CN112611270A - 一种可视化云雾爆轰试验装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可视化云雾爆轰试验装置，该装置主要由爆轰管管体、密封塞、起爆端盖、尾部端盖、管体支架、压力传感器支架、温度传感器支架、温度传感器及压力传感器组成。其中，爆轰管管体安装于管体支架上，起爆端盖与尾部端盖分别安装于爆轰管管体的前端与尾端，起爆端盖则用于雷管脚线引出及管体密封，尾部端盖则用于信号线引出及管体密封，密封塞安装于燃料填充口，用于燃料填充口密封，温度传感器用于云雾爆炸温度测量，压力传感器用于云雾爆炸压力及爆轰速度测量。本发明试验装置适用于多相云雾爆轰能力测量，可为多相燃料云雾爆轰性能评价提供技术支撑，其装置具有可视化、操作灵活方便，经济成本低等特点。

Description

一种可视化云雾爆轰试验装置

技术领域

本申请属于云雾爆轰性能研究领域，涉及一种云雾爆轰试验装置，尤其涉及一种可视化云雾爆轰试验装置。

背景技术

燃料空气炸药(FAE)作为一种新的爆炸能源，因其具有毁伤面积大，毁伤效能高等特点，从而引起了世界各国的普遍重视与发展。燃料空气炸药是以挥发性液体碳氢化合物或固体粉质可燃物为燃料，以空气中的氧气为氧化剂组成的非均相爆炸性混合物，其使用时在一次引信和中心抛撒装药爆炸作用下，把燃料抛撒到周围空气中，燃料迅速扩散并与空气混合形成爆炸性云雾，然后由二次引信引爆该云雾，实现云雾爆轰，产生爆炸冲击波、火球等，从而达到对目标大面积杀伤的作用。

目前，燃料空气炸药爆轰性能研究多数采用云雾爆轰管试验或无约束下实际装药抛撒静爆试验。云雾爆轰管试验具有参数测量多、试验成本低、设备可重复使用以及能够在实验室进行试验等特点，但是一般为了满足一定的爆轰压力要求，爆轰管管体多采用钢管加工设计，有时也会在爆轰管管体上设计有机玻璃窗口，但为了保证云雾爆轰管的耐压强度，有机玻璃窗口面积则很小，只能用于云雾粒度测量或爆炸温度测量，不能进行云雾爆轰传递过程影像观测。实际装药抛撒静爆试验一般在开阔的爆炸试验场进行，可使用高速摄影进行燃料抛撒、云雾扩散、云雾爆轰等全过程拍摄观测，但是试验经济成本较高，试验工作量大、效率较低。

因此，设计一种适用于云雾爆轰并具有参数测量多、试验成本低，操作简单便捷且能全过程可视化拍摄观测的试验装置很有必要，它能够用于新型高能燃料空气炸药爆轰能力测量与评价。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本申请的目的在于提供一种经济安全、操作简便，性能可靠且能可视化的云雾爆轰试验装置。

为了实现上述任务，本申请采取如下的技术解决方案：

一种可视化云雾爆轰试验装置，其特征在于：包括爆轰管管体、密封塞、起爆端盖、尾部端盖、管体支架、压力传感器支架、温度传感器支架、温度传感器和压力传感器，其中：

所述的爆轰管管体为圆柱形管体，两端开口，由有机玻璃制成，管体上开有温度传感器接口、压力传感器接口与燃料填充口，其中温度传感器接口为圆形，分布在爆轰管管体一侧且与管体轴线平行；压力传感器接口为圆形，分布在爆轰管管体另一侧且与管体轴线平行；燃料填充口为圆形，分布在爆轰管管体上部且与管体轴线平行；

