CN111912302A

CN111912302A - 化爆驱动飞片撞击多样品钝感高能炸药冲击起爆试验系统

Info

Publication number: CN111912302A
Application number: CN202010711323.7A
Authority: CN
Inventors: 白志玲; 黄风雷; 段卓平; 张连生
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2040-07-22
Also published as: CN111912302B

Abstract

本发明公开了化爆驱动飞片撞击多样品钝感高能炸药冲击起爆试验系统，包括起爆加载系统、无源光纤测试系统、多炸药样品组件、PDV测试系统和定位系统；起爆加载系统用于实现化爆驱动飞片平面冲击加载，无源光纤测试系统用于测量飞片平行度，PDV测试系统用于测量飞片速度和多个炸药样品背面粒子速度‑时间历史，定位系统用于炸药样品、光纤探针和激光探头的定位和固定，通过测量不同厚度炸药样品背面的粒子速度‑时间历史，获得炸药的冲击起爆爆轰成长过程，本发明解决了钝感高能炸药冲击起爆过程研究的高幅值稳定宽脉冲加载、一维大尺寸、多样品同步测量的技术难题。

Description

化爆驱动飞片撞击多样品钝感高能炸药冲击起爆试验系统

技术领域

本发明属于冲击起爆试验测试的技术领域，具体涉及一种化爆驱动飞片撞击多样品钝感高能炸药冲击起爆试验系统。

背景技术

钝感高能炸药是安全弹药装药发展的物质基础，其起爆感度是弹药安全性能的重要指标。当前，国内外研究固体炸药冲击起爆特性的测试手段主要采用埋入式量计如锰铜压阻传感器和电磁粒子速度计等，该方法对起爆反应流场存在干扰。近年发展的激光干涉测速技术(DISAR)和光子多普勒测速技术(PDV)等，具有使用方便、响应快、测试精度高和非接触测量等显著优势，对冲击起爆反应流场无干扰。钝感高能炸药的临界起爆压力更高，化学反应区更长，为了保持冲击起爆过程的一维条件，试验用炸药样品尺寸较大。目前，基于DISAR/PDV技术的冲击起爆试验主要采用气炮/火炮驱动飞片进行平面加载，其中，飞片撞击试验用炮口直径通常较小，飞片速度较低，通常不高于1500m/s，无法满足钝感高能炸药的临界起爆条件和起爆过程中的一维条件，对研究钝感高能炸药冲击起爆爆轰成长过程存在一定的局限性。此外，采用炸药平面透镜爆轰加载进行起爆试验，样品尺寸不受限制，但是化爆加载产生的爆轰波峰值衰减较快且波形复杂，对起爆过程的量化分析造成困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种化爆驱动飞片撞击多样品钝感高能炸药冲击起爆试验系统，能够解决钝感高能炸药冲击起爆过程研究的高幅值稳定宽脉冲加载、一维大尺寸、多样品同步测量等的技术难题。

实现本发明的技术方案如下：

一种化爆驱动飞片撞击多样品钝感高能炸药冲击起爆试验系统，包括起爆加载系统、无源光纤测试系统、多炸药样品组件、PDV测试系统和定位系统；

所述起爆加载系统包括雷管、炸药平面波透镜、主发药柱、空气隙环、有机玻璃缓冲层、飞片和弹道筒；其中，雷管、炸药平面波透镜和主发药柱依次同轴固定连接，空气隙环固定在弹道筒内，主发药柱放置于空气隙环上并固定于弹道筒内，飞片与有机玻璃缓冲层固定于一体，并从弹道筒另一端放入，有机玻璃缓冲层一面固定于弹道筒定位台上，空气隙环和弹道筒定位台之间的空间形成空气隙衰减层，平面爆轰波经空气隙衰减层的衰减后驱动飞片，通过调整空气隙环厚度，改变飞片速度，飞片在弹道筒内加速并达到稳定飞行速度；所述炸药平面波透镜的直径不小于100mm；

无源光纤测试系统包括光纤探针、传输光纤、光电转换器、信号电缆和示波器，光纤探针通过传输光纤与光电转换器连接，光电转换器的信号输出端通过信号电缆与示波器连接；当飞片撞击隔板产生的冲击波波阵面到达光纤探针端面时，产生瞬时光信号，光信号通过传输光纤传输到光电转换器，变换为电信号后由信号电缆传输到示波器，示波器采集存储电压信号；通过判读冲击波到达每个光纤探针端面的时间，确定飞片的平行度；

多炸药样品组件包括多个不同厚度的炸药样品和镀膜LiF窗口；镀膜LiF窗口固定于炸药样品背面，形成激光反射面；

PDV测试系统包括触发探针、电缆、激光探头、传输光纤、激光干涉仪、高性能示波器和信号电缆，用于测量飞片速度和多个炸药样品背面粒子速度-时间历史；

定位系统包括隔板、激光探头固定板、支撑套管、定位器和螺栓；隔板中心设置有用于测量飞片速度的激光探头的安装孔；激光探头固定板设置有多个激光探头孔，用于安装激光探头测量多个炸药样品背面粒子速度-时间历史；隔板和激光探头固定板分别设置有螺栓孔，通过支撑套管和螺栓将隔板与激光探头固定板平行固定；定位器上设置有光纤探针安装孔；定位器上设置有炸药样品槽，多个炸药样品通过定位器固定于隔板背面，使得炸药样品在隔板中心区域沿环向均匀排布。

