CN109959569A - 用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，包括外壳、炉芯、内套、温度测量传感器；外壳放置在分离式实验设备的装弹舱内，外壳的前端设置开口；炉芯安装在外壳内部，炉芯内安装有加热设备，加热设备通过弹载加热装置外部供电，炉芯中部设置有沿外壳的前、后端的通孔；内套为桶状结构，内套的开口朝向与外壳的开口朝向一致，内套安装在炉芯的通孔内，试样置于内套内，试样的外部尺寸略小于内套的内部尺寸；温度测量传感器置于内套中并用于试样的温度检测。本发明通过改变内套的形状，可以实现不同姿态和不同试样尺寸的需求；通过温度测量传感器的设置，可以测得试样的温度，使得试样获得合适的实验温度，再进行实验。

Description

用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置

技术领域

本发明属于结构高温高速冲击动力学研究领域，具体涉及一种用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置。

背景技术

随着科技和社会的进步，产品的安全性特别是高温高速撞击下的安全性日益受到关注，逐渐成为产品研制过程中不可或缺的技术指标之一。高温高速撞击下的安全性是指产品因异常事故发生高温高速碰撞时防止爆炸和有害物质泄漏的能力，如深空探测的放射性同位素热/电源，在意外发生时可能经历高温高速撞击，致使其外壳体破裂而发生反射性材料泄漏，给生态或人类带来灾害；核电站乏燃料包装箱的跌落/火烧，也可能诱发严重的安全事故等。为确保产品高温高速撞击下的安全性，必须建立相关实验技术以在产品研发阶段考核产品结构设计的安全防护能力，国内外对此开展了大量的研究。在已有产品安全性的研究中，通常分别建立实验技术研究结构在高速撞击和高温作用下的安全性。这难以揭示高速碰撞和高温对结构安全性的耦合作用。

在此项研究高速撞击和高温耦合作用的实验技术中，同时实现加热和加速是关键。美国开发的同位素能源撞击试验机(Isotope Fuels Impact Tester，IFIT)将电炉集成在试验机上，主要采用电子束进行加热。在利用火箭橇开展整个GPHS-RTG高温高速撞击试验中，采用电炉单独加热GPHS-RTG，然后解除电炉，远程控制将GPHS-RTG安装在火箭橇上进行试验；或者首先将GPHS-RTG固定在火箭橇轨道上，利用电炉加热试样至设定温度后移除电炉，然后采用“逆弹道”的方法进行试验。中国原子能科学研究院将试样和电炉集成(CN203849118U)，当试样被加热到试验温度时，试样与电炉同时与靶体发生碰撞。

美国开发的两种试验方法技术中的结构复杂，具体细节未见公开公布，难以在工程实际中应用和推广。中国原子能科学研究院研发的装置将试样包裹在加热装置之中，无法控制和检测试样的碰撞状态，难以拓展应用到研究结构高温高速撞击响应、特别是不同姿态下的动力学响应。因此，开发一种可实现试样碰撞姿态可控和可测的超高温弹载加热装置是实现工程产品超高温高速撞击考核试验的关键技术。

