CN110187078B - 一种炸药加速装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种炸药加速装置，其基本原理是利用电磁轨道加速滑块并带动炸药运动，设计滑块和壳体结构确保炸药加速过程中的安全性，利用预设在导轨末端的分离结构实现滑块、壳体和炸药的安全分离。本申请具试验安全性高、试验成本低廉的优势，能够满足大多数炸药的加速试验要求，能够为抗过载炸药、钝感炸药研制、炸药安全性评估试验等提供技术保障。
Description
技术领域
本申请属于爆炸物性能参数实验技术领域，涉及一种炸药加速装置，主要用于炸药撞击性能试验，可以抗过载炸药、不敏感炸药设计提供技术支持。
背景技术
炸药是常规武器弹药的毁伤能源，炸药被广泛应用于各类侵彻弹药、炮射弹药，这些弹药在使用过程中会遇到几万重力加速度的大过载条件，因此炸药配方设计过程中需要充分考虑炸药的抗过载性能。为了能够模拟弹药的过载环境，研究人员建立了大量的炸药加速试验装置，典型的如轻气炮、火炮、火箭撬等，但是这些试验装置都只能用于研究炸药装药性能，无法对炸药裸药柱开展试验。然而，炸药本身的撞击安全性对于全面了解炸药及其装药安全性具有重要的参考意义，火箭撬试验能够有效加速炸药裸药柱，进行试验，但是存在试验费用昂贵的问题(单次试验费用近百万)；2019年西安工业大学提出的用于强冲击试验的高速运动体加速装置及其方法(公开号：CN 109556820A)，该方法能够有效较少加速设备的占地面积，具有撞击速度高、安全性高的特点，但是该方法没有考虑炸药等含能材料对外界机械刺激敏感的特点，使得该方法不适用于炸药等含能材料；为了解决该问题，目前的解决方案是根据相对运动原理，加速惰性物质撞击裸药柱，典型的试验方法有STEVEN试验(代晓淦等，Steven试验中不同形状弹头撞击下炸药响应规律研究)，霍普金森杆试验(国防科大卢芳云团队的研究)等。综上所述，目前的试验装置只能适用于炸药装药(带有壳体的炸药)，存在如下三方面局限性：
(1)火箭撬单次试验成本超近百万人民币，难以用于常规的科学研究，根据相对运动原理建立的炸药加速撞击试验方法不能完全替代炸药直接加速试验方法；
(2)目前无方法实现裸药柱的安全、可靠直接加速试验，炸药裸药柱的撞击动态力学性能无法直接测量；
(3)炸药加速过程为黑匣子，若出现膛炸事件通过难以分析事故原因。
炸药的撞击动态力学性能是抗过载炸药、不敏感炸药设计关注的核心问题之一，目前关于炸药加速试验装置存在一定的局限性，因此需要一种炸药加速装置，丰富炸药加速试验方案，弥补现有试验装置的不足，为更好地研究炸药动态力学性能提供技术保障。
发明内容
针对现有的试验装置和方法存在的缺陷或不足，本申请提供一种炸药加速装置，基本原理是利用电磁轨道加速带有炸药的滑块，利用预设在导轨上的切割结构实现滑块、壳体和炸药的安全分离。本申请具加速能力强、试验成本低廉的优势，能够满足大多数炸药的加速试验要求，能够为抗过载炸药、钝感炸药研制、炸药安全性评估试验等提供技术保障。
为了实现上述目标，本申请采用如下技术解决方案：一种炸药加速装置，其特征在于：所述装置包含导轨1、滑块2、壳体3、炸药4和车刀5，所述导轨1为导电金属，所述导轨1横截面为圆环形，所述导轨1由正极轨道1-1、负极轨道1-2、绝缘带A1-3、绝缘带B1-4构成，所述正极轨道1-1、负极轨道1-2、绝缘带A1-3、绝缘带B1-4的将所述导轨1横截面分割成四部分，绝缘带A1-3、绝缘带B1-4起到了观察窗和隔离正极轨道1-1、负极轨道1-2的双重目的，所述正极轨道1-1、负极轨道1-2、绝缘带A1-3、绝缘带B1-4通过外围捆绑固定，所述正极轨道1-1、负极轨道1-2沿着圆环形横截面径向对称分布，所述绝缘带