CN109596770B - 一种发射药爆炸破片泄压中止燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发射药爆炸破片泄压中止燃烧装置，包括泄压螺堵、起爆组件、发射药、压力传感器、点火药包、燃烧本体和点火螺堵。使用前先设定触发电平(即起爆压力)，将起爆组件与泄压螺堵中的泄压破片装配为一体，泄压螺堵、点火螺堵与燃烧本体一起构建为一个密封燃烧室。工作时将发射药样品置于该燃烧本体内密封燃烧，当压力传感器测试的压力到达设定起爆压力，起爆组件工作，炸裂泄压破片，安全泄压。本发明具有泄压压力精准可控的优点，保证了发射药中止燃烧样品更加真实地反映中止条件时刻的形态。

Description

一种发射药爆炸破片泄压中止燃烧装置

技术领域

本发明属于火炸药技术领域，主要涉及一种发射药燃烧装置，尤其涉及一种发射药爆炸破片泄压中止燃烧装置。

背景技术

发射药中止燃烧的主要目的是获得中止条件下的熄火样品，通过分析中止燃烧后的熄火样品的形貌、状态等研究发射药不同燃烧阶段的燃烧过程机理。传统发射药中止燃烧装置主要由燃烧本体、点火螺堵、泄压螺堵及压力传感器组成。燃烧本体一般为耐几百兆帕的高强度钢制作，内部燃烧室一般为容积几十毫升到几百毫升的圆柱体结构，利用螺纹结构将点火螺堵、泄压螺堵挤压在燃烧本体两端，组成一个密封燃烧室。泄压螺堵的核心部件为泄压破片，一般为金属薄圆片制作，其厚度决定耐压压力(泄压压力)高低，泄压破片为该密封燃烧室最薄弱位置，当火药燃烧后，产生高温高压燃气，燃烧室内压力增长到一定值时，泄压破片达到强度极限而破裂，高温高压燃气由该破裂处冲出燃烧室，燃烧室压力下降至常压，使得燃烧中的火药被迫熄灭，达到火药中止燃烧的目的，中止燃烧后的发射药样品可供后续研究。将该过程中燃烧室的最大压力称为破片压力，所得样品视为该压力下中止燃烧样品。

但传统发射药中止燃烧装置存在以下问题：

(1)实验工作量大。传统的发射药中止燃烧装置泄压依赖于泄压破片，选择的泄压破片厚度太厚，则由于强度过高，泄压破片可能不破孔，发射药样品被燃烧殆尽；选择的泄压破片厚度太薄，则压力低于设计压力就已破孔。这两种情况下均需选择合适厚度破片，重新进行实验，实验工作量较大。

(2)实验重复性较差。采用传统中止燃烧装置，平行实验之间破片压力偏差近20％，达几十兆帕。这是由于传统中止燃烧装置泄压，主要依靠火药燃烧后产生的燃气膨胀做功，破坏泄压破片，达到泄压目的。破片压力大小的影响因素较多，如泄压破片材料的局部缺陷，不同火药点火及燃烧速度的差异等，都会造成平行实验之间破片压力差异较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种发射药爆炸破片泄压中止燃烧装置。本装置由起爆组件爆破泄压，实验前可精确设置破片压力，因此，减少了实验工作量，实验重复性好。

为解决上述技术问题，本发明提供的爆炸破片中止燃烧装置包括泄压螺堵、起爆组件、发射药、压力传感器、点火药包、燃烧本体和点火螺堵。

所述燃烧本体为钢制空腔圆柱体，两端开口，并加工有内螺纹结构，并在燃烧本体两端内部各加工一菱形凹槽。所述燃烧本体为发射药及点火药的密闭燃烧场所，两端加工内螺纹结构目的是利用钢制螺堵配件与其配合连接，对内部空腔进行密封。

所述点火螺堵由三部分组成，分别为点火密封螺堵、点火密封垫圈及点火电极杆。所述点火密封螺堵为具有外螺纹的圆柱形钢件。点火密封螺堵外螺纹尺寸与所述燃烧本体两端内螺纹尺寸匹配，两者可配合连接。点火密封螺堵顶部(旋入所述燃烧本体一端)平面加工一菱形凹槽。点火密封垫圈为紫铜制作的菱形垫圈，其大小与点火密封螺堵顶部凹槽相同，使用炮油将点火密封垫圈固定在点火密封螺堵顶部凹槽中。点火密封螺堵通过螺纹结构旋入所述燃烧本体内部，将点火密封垫圈压紧在所述燃烧本体内部的菱形凹槽内，达到密封火药气体的效果。点火密封螺堵旋入所述燃烧本体一端端面安装有两根点火电极杆，其中一根点火电极杆通过塑料衬套与点火密封螺堵绝缘，另一根点火电极杆直接连接点火密封螺堵。