为了解决以上问题我方研发出了用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，包括：

外壳；外壳放置在分离式实验设备的装弹舱内，外壳的前端设置开口；

炉芯；炉芯安装在外壳内部，炉芯内安装有加热设备，加热设备通过弹载加热装置外部供电，炉芯中部设置有沿外壳的前、后端的通孔；

内套；内套为桶状结构，内套的开口朝向与外壳的开口朝向一致，内套安装在炉芯的通孔内，试样置于内套内，试样的外部尺寸略小于内套的内部尺寸；

温度测量传感器；温度测量传感器置于内套中并用于试样的温度检测。

本发明的有益效果在于：

本发明的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置：

1、具有姿态控制功能；通过改变内套的形状，可以实现不同姿态和不同试样尺寸的需求。

2、通过温度测量传感器的设置，可以测得试样的温度，使得试样获得合适的实验温度，再进行实验。

附图说明

图1是本发明的剖视图(a)和右视图(b)；

图2是本发明中定位支撑的剖视图(a)和左视图(b)；

图3是本发明中内套的剖视图(a)和左视图(b)；

图4是本发明中定位圈的剖视图(a)和左视图(b)；

图5是本发明中外壳的剖视图；

图6是本发明中端盖的剖视图(a)和左视图(b)；

图7是本发明中炉芯的剖视图(a)和左视图(b)；

图8是本发明中前芯盖的剖视图(a)和左视图(b)；

图9是本发明中后芯盖的剖视图(a)和左视图(b)；

图10是本发明中电炉丝的结构示意图。

图中：1-外壳，2-定位圈，3-第一内六角圆柱螺钉，4-隔热层，5-后芯盖，6-炉芯，7-前芯盖，8-第二内六角圆柱螺钉，9-端盖，10-接线柱，11-销钉，12-第三内六角圆柱螺钉，13-垫板，14-定位支撑，15-内套，16-第四内六角圆柱螺钉，17-强磁铁，18-电炉丝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1，如图1所示：

用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，包括：

外壳1；外壳1放置在分离式实验设备的装弹舱内，外壳1的前端设置开口；

炉芯6；炉芯6安装在外壳1内部，炉芯6内嵌套安装有加热设备，加热设备通过弹载加热装置外部供电，炉芯6中部设置有沿外壳1的前、后端的通孔；

内套15；内套15为桶状结构，内套15的开口朝向与外壳1的开口朝向一致，内套15安装在炉芯6的通孔内，试样置于内套15内，试样的外部尺寸略小于内套15的内部尺寸；

温度测量传感器；温度测量传感器置于内套15中并用于试样的温度检测；

本实施例中，炉芯6由两个子炉芯6组成，两个子炉芯6的组合面为弯折面，以降低热量从外壳1处的流失；

内套15、炉芯6和外壳1同轴心线设置；

内套15为分半制作成完全相同的两部分，内套15优选为圆桶状结构；

如图5所示，外壳1包括分半制作成的完全相同的两个子外壳1，外壳1前端的组合面处设置有两组组合后连通的孔洞，每个子外壳1上设置两个孔洞，四个强磁铁17分别安装在四个孔洞内，安装的强磁铁17为分半制作的外壳1的组装提供连接力；

如图7所示，炉芯6采用弯折的线路将其分成两部分组合而成，用以降低热量的流失；

如图10所示，加热设备优选采用电炉丝18，电炉丝18安装于炉芯6之中，主要用于加热。

本申请具有姿态控制功能；通过改变内套15的形状以及与内套15相邻的部件形状，可以实现不同姿态和不同试样尺寸的需求。

本申请通过温度测量传感器的设置，可以测得试样的温度，使得试样获得合适的实验温度，再进行实验。

本申请的具体工作：选用一个试样，安装于弹载加热装置中，然后放置于装弹舱中，接通弹载加热装置的电源，即接通其电炉丝18电源，对试样进行加热，并使温度T0高于实验要求的碰靶温度T1，然后断电，测试试样表面温度由T0降至T1所需的时间Δt，最后断电，待弹载加热装置冷却后取出含试样的弹载加热装置，以时间Δt控制试样的发射。

当获取到时间Δt后，开始实验，然后将试样安放至弹载加热装置的内套15中，接着将含试样的弹载加热装置装入装弹舱中，接通电源给试样加热，使试样的表面温度达到T0。高压气体快速进入装弹舱，驱动弹载加热装置在炮管中高速运动。当弹载加热装置与弹托分离器接触时，弹载加热器与试样脱离，试样将飞行并与靶体相撞，完成实验。具体实验过程见申请号201810219362.8的专利申请。

实施例2，如图2所示，

本实施例与实施例1的区别在于：在内套15中还固定安装有定位支撑14，定位支撑14为桶状结构，定位支撑14的外部尺寸略小于内套15的内部尺寸，定位支撑14的开口朝向内套15的底端，定位支撑14的底端均匀设置有多个开孔，试样置于内套15的开口端与定位支撑14的底端之间，且试样的一端靠近定位支撑14的底端。