A1-3、绝缘带B1-4沿着圆环形横截面径向对称分布，所述绝缘带A1-3、绝缘带B1-4为钢化玻璃材质，所述导轨1为等截面长杆，所述正极轨道1-1和负极轨道1-2的横截面呈40°～180°夹角扇形，若正极轨道1-1和负极轨道1-2横截面呈180°那么绝缘带A1-3、绝缘带B1-4将被绝缘橡胶板替代，所述正极轨道1-1和负极轨道1-2对称安装，所述滑块2为横截面为圆形的片状金属，所述滑块2位于正极轨道1-1和负极轨道1-2之间，所述滑块2和导轨1自由接触，所述壳体3为中空圆柱体薄壁结构，所述壳体3壁厚1mm～1.5mm，所述壳体3高度为所述炸药4高度的0.7倍，这样设计有利于壳体3和炸药4分离，并确保加速过程中炸药4不会和导轨1和滑块2发生直接接触，所述壳体3一端固定在所述滑块2朝着发射方向上的圆面上，所述壳体3另一端做了打薄处理，所述滑块2和所述壳体3整体形成一端开口的筒状结构，所述炸药4为圆柱体，所述炸药4的直径18mm±0.2mm，所述炸药4质量为9g±1g，所述炸药4装填在所述滑块2和所述壳体3形成的筒状结构中，所述炸药4和所述滑块2自由接触，所述车刀5整体为圆筒结构，所述车刀5位于所述导轨1沿着所述滑块2运动方向的末端，所述车刀5通过螺纹固结在所述导轨1上，所述车刀5内径比所述导轨1内径大2.4mm，所述车刀5内表面处在沿着所述滑块2运动方向的末端设有厚度为1.3mm的圆环形刀锋5-1；
利用该装置进行测量的方法，包括如下步骤：
步骤一、控制环境温度不大于30℃，相对空气湿度不大于50％；
步骤二、将所述滑块2和壳体3利用双面胶粘接在一起，然后所述炸药4放入所述壳体中，滑块2、壳体3和炸药4整体放到导轨1中间的空腔中；
步骤三、将所述正极轨道1-1和负极轨道1-2分别连接脉冲电源的正极和负极，根据公式F＝0.5L*I2计算推力，其中F为滑块2受到的推力，L*为电感梯度，I为电流强度，电流经过所述正极轨道1-1、滑块2和负极轨道1-2回到电源负极，滑块2在脉冲电流形成的洛伦磁力作用下向前加速运动；
步骤四、滑块2、壳体3和炸药4整体运动到所述车刀5位置处，受到车刀5圆环形刀锋5-1的强力剪切作用，滑块2和壳体3迅速减速并和所述炸药4分离，炸药4受惯性力作用沿预定弹道飞行。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
(1)加速装置可重复使用，占地面积小于20平方米，建设成本较低，适合作为实验室研究装置。加速能力强，能够以较低的成本实现0m/s～200m/s加速要求；
(2)特别适合用于裸药柱的加速试验，可用于研究实验室量级的炸药动态力学性能；
(3)正极轨道1-1、负极轨道1-2、绝缘带A1-3、绝缘带B1-4四部分独立的设计能够实现炸药加速过程可视化，有利于了解炸药4加速状态。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是试验装置剖面图，1-导轨、2-滑块、3-壳体、4-炸药、5-车刀；
图2试验装置横截面剖面图，1-1-正极轨道、1-2-负极轨道、1-3-绝缘带A、1-4-绝缘带B、3-壳体、4-炸药。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明，但实施例不是对发明的限定：
实施例1
本实施例中，设计一种炸药加速装置，满足9g炸药，40m/s～250m/s加速。