所述点火药包由硝化棉或2#小粒黑(黑火药)制作，使用硫酸钡纸包裹约束，利用一段镍镉点火丝穿过药包中心位置，镍镉点火丝两端缠绕固定于所述点火螺堵两根点火电极杆上。当有电流通过镍镉点火丝，镍镉点火丝将发热变红，引燃点火药包。

所述起爆组件由压力传感器、电路模块、发火组件、电池及壳体组成。压力传感器选用压电式压力传感器；电路模块包括信号采集电路和起爆控制电路；发火组件选用雷管；电池选用聚合物锂离子电池；壳体由高强度钢制作，以保护传感器及电路模块在高温高压环境下不受损坏。使用时，先设定触发电平(即起爆压力)，再将起爆组件用AB胶固定于泄压破片中央，并使采集电路工作，此时压力传感器不断采集电压信号，一旦电压信号达到设定的触发电平(此刻，燃烧室压力达到设定的起爆压力)，起爆控制电路工作，引爆发火组件，泄压破片被快速炸裂，处于燃烧状态的发射药中止燃烧。

所述泄压螺堵由五部分组成，分别为泄压密封螺堵、压螺、泄压破片、泄压密封垫圈及挡药板。泄压密封螺堵为具有内外螺纹结构的圆柱形空腔钢件。外螺纹尺寸与所述燃烧本体两端内螺纹尺寸匹配，两者可配合连接。泄压密封螺堵顶部(旋入所述燃烧本体一端)平面加工一菱形凹槽。泄压密封垫圈为紫铜制作的菱形垫圈，其直径与泄压密封螺堵顶部凹槽相同，使用炮油将泄压密封垫圈固定在泄压密封螺堵顶部凹槽中。泄压密封螺堵通过螺纹结构旋入所述燃烧本体内部，将泄压密封垫圈压紧在所述燃烧本体内部的菱形凹槽内，达到密封火药气体的效果。泄压破片一般为铜质金属圆片，泄压破片放入泄压密封螺堵内腔内。压螺为具有外螺纹结构的空腔圆柱体钢件，其外螺纹尺寸与泄压密封螺堵内螺纹尺寸匹配，两者可配合连接。泄压破片被泄压密封螺堵与压螺挤压在中间，对所述燃烧本体泄压一端起密封作用。挡药板为一圆形多孔高强度钢板，侧面加工有螺纹结构，可与泄压密封螺堵通过螺纹结构配合连接，挡药板表面的小孔直径应远小于发射药样品直径，其一方面可防止发射药样品随燃气冲出燃烧室，不利于样品回收，另一方面可防止起爆组件爆炸后的破片冲入燃烧室，对样品造成破坏。

所述压力传感器为压电式压力传感器，通过螺纹结构安装于燃烧本体器壁上，负责监测发射药燃烧阶段的压力随时间变化信息。

所述发射药为具有一定形状的固体发射药，实验前记录其表面形貌状态，并将其置于所述燃烧本体空腔内，实验后收集发射药样品，与实验前样品可进行形貌状态对比分析。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

(一)在本发明中，采用起爆组件对泄压破片进行爆破泄压，实验前只需设置所需破片压力，燃烧室压力一旦到达设定压力，起爆组件工作，实现爆破泄压。一次实验即可获得该压力下中止燃烧样品，大幅减少了实验工作量。

(二)本发明中采用起爆组件，并准确设置所需破片压力，爆破泄压较传统的膨胀泄压速度快，因此实际破片压力与设定破片压力基本相同，实验准确性高。

附图说明

图1是本发明爆炸破片泄压中止燃烧装置的结构组成示意图。

图2是图1中所示泄压螺堵的结构示意图。

图3是图1中所示点火螺堵的结构示意图。

图4是图1中所示起爆组件的结构示意图。

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。

正如图1所示，本发明第一优选实施例给出的爆炸破片泄压中止燃烧装置包括泄压螺堵1、起爆组件2、发射药3、压力传感器4、点火药包5、燃烧本体6和点火螺堵7。

燃烧本体6为PCrNiMoV钢制作，内部为空腔圆柱体结构，壁厚35mm，内部空腔长100mm，直径50mm。燃烧本体6两端均加工有内螺纹，螺纹区长度22mm，螺纹尺寸为M60×3mm，内螺纹可与点火螺堵7及泄压螺堵[1]的外螺纹配合紧固连接，形成一个耐压密封腔体，作为发射药3的燃烧室。燃烧本体6两端内部各加工一菱形凹槽，菱形凹槽直径48mm，深度1mm。