所述密封塞为硅橡胶密封塞，用于爆轰管管体燃料填充口密封，由上下两圆台组成为一体；

所述起爆端盖为带有中心孔隙的圆盘，用于管体密封及雷管脚线引出，由上下两圆台组成为一体；

所述尾部端盖为中心带有堵头的圆盘，用于管体密封及信号线引出，由上下两部分组成为一体；

所述管体支架为可调升降式支架，用于支撑与调节爆轰管管体，上端为弧形板，中间为支撑杆，下端为方形支座；

所述压力传感器支架为可调升降式支架，用于支撑压力传感器，上端为弧形板，中间圆柱形支撑杆，下端为圆形支座；

所述温度传感器支架为可调升降式支架，用于支撑温度传感器，上端为圆柱形支撑杆，下端圆形支座；

所述爆轰管管体安装在管体支架的上方，所述起爆端盖与尾部端盖分别安装在爆轰管管体的前端与后端，所述温度传感器与压力传感器分别安装在温度传感器接口与压力传感器接口。

与现有技术相比，本申请的有益效果如下：

(1)本申请提供的一种云雾爆轰试验装置，其爆轰管管体采用有机玻璃制成，使用高速相机可对云雾爆轰全过程进行可视化拍摄与观测；

(2)本申请的云雾爆轰试验装置，可进行含能化合物热分解气体产物爆轰试验，为含能化合物在高能炸药中的适用性研究提供技术支撑；

(3)本申请的云雾爆轰试验装置，参数测量稳定可靠，其中云雾爆炸压力测量稳定性误差可到达3％左右，另外试验安装操作简单便捷，经济成本较低。

附图说明

图1是本申请试验装置主视图；

图2是本申请试验装置后视图；

图3是本申请试验装置侧视图；

图4是本申请试验装置测试系统构成示意图；

图5是环氧丙烷爆轰冲击波压力典型曲线图；

图6是环氧丙烷爆炸温度典型曲线图；

图7是环氧丙烷爆轰过程高速摄影图像；

图8是硼十热分解气体产物爆轰性能试验示意图；

图9是硼十热分解气体产物爆轰冲击波压力典型曲线图；

图中，1-爆轰管管体，2-密封塞，3-起爆端盖，4-尾部端盖，5-管体支架，6-压力传感器支架，7-温度传感器支架，8-温度传感器，9-压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本申请作进一步的详述。

如图1、图2、图3所示，一种可视化云雾爆轰试验装置，其特征在于：包括爆轰管管体1、密封塞2、起爆端盖3、尾部端盖4、管体支架5、压力传感器支架6、温度传感器支架7、温度传感器8和压力传感器9，其中：

爆轰管管体1为圆形管体，两端开口，其管体长度1000mm，管体外径200mm，管体内径184mm，壁厚8mm，材质为有机玻璃，管体上开有温度传感器接口、压力传感器接口与燃料填充口，其中温度传感器接口共2个，接口为圆形，孔径为13mm，其分布在爆轰管管体一侧且与管体轴线平行，距爆轰管管体前端分别为500mm与700mm；压力传感器接口共7个，接口为圆形，孔径为21mm，间距100mm，分布在爆轰管管体另一侧且与管体轴线平行，其第一个接口距爆轰管管体前端200mm；燃料填充口共4个，填充口为圆形，孔径为10mm，间距200mm，分布在爆轰管管体上部且与管体轴线平行，其第一个填充口距爆轰管管体前端200mm；

密封塞2为硅橡胶密封塞，用于爆轰管管体燃料填充口密封，其由上下两圆台组成为一体，上部圆台直径15mm，厚度10mm，下部圆台直径11mm，厚度8mm；

起爆端盖3为带有中心孔隙的圆盘，用于管体密封及雷管脚线引出，其由上下两圆台组成为一体，上部圆台直径为184mm，厚度10mm，下部圆台直径为210mm，厚度10mm，端盖中心孔隙直径2mm，材质为2A12型铝；

尾部端盖4为中心带有堵头的圆盘，用于管体密封及信号线引出，其由上下两部分组成为一体，上部圆台直径为184mm，厚度10mm，下部圆台直径为210mm，厚度10mm，端盖中心有M12螺纹通孔，端盖材质为2A12型铝，堵头为M12螺钉，螺纹长度20mm，材质为钢；

管体支架5为可调升降式支架，用于支撑与调节爆轰管管体，其材质为钢，上端为1/4圆弧形板，中间为一端带有螺纹的圆柱形支撑杆，下端为带有螺母的方形支座；压力传感器支架6为可调升降式支架，用于支撑压力传感器，其材质为钢，上端为1/4圆弧形板，中间为一端带有螺纹的圆柱形支撑杆，下端为带有螺母的圆形支座；温度传感器支架7为可调升降式支架，用于支撑温度传感器，其材质为钢，上端为圆柱形支撑杆，下端为带有螺母的圆形支座，其中支撑杆一端带有螺纹，另一端带有方形凹槽。

爆轰管管体1安装在管体支架5的上方，起爆端盖3与尾部端盖4分别安装在爆轰管管体1的前端与后端。温度传感器8与压力传感器9分别安装在温度传感器接口与压力传感器接口。

