模拟炸药(14)、底座(16)和加热套(15)，其特征在于还包括压力表(1)、输入控制阀(2)、输出控制阀(6)、应变片(12)和温度传感器(16)；所述筒体(10)为底部密封的等壁厚圆筒，在筒体(10)开口端沿筒体(10)周向均匀加工有轴线平行于筒体(10)轴线的螺纹孔，通过第二螺钉(7)将端盖(8)固定于筒体(10)上，在筒体(10)底部开有底部通孔(17)，用于安装温度传感器(18)；端盖(8)为带有中心台阶孔(8-2)的圆柱形凸台体，沿端盖(8)外径较大端外圆周均匀加工有第一圆形通孔(8-1)，沿端盖(8)轴线在端盖(8)外径较小端对称加工有第二圆形通孔(8-3)，端盖(8)中心台阶孔(8-2)直径较大的一端安装有易熔材料(5)和压盖(4)，并通过台阶处定位，端盖(8)中心台阶孔(8-2)直径较小的一端与轴杆(11)连接，并通过易熔材料(4)定位；所述易熔材料(5)为低熔点金属制圆片，直径与端盖(8)中心台阶孔(8-2)内径较大一端的内径相等；所述压盖(4)为带有中心通孔(4-2)的圆柱形凸台体，沿压盖(4)外径较大端周向开有通孔(4-1)，采用第一螺钉(3)与端盖(8)连接，用于固定易熔材料(5)；在筒体(10)内部依次安装有轴杆(11)、活塞(13)和模拟炸药(14)，轴杆(11)为圆柱体，轴杆(11)一端与端盖(8)中心台阶孔(8-2)直径较小的一端连接，另一端与活塞(13)连接；所述轴杆(11)的高度与筒体(10)高度之比为1：2～3，轴杆(11)的直径与套筒(10)内径之比为1：4～5；在轴杆(11)靠近活塞(13)一端沿着直径方向开有进气通孔(11-2)，在轴杆(11)靠近易熔材料(5)一端沿其轴线方向开有通气孔(11-1)，通气孔(11-1)的另一端与进气通孔(11-2)连接，轴杆(11)进气通孔(11‐2)距离轴杆(11)未开孔端的高度与轴杆(11)总高度之比为1:3～4，轴杆轴向通气孔(11-1)总的截面积与轴杆(11)截面积的比例为60％～70％；进气通孔(11-2)两端分别连接进气软管(19)和出气软管(9)，进气软管(19)的另一端传过端盖(8)上的第二圆形通孔(8-3)与输入控制阀(2)连接，出气软管(9)的另一端传过端盖(8)上的第二圆形通孔(8-3)与输出控制阀(6)连接，压力表(1)连接于输入控制阀(2)上用于监测气体压力，在轴杆(11)靠近活塞(13)一端粘结有应变片(12)，用于测量轴杆上的应力变化过程；所述活塞(13)为带有中心圆形凹槽的圆板，活塞(13)中心凹槽的直径与轴杆(11)的外径相等；所述模拟炸药(14)为圆柱体，其外径与筒体(10)内径相等，模拟炸药(14)的一端与活塞(13)无凹槽端连接，另一端与筒体(10)底部连接；温度传感器(18)安装于筒体底部通孔(17)中，温度传感器(18)的敏感头置于模拟炸药(14)内部，用于加热过程中监测模拟炸药(14)的温度变化；在筒体(10)底部放置底座(16)，用于引出温度传感器(18)的导线，在筒体(10)的外圆周上安装有加热套(15)，加热套(15)的高度与筒体(10)的高度相等，用于加热整个装置。

2.如权利要求1所述一种弹体排气缓释环境模拟试验装置，其特征在于，所述活塞(13)高度与筒体(10)总高度之比为1:10～15。