点火螺堵7由三部分组成，分别为点火密封螺堵7-1、点火密封垫圈7-2及点火电极杆7-3。点火密封螺堵7-1为具有外螺纹的圆柱形钢件，材料为PCrNiMoV钢。点火密封螺堵7-1外螺纹尺寸与所述燃烧本体6两端内螺纹尺寸一致，为M60×3mm，两者配合连接。点火密封螺堵7-1顶部平面加工一菱形凹槽，菱形凹槽直径48mm，深度1mm。点火密封垫圈7-2为紫铜制作的菱形垫圈，直径48mm，高度3mm。使用炮油将点火密封垫圈7-2固定在点火密封螺堵7-1顶部凹槽中。点火密封螺堵7-1通过螺纹结构旋入所述燃烧本体2内部，将点火密封垫圈7-2压紧在所述燃烧本体6内部的菱形凹槽内，达到密封火药气体的效果。点火密封螺堵7-1端面安装有两根点火电极杆7-3，其中一根点火电极杆通过塑料衬套与点火密封螺堵7-1绝缘安装，另一根点火电极杆直接连接点火密封螺堵7-1。

点火药包5由1克硝化棉制作，使用硫酸钡纸包裹硝化棉制成药包，利用一段镍镉点火丝穿过药包中心位置，镍镉点火丝两端缠绕固定于所述点火螺堵7两根点火电极杆上，使用万用表确认两电极导通。当通入30V直流电压，有电流通过镍镉点火丝，镍镉点火丝将发热变红，引燃点火药包5，点火药包5引燃发射药3。

起爆组件2由压力传感器2-1、电路模块2-2、发火组件2-3、电池2-4及壳体2-5组成。本发明第一优选实施例压力传感器2-1选用压电式压力传感器,型号为SYC-6000，量程600MPa；电路模块2-2包括信号采集电路和起爆控制电路；发火组件2-3选用48A半导体桥雷管；电池选用聚合物锂离子电池；壳体选用PCrNi₃M_oV材料制作，以保护传压力感器2-1及电路模块2-2在高温高压环境下不受损坏。使用时，先设定触发电平，本优选实施例设定触发电平为0.5V(合起爆压力50MPa)。后将起爆组件2用AB胶固定于泄压破片1-3中央，并使采集电路工作，此时压力传感器2-1不断采集电压信号，一旦电压信号达到设定的触发电平(此刻，燃烧室压力达到设定的破片压力)，起爆控制电路工作，引爆发火组件2-3，泄压破片1-3被快速炸裂，处于燃烧状态的发射药中止燃烧。

泄压螺堵1由五部分组成，分别为泄压密封螺堵1-1、压螺1-2、泄压破片1-3、泄压密封垫圈1-4及挡药板1-5。泄压密封螺堵1-1、压螺1-2及挡药板1-5均为PCrNiMoV钢制作。泄压密封螺堵1-1内螺纹尺寸M48×3mm，外螺纹尺寸M60×3mm。泄压密封螺堵1-1通过其螺纹结构与燃烧本体6配合连接。泄压密封螺堵1-1顶部平面加工一菱形凹槽，菱形凹槽直径48mm，深度1mm。泄压密封垫圈1-4为紫铜制作的菱形垫圈，其直径与泄压密封螺堵顶部凹槽相同，使用炮油将泄压密封垫圈固定在泄压密封螺堵顶部凹槽中。本发明第一优选实施例所选用的泄压破片1-3为黄铜圆片，泄压破片1-3放入泄压密封螺堵内腔内，其厚度为0.7mm。压螺1-2为具有外螺纹结构的空腔圆柱体钢件，其外螺纹尺寸为M48×3mm，与泄压密封螺堵1-1配合连接，泄压破片1-3被泄压密封螺堵1-1与压螺1-2挤压在中间，对所述燃烧本体泄压一端起密封作用。挡药板1-5表面小孔直径3mm，厚度4mm，利用螺纹结构与泄压密封螺堵1-1配合连接。

压力传感器4为压电式压力传感器，型号为SYC-6000，量程600MPa，将压力传感器4通过螺纹结构安装于燃烧本体6器壁上，负责监测发射药燃烧过程的压力随时间变化信息。