定位支撑14为圆桶状结构，定位支撑14一半与内套15的一半焊接，焊接时确保定位支撑14底端与内套15的中轴线垂直；定位支撑14与内套15同轴心线设置；定位支撑14用于进一步确定试样的位置，并驱动试样运动；

内套15内壁分为两段，两段中靠近其开口的一段内径大于另一段，试样置于内套15内壁中内径较小的一段，在两段不同大小内径的连接处形成台阶状结构，定位支撑14的底端与内套15台阶状结构的距离应不小于试样的长度；

实施例3，如图3所示，

本实施例与实施例1或实施例2任一项的区别在于：内套15壁上设置有多个便于试样加热的通孔。内套15壁上的通孔为条状孔，增加对试样的直接加热面积，可结合炉芯6中的大功率电炉丝18实现快速加热，此处优选炉芯6中电炉丝18通过通孔的设置直接与内套15中的空间连通。通孔只设置于内套15内径较小的一段的内壁上。

实施例4，如图4和图6所示，

本实施例与实施例1的区别在于：弹载加热装置还包括定位圈2、端盖9，外壳1内中部设置有台阶状结构(主要结构呈现为，外壳1靠近其前端的一部分内壁较厚，靠近其后端的一部分内壁较薄，较厚内壁与较薄内壁的连接处形成台阶状结构)，定位圈2包括分半制作成的完全相同的两个子定位圈2，定位圈2组合为圆桶状结构，定位圈2卡接并固定在外壳1内台阶状结构处(定位圈2的外壁直径略小于外壳1较薄内壁的内径，但大于外壳1较厚内壁的内径)，定位圈2的底部中心设置有用于试样飞出的通孔，定位圈2的侧壁通过多个第四内六角圆柱螺钉16与外壳1固定连接；端盖9包括分半制作成的完全相同的两个子端盖9，端盖9用于封堵外壳1的后端，端盖9底部设置有四个围绕其中心均匀设置的四个电源孔，端盖9的侧面设置有安装孔，通过多个第二内六角圆柱螺钉8分别穿过多个安装孔与外壳1的连接实现端盖9固定安装在外壳1上；端盖9的组合面处设置有两组组合后连通的孔洞，每个子端盖9上设置两个孔洞，四个强磁铁17分别安装在四个孔洞内，安装的强磁铁17为分半制作的端盖9的组装提供连接力；端盖9的底面还设置有圆形槽。

实施例5，如图1和图3所示，

本实施例与实施例4的区别在于：内套15的开口端设置有法兰盘(法兰盘固定在内套15的开口端外壁，可以是一体成型)，法兰盘固定在炉芯6和定位圈2之间；法兰盘包括分半制作成的完全相同的两个子法兰盘，每个子法兰盘连接一个子内套15，法兰盘上设置有多个螺孔，定位圈2的底部围绕中心处设置有多个通孔，多个第一内六角圆柱螺钉3穿过多个通孔，再旋入法兰盘上的多个螺孔完成法兰盘与定位圈2的连接。

实施例6，如图9所示，

本实施例与实施例5的区别在于：在法兰盘与炉芯6之间设置有后芯盖5，后芯盖5由两个子后芯盖5组成，两个子后芯盖5的组合面为弯折面，以降低热量的流失，后芯盖5组成为圆环柱状结构。

实施例7，如图1所示，

本实施例与实施例6的区别在于：弹载加热装置还包括隔热层4，隔热层4为环状结构，隔热层4置于在法兰盘外部，并置于定位圈2和后芯盖5之间。隔热层4还置于炉芯6和外壳1之间，用于隔热。

实施例8，如图8所示，

本实施例与实施例4的区别在于：在炉芯6和端盖9之间还设置有前芯盖7，外界交流电源通过多个接线柱10和穿过前芯盖7的电源线为加热设备供电，多个接线柱10均穿过端盖9安装。前芯盖7由两个子前芯盖7组成，两个子前芯盖7的组合面为弯折面，以降低热量的流失。