进一步地，触发探针固定在炸药平面波透镜上，通过电缆传输触发信号触发激光干涉仪工作，安装在隔板上的激光探头垂直对准飞片中心，用于测量飞片速度；安装在激光探头固定板上的激光探头垂直对准镀膜LiF窗口中心，距镀膜LiF窗口表面15-25mm，用于测量炸药样品/镀膜LiF窗口界面粒子速度-时间历史；激光探头通过传输光纤与激光干涉仪连接，激光干涉仪的信号输出端通过信号电缆与高性能示波器连接，激光干涉仪的触发输入端与触发探针通过电缆连接。

有益效果：

本发明系统，对比已有技术，解决了高幅值稳定宽脉冲加载、一维大尺寸、多样品同步测量等难题，适应于钝感高能炸药冲击起爆研究，具有良好的社会和经济效益。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为多个炸药样品固定于隔板的示意图。

其中，1-1雷管，1-2炸药平面波透镜，1-3主发药柱，1-4空气隙环，1-5有机玻璃缓冲层，1-6飞片，1-7弹道筒，2-1光纤探针，2-2传输光纤，2-3光电转换器，2-4信号电缆，2-5示波器，3-1炸药样品，3-2镀膜LiF窗口，4-1触发探针，4-2电缆，4-3激光探头，4-4传输光纤，4-5激光干涉仪，4-6信号电缆，4-7高性能示波器，5-1隔板，5-2激光探头固定板，5-3支撑套管，5-4螺栓，5-5定位器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种化爆驱动飞片撞击多样品钝感高能炸药冲击起爆试验系统，如图1所示，包括以下部分：

起爆加载系统、无源光纤测试系统、多炸药样品组件、PDV测试系统、定位系统组成。

其中，起爆加载系统由雷管(1-1)、炸药平面波透镜(1-2)、主发药柱(1-3)、空气隙环(1-4)、有机玻璃缓冲层(1-5)、飞片(1-6)和弹道筒(1-7)组成，用于实现化爆驱动飞片平面冲击加载。所述炸药平面波透镜的直径可不小于100mm；雷管固定安装在炸药平面波透镜的雷管孔中，用于起爆炸药平面波透镜；主发药柱固定于炸药平面波透镜另一端，用于提高起爆驱动能力；三者组成起爆装置放置于空气隙环上，一并放入并固定在弹道筒内的定位台上；有机玻璃缓冲层通过速干胶与飞片固定于一体，用于避免飞片背面发生层裂现象；飞片从弹道筒另一端放入，并将有机玻璃缓冲层一面固定于弹道筒定位台上；空气隙环和定位台空间形成空气隙衰减层，平面爆轰波经空气隙层衰减后驱动飞片，通过调整空气隙环厚度，改变飞片速度。飞片在弹道筒内加速并达到稳定飞行速度。

无源光纤测试系统由光纤探针(2-1)、传输光纤(2-2)、光电转换器(2-3)、信号电缆(2-4)和示波器(2-5)组成，用于测量飞片平行度。定位器开有光纤探针孔，用于安装光纤探针，光纤探针通过传输光纤与光电转换器连接，光电转换器的信号输出端通过信号电缆与示波器连接。当飞片撞击隔板产生的冲击波波阵面到达光纤探针端面时，产生瞬时光信号，光信号通过传输光纤传输到光电转换器，变换为电信号后由信号电缆传输到示波器，示波器采集存储电压信号。通过判读冲击波到达每个光纤探针端面的时间，确定飞片的平行度。

多炸药样品组件由多个不同厚度的炸药样品(3-1)、镀膜LiF窗口(3-2)组成，通过测量不同厚度炸药样品背面的粒子速度-时间历史，获得炸药的冲击起爆爆轰成长过程。镀膜LiF窗口通过真空硅脂固定于炸药样品背面，形成激光反射面。

PDV测试系统由触发探针(4-1)、电缆(4-2)、激光探头(4-3)、传输光纤(4-4)、激光干涉仪(4-5)、信号电缆(4-6)和高性能示波器(4-7)组成，用于测量飞片速度和多个炸药样品背面粒子速度-时间历史。触发探针安装固定在平面波透镜上，通过电缆传输触发信号，用于触发激光干涉仪开始工作。PDV测试系统为非接触测量，安装在隔板上的激光探头垂直对准飞片中心，用于测量飞片速度；安装在激光探头固定板上的激光探头垂直对准LiF窗口中心，距LiF窗口表面15-25mm，用于测量炸药样品/LiF窗口界面粒子速度时间历史。激光探头通过传输光纤与激光干涉仪连接，激光干涉仪的信号输出端通过信号电缆与示波器连接，激光干涉仪的触发输入端与触发探针电缆连接。当雷管引爆炸药平面波透镜时，触发探针导通，激光干涉仪接收到触发信号后发射激光，通过光纤传到LiF窗口发生反射，激光探头接收到反射激光，并通过光纤传输到激光干涉仪，通过光电转换后的电压信号，由信号电缆传输到示波器，示波器采集存贮电压信号，通过专用处理软件得到炸药样品/LiF窗口界面的粒子速度-时间历史，根据波阻抗匹配关系，可获得炸药背面的原位粒子速度-时间历史。