所述发射药3为具有一定形状的硝化棉基固体发射药，实验前记录其表面形貌状态，实验后收集发射药样品，与实验前样品可进行对比分析。

本发明使用时先准备好各组件，并设定好触发电平，将燃烧本体6固定于一个台面，压力传感器安装于燃烧本体6器壁上，将待测发射药3装入燃烧本体6内，泄压螺堵1与点火螺堵7通过螺纹结构连接于燃烧本体6两端并紧固。点火螺堵7中一根点火电极杆7-3连接点火电源正极，另一根点火电极杆7-3连接点火电源负极。当按下点火电源后，镍镉点火丝将发热变红，引燃点火药包5。点火药包5燃烧产生高温火焰、热气流及固体热粒子，继而点燃发射药3。随着发射药的燃烧，燃烧本体6中的气体压力不断增大，当燃烧室压力达到设定的破片压力，起爆控制电路工作，引爆发火组件2-3，泄压破片1-3被快速炸裂，燃烧本体6中的气体由破孔处喷出，处于燃烧状态的发射药中止燃烧。此过程的压力变化情况通过压力传感器4全程采集并储存。

Claims (1)

1.一种发射药爆炸破片泄压中止燃烧装置，其特征在于包括泄压螺堵（1）、起爆组件（2）、发射药（3）、压力传感器（4）、点火药包（5）、燃烧本体（6）和点火螺堵（7）；

所述燃烧本体（6）为发射药（3）及点火药的密闭燃烧场所，钢制空腔圆柱体，两端开口，并加工有内螺纹结构，燃烧本体（6）两端内部各加工一菱形凹槽；

所述点火螺堵（7）包括点火密封螺堵（7-1）、点火密封垫圈（7-2）及点火电极杆（7-3）；所述点火密封螺堵（7-1）为具有外螺纹的圆柱形钢件，外螺纹尺寸与所述燃烧本体（6）两端内螺纹尺寸匹配；点火密封螺堵（7-1）顶部平面加工一菱形凹槽；点火密封垫圈（7-2）为紫铜菱形垫圈，其大小与点火密封螺堵（7-1）顶部凹槽相同，使用炮油将点火密封垫圈（7-2）固定在点火密封螺堵（7-1）顶部凹槽中；点火密封螺堵（7-1）通过螺纹结构旋入所述燃烧本体（6）内部，将点火密封垫圈（7-2）压紧在所述燃烧本体（6）内部的菱形凹槽内，用以密封火药气体；点火密封螺堵（7-1）旋入所述燃烧本体（6）一端端面安装有两根点火电极杆（7-3），其中一根点火电极杆（7-3）通过塑料衬套与点火密封螺堵（7-1）绝缘，另一根点火电极杆（7-3）直接连接点火密封螺堵（7-1）；

所述点火药包（5）中为硝化棉或2#小粒黑，镍镉点火丝穿过药包中心位置，两端分别缠绕固定于两根点火电极杆（7-3）上；当有电流通过镍镉点火丝，镍镉点火丝将发热变红，引燃点火药包（5）；

所述起爆组件（2）用AB胶固定于泄压破片（1-3）中央，压力传感器（2-1）采集的电压信号达到设定的触发电平，起爆控制电路工作，引爆发火组件（2-3），泄压破片（1-3）炸裂，处于燃烧状态的发射药（3）中止燃烧；

所述泄压螺堵（1）由泄压密封螺堵（1-1）、压螺（1-2）、泄压破片（1-3）、泄压密封垫圈（1-4）及挡药板（1-5）组成；泄压密封螺堵（1-1）为具有内外螺纹结构的圆柱形空腔钢件；外螺纹尺寸与所述燃烧本体（6）两端内螺纹尺寸匹配；泄压密封螺堵（1-1）顶部平面加工一菱形凹槽；泄压密封垫圈（1-4）为紫铜菱形垫圈，其直径与泄压密封螺堵（1-1）顶部凹槽相同，使用炮油将泄压密封垫圈（1-4）固定在泄压密封螺堵（1-1）顶部凹槽中；泄压密封螺堵（1-1）通过螺纹结构旋入所述燃烧本体（6）内部，将泄压密封垫圈（1-4）压紧在所述燃烧本体（6）内部的菱形凹槽内；泄压破片（1-3）为金属圆片，泄压破片（1-3）放入泄压密封螺堵（1-1）内腔内；压螺（1-2）为具有外螺纹结构的空腔圆柱体钢件，其外螺纹尺寸与泄压密封螺堵（1-1）内螺纹尺寸匹配；泄压破片（1-3）被泄压密封螺堵（1-1）与压螺（1-2）挤压在中间，对所述燃烧本体（6）泄压一端起密封作用；挡药板（1-5）为一圆形多孔高强度钢板，侧面加工有螺纹结构，可与泄压密封螺堵（1-1）通过螺纹结构配合连接，挡药板（1-5）表面的小孔直径小于发射药（3）样品直径；

所述压力传感器（4）为压电式压力传感器，通过螺纹结构安装于燃烧本体（6）器壁上，负责监测发射药（3）燃烧阶段的压力随时间变化信息。

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