实施例9，如图1所示，

本实施例与实施例8的区别在于：在内套15的底端上设置有通孔，对应地端盖9和前芯盖7上均设置有通孔，一垫板13安装在内套15内底部，垫板13上设置有通孔，在试样加热至预设温度过程中，温度测量传感器置于内套15中对试样进行温度检测；试样加热至预设温度后，拔出温度测量传感器，通过销钉11依次穿过端盖9上的通孔、前芯盖7上的通孔、内套15底端上的通孔、垫板13上的通孔后进行封堵。

内套15的底端利用第三内六角圆柱螺钉12穿过垫板13上的小孔、前芯盖7后与端盖9相连；

实施例10，如图1所示，

本实施例与实施例1的区别在于：在外壳1的两端侧壁上均设置有凸台，凸台往外壳1外壁外部凸出。凸台的尺寸较小，凸台的设置减少弹载加热装置与炮管的接触面积，同时弹载加热装置两端的温度较低，不会对炮管产生影响。

实施例11，

炉芯6、前芯盖7和后芯盖5均采用隔热材料与相邻组件配合制作。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (18)

1.用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于，包括：

外壳；外壳放置在分离式实验设备的装弹舱内，外壳的前端设置开口；

炉芯；炉芯安装在外壳内部，炉芯内安装有加热设备，加热设备通过弹载加热装置外部供电，炉芯中部设置有沿外壳的前、后端的通孔；

内套；内套为桶状结构，内套的开口朝向与外壳的开口朝向一致，内套安装在炉芯的通孔内，试样置于内套内，试样的外部尺寸略小于内套的内部尺寸；

温度测量传感器；温度测量传感器置于内套中并用于试样的温度检测。

2.根据权利要求1所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：在内套中还固定安装有定位支撑，定位支撑为桶状结构，定位支撑的外部尺寸略小于内套的内部尺寸，定位支撑的开口朝向内套的底端，定位支撑的底端均匀设置有多个开孔，试样置于内套的开口端与定位支撑的底端之间，且试样的一端靠近定位支撑的底端。

3.根据权利要求1或2所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：内套壁上设置有多个便于试样加热的通孔。

4.根据权利要求1所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：弹载加热装置还包括定位圈、端盖，外壳内中部设置有台阶状结构，定位圈卡接并固定在外壳内台阶状结构处，定位圈的中部设置有用于试样飞出的通孔，端盖固定安装在外壳的后端。

5.根据权利要求4所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：内套的开口端设置有法兰盘，法兰盘固定在炉芯和定位圈之间。

6.根据权利要求5所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：在法兰盘与炉芯之间设置有后芯盖，后芯盖为圆环柱状结构。

7.根据权利要求6所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：弹载加热装置还包括隔热层，隔热层为环状结构，隔热层置于在法兰盘外部，并置于定位圈和后芯盖之间。

8.根据权利要求4所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：在炉芯和端盖之间还设置有前芯盖，外界交流电源通过多个接线柱和穿过前芯盖的电源线为加热设备供电，多个接线柱均穿过端盖安装。

9.根据权利要求8所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：在内套的底端上设置有通孔，对应地端盖和前芯盖上均设置有通孔，一垫板安装在内套内底部，垫板上设置有通孔，在试样加热至预设温度过程中，温度测量传感器置于内套中对试样进行温度检测；试样加热至预设温度后，拔出温度测量传感器，通过销钉依次穿过端盖上的通孔、前芯盖上的通孔、内套底端上的通孔、垫板上的通孔后进行封堵。

10.根据权利要求1所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：在外壳的两端侧壁上均设置有凸台。

11.图中：1-外壳，2-定位圈，3-第一内六角圆柱螺钉，4-隔热层，5-后芯盖，6-炉芯，7-前芯盖，8-第二内六角圆柱螺钉，9-端盖，10-接线柱，11-销钉，12-第三内六角圆柱螺钉，13-垫板，14-定位支撑，15-内套，16-第四内六角圆柱螺钉，17-强力磁铁，18-电炉丝。