一种炸药加速装置，其特征在于：所述装置包含导轨1、滑块2、壳体3、炸药4和车刀5，所述导轨1为导电金属，所述导轨1横截面为圆环形，所述导轨1由正极轨道1-1、负极轨道1-2、绝缘带A1-3、绝缘带B1-4构成，所述正极轨道1-1、负极轨道1-2、绝缘带A1-3、绝缘带B1-4的将所述导轨1横截面分割成四部分，绝缘带A1-3、绝缘带B1-4起到了观察窗和隔离正极轨道1-1、负极轨道1-2的双重目的，所述正极轨道1-1、负极轨道1-2、绝缘带A1-3、绝缘带B1-4通过外围捆绑固定，所述正极轨道1-1、负极轨道1-2沿着圆环形横截面径向对称分布，所述绝缘带A1-3、绝缘带B1-4沿着圆环形横截面径向对称分布，所述绝缘带A1-3、绝缘带B1-4为钢化玻璃材质，所述导轨1为等截面长杆，所述正极轨道1-1和负极轨道1-2的横截面呈90°夹角扇形，所述正极轨道1-1和负极轨道1-2对称安装，所述滑块2为横截面为圆形的片状金属，所述滑块2位于正极轨道1-1和负极轨道1-2之间，所述滑块2和导轨1自由接触，所述壳体3为中空圆柱体薄壁结构，所述壳体3壁厚1mm，所述壳体3高度为所述炸药4高度的0.7倍，这样设计有利于壳体3和炸药4分离，并确保加速过程中炸药4不会和导轨1和滑块2发生直接接触，所述壳体3一端固定在所述滑块2朝着发射方向上的圆面上，所述壳体3另一端做了打薄处理，所述滑块2和所述壳体3整体形成一端开口的筒状结构，所述炸药4为圆柱体，所述炸药4的直径18mm±0.2mm，所述炸药4质量为9g，所述炸药4装填在所述滑块2和所述壳体3形成的筒状结构中，所述炸药4和所述滑块2自由接触，所述车刀5整体为圆筒结构，所述车刀5位于所述导轨1沿着所述滑块2运动方向的末端，所述车刀5通过螺纹固结在所述导轨1上，所述车刀5内径比所述导轨1内径大2.4mm，所述车刀5内表面处在沿着所述滑块2运动方向的末端设有厚度为1.3mm的圆环形刀锋5-1；
利用该装置进行测量的方法，包括如下步骤：
步骤一、控制环境温度不大于30℃，相对空气湿度不大于50％；
步骤二、将所述滑块2和壳体3利用双面胶粘接在一起，然后所述炸药4放入所述壳体中，滑块2、壳体3和炸药4整体放到导轨1中间的空腔中；
步骤三、将所述正极轨道1-1和负极轨道1-2分别连接脉冲电源的正极和负极，根据公式F＝0.5L*I2计算推力，其中F为滑块2受到的推力，L*为电感梯度，I为电流强度，电流经过所述正极轨道1-1、滑块2和负极轨道1-2回到电源负极，滑块2在脉冲电流形成的洛伦磁力作用下向前加速运动；
步骤四、滑块2、壳体3和炸药4整体运动到所述车刀5位置处，受到车刀5圆环形刀锋5-1的强力剪切作用，滑块2和壳体3迅速减速并和所述炸药4分离，炸药4受惯性力作用沿预定弹道飞行。
实施例2
本实施例中，设计一种炸药加速装置，满足10g炸药，50m/s～200m/s加速。
一种炸药加速装置，其特征在于：所述装置包含导轨1、滑块2、壳体3、炸药4和车刀5，所述导轨1为导电金属，所述导轨1横截面为圆环形，所述导轨1由正极轨道1-1、负极轨道1-2、绝缘带A1-3、绝缘带B1-4构成，所述正极轨道1-1、负极轨道1-2、绝缘带A1-3、绝缘带B1-4的将所述导轨1横截面分割成四部分，绝缘带A1-3、绝缘带B1-4起到了观察窗和隔离正极轨道1-1、负极轨道1-2的双重目的，所述正极轨道1-1、负极轨道1-2、绝缘带A1-3、绝缘带B1-4通过外围捆绑固定，所述正极轨道1-1、负极轨道1-2沿着圆环形横截面径向对称分布，所述绝缘带A1-3、绝缘带B1-4沿着圆环形横截面径向对称分布，所述绝缘带A1-3、绝缘带B1-4为钢化玻璃材质，所述导轨1为等截面长杆，所述正极轨道1-1和负极轨道1-2的横截面呈90°夹角扇形，所述正极轨道1-1和负极轨道1-2对称安装，所述滑块2为横截面为圆形的片状金属，所述滑块2位于正极轨道1-1和负极轨道1-2之间，所述滑块2和导轨1自由接触，所述壳体3为中空圆柱体薄壁结构，所述壳体3壁厚1mm，所述壳体3高度为所述炸药4高度的0.7倍，这样设计有利于壳体3和炸药4分离，并确