定位系统由隔板(5-1)、激光探头固定板(5-2)、支撑套管(5-3)、螺栓(5-4)和定位器(5-5)组成，用于炸药样品、光纤探针和激光探头的定位和固定。隔板中心开有激光探头孔，用于安装激光探头；激光探头固定板开有多个激光探头孔，用于安装激光探头测量多个炸药样品背面粒子速度-时间历史；隔板和激光探头固定板分别开有螺栓通孔，通过支撑套管和螺栓将隔板与激光探头固定板夹持固定。定位器上开有光纤探针孔，用于安装固定光纤探针；定位器上开有炸药样品槽，多个炸药样品通过定位器固定于隔板背面，使得炸药样品在靠近隔板中心区域沿环向均匀排布。

本发明系统的具体工作过程如下：

开始试验时，雷管(1-1)引爆炸药平面波透镜(1-2)，冲击波经过炸药平面波透镜进行波形调整后形成平面爆轰波，起爆主发药柱(1-3)，产生的平面爆轰波经空气隙环(1-4)衰减后驱动有机玻璃缓冲层(1-5)和飞片(1-6)加速，飞片组件在弹道筒(1-7)内加速后达一定飞行速度。

雷管(1-1)引爆炸药平面波透镜(1-2)时，同时导通触发探针(4-1)，激光干涉仪(4-5)通过通过电缆(4-2)接收触发信号开始工作，激光干涉仪(4-5)发射激光，其中，安装在隔板(5-1)上的激光探头(4-3)对应通道的激光束通过传输光纤(4-4)传到飞片(1-6)表面发生反射，激光探头(4-3)接收到反射激光，并通过光纤传输到激光干涉仪(4-5)，通过光电转换后的电压信号，由信号电缆(4-6)传输到高性能示波器(4-7)，高性能示波器(4-7)采集存贮电压信号，通过专用处理软件得到飞片速度。

飞片(1-6)以一定速度撞击隔板(5-1)，在隔板(5-1)中产生平面冲击波，冲击波波阵面到达光纤探针(2-1)端面时，产生瞬时光信号，光信号通过传输光纤(2-2)传输到光电转换器(2-3)，变换为电信号后由信号电缆(2-4)传输到示波器(2-5)，示波器采集存储电压信号。通过判读冲击波到达每个光纤探针(2-1)端面的时间，确定飞片的平行度。

如图2所示，炸药样品(3-1)通过定位器(5-5)环向均布分布在隔板(5-1)背面，激光探头固定板(5-2)通过支撑套管(5-3)和螺栓(5-4)与隔板(5-1)进行夹持固定。在隔板(5-1)中产生的平面冲击波，传入炸药样品(3-1)，实现对炸药样品(3-1)的平面冲击加载，激光干涉仪(4-5)发射的激光通过传输光纤(4-4)传到镀膜LiF窗口(3-2)界面发生反射，激光探头(4-3)接收到反射激光，并通过光纤传输到激光干涉仪(4-5)，通过光电转换后的电压信号，由信号电缆(4-6)传输到高性能示波器(4-7)，高性能示波器(4-7)采集存贮电压信号，通过专用处理软件得到炸药样品/LiF窗口界面的粒子速度-时间历史，根据波阻抗匹配关系，可获得炸药背面的原位粒子速度-时间历史。实验进行直至爆轰产物驱动LiF窗口材料破坏激光探头，测试结果。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种化爆驱动飞片撞击多样品钝感高能炸药冲击起爆试验系统，其特征在于，包括起爆加载系统、无源光纤测试系统、多炸药样品组件、PDV测试系统和定位系统；

2.如权利要求1所述的一种化爆驱动飞片撞击多样品钝感高能炸药冲击起爆试验系统，其特征在于，触发探针固定在炸药平面波透镜上，通过电缆传输触发信号触发激光干涉仪工作，安装在隔板上的激光探头垂直对准飞片中心，用于测量飞片速度；安装在激光探头固定板上的激光探头垂直对准镀膜LiF窗口中心，距镀膜LiF窗口表面15-25mm，用于测量炸药样品/镀膜LiF窗口界面粒子速度-时间历史。激光探头通过传输光纤与激光干涉仪连接，激光干涉仪的信号输出端通过信号电缆与高性能示波器连接，激光干涉仪的触发输入端与触发探针通过电缆连接。