以下是发明人给出的具体实施例。

实施例1

参照图1至图4，采用本申请可视化云雾爆轰试验装置与温度信号调理器、压力信号调理器、数据采集器及信号传输线等组成试验测试系统，测量典型燃料环氧丙烷气体体积分数30％时的爆轰性能，其中试验装置中温度传感器数量2个，分别安装于2个温度传感器接口，选用型号为WRKKJ-103-D型铠装热电偶。压力传感器安装数量为4个，分别安装于起爆端起1、3、5、7接口，选用型号为昆山双桥CYG401型高频动态压力传感器，量程均为6MPa。温度传感器与压力传感器分别通过信号线与信号调理器连接，信号调理器再通过信号线与数据采集器连接。

试验时，(1)预先将温度传感器与压力传感器通过玻璃胶固定于爆轰管管体对应接口上，并确保接口密封牢固，未安装传感器的接口使用密封胶带粘接密封，然后待玻璃胶固化后将爆轰管管体、管体支架及传感器支架放置于爆炸场地；(2)通过信号线连接传感器、信号调理器及数据采集器，调试测试系统确保其工作正常；(3)布设高速摄影仪，调试镜头使其拍摄场景对准于爆轰管；(4)在爆轰管管体内距起爆端口约10cm的顶部处粘贴一小型快粘钩，然后安装雷管及起爆药，雷管选择8号通用电雷管，起爆药选择直径Φ10mm×10mm JH-14药柱，不带雷管孔。首先使用胶带将雷管底部与起爆药柱端面粘接牢固，然后使用雷管脚线将其垂直悬挂于管体内挂钩上，并使起爆药柱处于管体截面中心；(5)将雷管脚线接线端从起爆端盖中心孔穿出，并使用玻璃胶密封固定起爆端盖与中心穿线孔隙，然后再用玻璃胶密封固定带堵头的尾部端盖；(6)根据爆轰管管体容积，理论计算环氧丙烷气体体积分数所占30％时所需环氧丙烷液体质量为20.6g，然后使用移液管将称量好的环氧丙烷液体快速从4个燃料填充口均匀加入，之后使用密封塞密封燃料填充口；(7)观察环氧丙烷液体挥发情况，待爆轰管体内的液体挥发完全后，将雷管与起爆线连接；(8)启动数据采集器与高速摄影，然后起爆雷管，数据采集器与高速摄影开始记录数据。通过数据记录，压力传感器与温度传感器分别获得了该试验环氧丙烷气体体积分数30％时的爆轰冲击波压力P与爆炸温度T，测试结果分别如表1、表2所示，其爆轰冲击波压力典型曲线如图5所示，爆炸温度典型曲线如图6所示，高速摄影图像如图7所示。

表1环氧丙烷爆轰冲击波压力数据

表2环氧丙烷爆炸温度数据

从上表1冲击波压力数据与表2爆炸温度数据可看出，环氧丙烷/空气爆轰冲击波压力峰值较一致，爆炸温度值相近，说明环氧丙烷/空气混合气体混合密度较均匀，另外通过冲击波压力到达时间与相邻压力传感器之间距离，计算获得了环氧丙烷/空气混合气体爆轰传播平均速度为1136m/s。由图7高速摄影图像也可清晰观察到环氧丙烷/空气爆轰传播过程，由此说明该可视化云雾爆轰试验装置适用于燃料空气炸药的爆轰能力测量。

实施例2

由图8所示，应用本申请云雾爆轰试验装置及测试系统进行了3次硼十化合物热分解气体产物爆轰性能试验，试验系统中增加了电加热板与加热控制器，试验只进行了爆轰冲击波压力测量，未进行爆炸温度测量和高速摄影拍摄，其中冲击波压力传感器依然使用昆山双桥CYG401型高频动态压力传感器，量程为6MPa，安装数量3个，分别安装于起爆端起2、4、6接口。

试验时，(1)预先将压力传感器通过玻璃胶固定于爆轰管管体对应接口上，并确保接口密封牢固，未安装传感器的接口则使用密封胶带粘接密封，然后待玻璃胶固化后将爆轰管管体、管体支架及传感器支架放置于爆炸场地；(2)通过信号线连接传感器、信号调理器及数据采集器，调试测试系统确保其工作正常；(3)将爆轰管尾部端盖堵头拆掉，并在爆轰管管体内尾部处放置一个长宽约15cm，厚度约10mm的石棉垫，用于电加热板隔热，然后将长宽尺寸分别为10cm的电加热板放置于石棉垫上，再将加热板控制线通过尾部端盖堵头孔穿出与加热控制器连接；(4)将所需进行热分解的硼十试样放置于加热板上，然后使用玻璃胶密封固定尾部端盖及堵头处的穿线孔隙；(5)安装雷管与起爆药，雷管选择8号通用电雷管，起爆药选择直径Φ10mm×10mm JH-14药柱，不带雷管孔。首先在距起爆端口约10cm的顶部处粘贴一小型快粘钩，然后使用胶带将雷管底部与起爆药柱端面粘接牢固，再利用雷管脚线将其垂直悬挂于管体内挂钩上，并使起爆药柱处于管体截面中心；(6)将雷管脚线接线端从起爆端盖中心孔穿出，并使用玻璃胶密封固定起爆端盖及中心穿线孔隙；(7)使用密封塞将燃料填充口密封，并将雷管脚线与起爆线连接，然后启动加热控制器，将加热温度控制在290℃左右；(8)待加热板反馈温度达到290℃左右时，开始计时加热10min，然后起爆雷管，数据采集器开始记录数据。通过数据记录，压力传感器获得了硼十化合物热分解气体产物在某体积分数时的爆轰冲击波压力P及爆轰速度，测试结果分别如表3所示，其爆轰冲击波压力典型曲线如图9所示。