外壳；外壳包括分半制作成的完全相同的两个子外壳，两个子外壳组装成内壁中部设置有阶梯状结构的圆筒，外壳内壁的阶梯状结构处卡接有定位圈，外壳内壁的后端通过端盖封堵，外壳前端的组合面处设置有两个组合后连通的孔洞，强磁铁安装在孔洞内，安装的强磁铁为分半制作的弹载加热装置的组装提供连接力，外壳的两端设计为微微凸起的台阶；

定位圈、端盖；定位圈固定安装在外壳内中部，端盖固定安装在外壳内尾部；

炉芯；炉芯为圆环柱状结构，炉芯安装在外壳内的定位圈和端盖之间；

电炉丝；电炉丝嵌套在炉芯中；

多个接线柱；多个接线柱均安装在端盖上，外界交流电源通过多个接线柱为电炉丝供电；

内套；内套包括桶状结构，桶状结构固定安装在炉芯中，

定位支撑；定位支撑为底部设置有多个均匀开孔的杯状结构，定位支撑的杯口的半圈与内套焊接，定位支撑的杯口朝向外壳的尾部，定位支撑的底面与管状结构的中轴线垂直，定位支撑底面与内套台阶处的距离应不小于试样的长度；试样置于桶状结构内，并一端置于定位支撑内底部。

12.根据权利要求1所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：内套还包括一法兰盘，桶状结构的开口端与法兰盘的内圈固定，法兰盘与桶状结构垂直，法兰盘固定在炉芯和定位圈之间。

13.根据权利要求2所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置。

14.其特征在于：在法兰盘与炉芯之间还设置有后芯盖，后芯盖为圆环柱状结构。

15.根据权利要求3所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：弹载加热装置还包括隔热层，隔热层为环状结构，隔热层套在法兰盘外部，并置于定位圈和后芯盖之间。

16.根据权利要求1所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：在炉芯和端盖之间还设置有前芯盖，外界交流电源通过多个接线柱和穿过前芯盖的电源线为电炉丝供电，管状结构的一端抵紧前芯盖安装。

17.根据权利要求5所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：在桶状结构有底的一端上设置有通孔，对应地端盖和前芯盖上均设置有通孔，一垫板安装在桶状结构内部，垫板上设置有螺孔，一螺钉依次穿过端盖上的通孔、前芯盖上的通孔、桶状结构上有底的一端的通孔后旋入垫板上的螺孔内。

18.根据权利要求1所述的用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置，其特征在于：

图中：1-外壳，2-定位圈，3-第一内六角圆柱螺钉，4-隔热层，5-后芯盖，6-炉芯，7-前芯盖，8-第二内六角圆柱螺钉，9-端盖，10-接线柱，11-销钉，12-第三内六角圆柱螺钉，13-垫板，14-定位支撑，15-内套，16-第四内六角圆柱螺钉，17-强力磁铁，18-电炉丝。

每部分从内至外依次连接的定位支撑、内套、定位圈、炉芯和外壳位于同一中轴延长线上，隔热层位于炉芯和外壳之间，前芯盖位于炉芯与端盖之间，后芯盖位于定位圈和炉芯之间

定位圈2和端盖9分别在外壳1中部和尾部通过内六角圆柱螺钉连接；电炉丝18嵌套在炉芯6中，通过安装在端盖9上的接线柱10与外界交流电源连接；外壳1和端盖9均在对应位置安装有强力磁铁17；内套15尾部利用垫板13通过内六角圆柱螺钉连接与端盖9连接。

作为本专利选择的一种技术方案，将试样靠近定位支撑14的底部安装于内套15之中，然后将两部分弹载加热装置组装，放置于可以提供加热控制的空气炮中，弹载加热装置的口部面向飞行方向。

作为本专利选择的一种技术方案，可以改变内套15及其相邻部件的形状以适应不同试样的形状。