保加速过程中炸药4不会和导轨1和滑块2发生直接接触，所述壳体3一端固定在所述滑块2朝着发射方向上的圆面上，所述壳体3另一端做了打薄处理，所述滑块2和所述壳体3整体形成一端开口的筒状结构，所述炸药4为圆柱体，所述炸药4的直径18mm±0.2mm，所述炸药4质量为10g，所述炸药4装填在所述滑块2和所述壳体3形成的筒状结构中，所述炸药4和所述滑块2自由接触，所述车刀5整体为圆筒结构，所述车刀5位于所述导轨1沿着所述滑块2运动方向的末端，所述车刀5通过螺纹固结在所述导轨1上，所述车刀5内径比所述导轨1内径大2.4mm，所述车刀5内表面处在沿着所述滑块2运动方向的末端设有厚度为1.3mm的圆环形刀锋5-1；
利用该装置进行测量的方法，包括如下步骤：
步骤一、控制环境温度不大于30℃，相对空气湿度不大于50％；
步骤二、将所述滑块2和壳体3利用双面胶粘接在一起，然后所述炸药4放入所述壳体中，滑块2、壳体3和炸药4整体放到导轨1中间的空腔中；
步骤三、将所述正极轨道1-1和负极轨道1-2分别连接脉冲电源的正极和负极，根据公式F＝0.5L*I2计算推力，其中F为滑块2受到的推力，L*为电感梯度，I为电流强度，电流经过所述正极轨道1-1、滑块2和负极轨道1-2回到电源负极，滑块2在脉冲电流形成的洛伦磁力作用下向前加速运动；
步骤四、滑块2、壳体3和炸药4整体运动到所述车刀5位置处，受到车刀5圆环形刀锋5-1的强力剪切作用，滑块2和壳体3迅速减速并和所述炸药4分离，炸药4受惯性力作用沿预定弹道飞行。
Claims (1)
1.一种炸药加速装置，其特征在于：所述装置包含导轨（1）、滑块（2）、壳体（3）、炸药（4）和车刀（5），所述导轨（1）为导电金属，所述导轨（1）横截面为圆环形，所述导轨（1）由正极轨道（1-1）、负极轨道（1-2）、绝缘带A（1-3）、绝缘带B（1-4）构成，所述正极轨道（1-1）、负极轨道（1-2）、绝缘带A（1-3）、绝缘带B（1-4）将所述导轨（1）横截面分割成四部分，所述正极轨道（1-1）、负极轨道（1-2）、绝缘带A（1-3）、绝缘带B（1-4）通过外围捆绑固定，所述正极轨道（1-1）、负极轨道（1-2）沿着圆环形横截面径向对称分布，所述绝缘带A（1-3）、绝缘带B（1-4）沿着圆环形横截面径向对称分布，所述绝缘带A（1-3）、绝缘带B（1-4）为钢化玻璃材质，所述导轨（1）为等截面长杆，所述正极轨道（1-1）和负极轨道（1-2）的横截面呈40°～180°夹角扇形，所述正极轨道（1-1）和负极轨道（1-2）对称安装，所述滑块（2）为横截面为圆形的片状金属，所述滑块（2）位于正极轨道（1-1）和负极轨道（1-2）之间，所述滑块（2）和导轨（1）自由接触，所述壳体（3）为中空圆柱体薄壁结构，所述壳体（3）壁厚1mm～1.5mm，所述壳体（3）高度为所述炸药（4）高度的0.7倍，所述壳体（3）一端固定在所述滑块（2）朝着发射方向上的圆面上，所述壳体（3）另一端做了打薄处理，所述滑块（2）和所述壳体（3）整体形成一端开口的筒状结构，所述炸药（4）为圆柱体，所述炸药（4）的直径18mm±0.2mm，所述炸药（4）质量为9g±1g，所述炸药（4）装填在所述滑块（2）和所述壳体（3）形成的筒状结构中，所述炸药（4）和所述滑块（2）自由接触，所述车刀（5）整体为圆筒结构，所述车刀（5）位于所述导轨（1）沿着所述滑块（2）运动方向的末端，所述车刀（5）通过螺纹固结在所述导轨（1）上，所述车刀（5）内径比所述导轨（1）内径大2.4mm，所述车刀（5）内表面处在沿着所述滑块（2）运动方向的末端设有厚度为1.3mm的圆环形刀锋（5-1）。
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