表3硼十热分解气体产物爆轰冲击波压力数据

从上表3数据分析得出：3次硼十热分解气体产物爆轰试验分别获得了气体产物爆炸冲击波压力为1.01MPa、0.94MPa与0.93MPa，其平均值为0.96MPa，相对误差则分别为5.2％、2.1％与3.1％，平均误差为3.5％。另外通过冲击波压力到达时间与相邻压力传感器之间距离，计算得到了热分解气体产物与空气混合气体爆轰传播平均速度为948m/s。因此，通过该试验可说明该可视化云雾爆轰试验装置适用于含能化合物热分解气体产物爆轰能力测量，且具有较高云雾爆炸压力测量稳定性，稳定性误差达到3.1％。

Claims (1)

1.一种可视化云雾爆轰试验装置，其特征在于：所述装置包括爆轰管管体(1)、密封塞(2)、起爆端盖(3)、尾部端盖(4)、管体支架(5)、压力传感器支架(6)、温度传感器支架(7)、温度传感器(8)和压力传感器(9)；

所述的爆轰管管体(1)为圆形管体，两端开口，爆轰管管体(1)的长度1000mm，爆轰管管体(1)的外径200～208mm，爆轰管管体(1)的内径184mm，爆轰管管体(1)的壁厚8～12mm，材质为有机玻璃，爆轰管管体(1)上设置有压力传感器接口、温度传感器接口与燃料填充口，所述温度传感器接口共2个，接口为圆形，孔径为13mm，其分布在爆轰管管体(1)一侧且与管体轴线平行，距爆轰管管体(1)前端分别为500mm与700mm；所述压力传感器接口共7个，接口为圆形，孔径为21mm，间距100mm，分布在爆轰管管体(1)另一侧且与管体轴线平行，其第一个接口距爆轰管管体(1)前端200mm；燃料填充口共4个，填充口为圆形，孔径为10mm，间距200mm，分布在爆轰管管体(1)上部且与管体轴线平行，其第一个填充口距爆轰管管体(1)前端200mm；

所述密封塞(2)为硅橡胶密封塞，由上下两圆台组成为一体，上部圆台直径15mm，厚度10mm，下部圆台直径11mm，厚度8mm；

所述起爆端盖(3)为带有中心孔隙的圆盘，由上下两圆台组成为一体，上部圆台直径为184mm，厚度10mm，下部圆台直径为210mm，厚度10mm，端盖中心孔隙直径2mm，材质为2A12型铝；

所述尾部端盖(4)为中心带有堵头的圆盘，由上下两部分组成为一体，上部圆台直径为184mm，厚度10mm，下部圆台直径为210mm，厚度10mm，端盖中心有M12螺纹通孔，端盖材质为2A12型铝，所述堵头为M12螺钉，螺纹长度20mm，材质为钢；

所述管体支架(5)为可调升降式支架，材质为钢，其上端为1/4圆弧形板，中间为一端带有螺纹的圆柱形支撑杆，下端为带有螺母的方形支座；

所述压力传感器支架(6)为可调升降式支架，材质为钢，其上端为1/4圆弧形板，中间为一端带有螺纹的圆柱形支撑杆，下端为带有螺母的圆形支座；

所述温度传感器支架(7)为可调升降式支架，材质为钢，其上端为圆柱形支撑杆，下端为带有螺母的圆形支座，其中支撑杆一端带有螺纹，另一端带有方形凹槽；

所述爆轰管管体(1)安装在管体支架(5)的上方，所述起爆端盖(3)与尾部端盖(4)分别安装在爆轰管管体(1)的前端与后端，所述温度传感器(8)与压力传感器(9)分别安装在温度传感器接口与压力传感器接口。

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