CN112903170A - 一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置及方法，用于粉末燃料爆轰区内压力均值统计测量，该装置主要包括球形安装基座，金属膜片，连接杆，底座，钢钎。本发明依据膜片受到粉末燃料爆轰区内压力波作用后的膜片变形状态反映爆轰波压力平均值；本发明装置结构简单，使用时将测量装置固定于爆炸测试点区域，敏感单元可深入粉末燃料爆轰区内，不影响其它爆炸参数的测试；成本低，可靠性高，操作方便。
Description
技术领域
本发明属于爆轰波压力测试领域，涉及一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置及方法，主要用于粉末燃料爆轰区内压力值平均统计测量。
背景技术
当前闪爆灾害时有发生，多由粉末燃料抛撒于空气中遇明火后引起爆轰所致。对于粉末燃料爆轰性能表征，经常关注粉末燃料爆轰区内压力值大小，以便判断粉末燃料爆轰的完全性以及据此评价爆轰云团对内部覆盖结构的破坏程度。目前对于粉末燃料爆轰压力测试常用电测法进行，主要通过布设于地面的压力传感器与数据采集仪组成的电测超压系统进行数据获取，电测超压系统的优点在于能够获取完整压力波形，但存在以下不足：(1)目前电测传感器难以伸入到云团内部进行测量，最主要的是粉末燃料爆轰区内爆轰波方向不确定，当前还没有任意方向压力传感器；(2)粉末燃料爆轰区内某点压力为体爆轰综合作用结果，难以用单向压力测试表征；(3)常规压力传感器容易受到云团内介质颗粒、高温火球、电磁等干扰影响，线缆在爆炸环境中极易损坏，数据困难； (4)电测系统受成本和工作量限制，难以大量布设。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置及方法，用于爆炸场冲击波某测点超压均值测量。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置，包括球形安装座、多个金属膜片、连在球形安装座下端的连接杆以及设在连接杆下端的底座；
所述球形安装座表面设有多个柱形凹槽，每个柱形凹槽顶部边缘一周为环形托台，柱形凹槽底部连通有泄压孔，所有柱形凹槽的泄压孔连通并与连接杆的中心通道连通；
所述金属膜片为圆形并与柱形凹槽一一对应，金属膜片的直径等于环形托台的直径以将金属膜片对应安装在环形托台上且柱形凹槽所对金属膜片区域为金属膜片的工作区域。
本发明还包括如下技术特征：
具体的，所述环形托台直径等于柱形凹槽直径的2倍；金属膜片直径是金属膜片的工作区域直径的2倍。
具体的，所述柱形凹槽有9个，并在球形安装座上按照从上到下三层排布；
第一层包括一个柱形凹槽且位于球形安装座顶部，该柱形凹槽的中轴线垂直于球形安装座的赤道面；
第二层包括四个柱形凹槽，四个柱形凹槽的中轴线与球形安装座赤道面夹角均为45°且四个柱形凹槽周向均布；
第三层包括四个柱形凹槽，四个柱形凹槽的中轴线与球形安装座赤道面夹角均为-45°且四个柱形凹槽周向均布；第二层的四个柱形凹槽与第三层的四个柱形凹槽一一对称。
具体的，所述第一层的柱形凹槽底部的泄压孔从上到下贯穿球形安装座；
第二层和第三层的柱形凹槽的泄压孔沿其所在柱形凹槽中轴线延伸至与第一层柱形凹槽的泄压孔连通。
具体的，所述连接杆的中心通道与第一层柱形凹槽的泄压孔直线连通；且连接杆的中心通道直径与泄压孔的直径相同。
具体的，所述底座包括底板、垂直设在底板上的管状的连接杆安装体、连接在底板和连接杆安装体之间的加强腹板以及设在底板四角位置的钢钎固定通孔。
具体的，所述连接杆安装体的内径略大于连接杆的外径，在连接杆安装体侧壁上部设有三个螺栓安装孔；
所述加强腹板为三角形薄板结构，沿连接杆安装体外壁周向均布并焊接于底板与连接杆安装体外壁；
所述钢钎固定通孔用以安装钢钎，所述钢钎为圆柱体结构且下端为锥形结构，钢钎直径略小于钢钎固定通孔的孔径。
具体的，所述金属膜片的材质为软铝；连接杆、底座和钢钎的材质为碳素钢。
一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量方法，该方法采用所述的粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置进行测量，具体包括以下步骤：
步骤一：金属膜片安装
将高强度胶一一均匀涂抹于环形托台上，再将金属膜片安装于环形托台，在金属膜片四周轻压1分钟，排出多余胶，并用酒精棉球擦拭干净；
步骤二：底座放置与固定
将底座水平放置于待测位置地表，通过钢钎钉入安装孔内，用锤头紧固于地面，并利用水平尺调整底座水平，四周用粘土夯实；
步骤三：球形安装座固定
将安装好金属膜片的球形安装座通过安装螺栓对接于连接杆顶部螺栓安装孔，并用扳手作用于紧固螺母将其固定拧紧；再将连接杆安装于底座上，按照试验计划调整连接杆高度，通过螺栓安装孔上螺栓旋动将连接杆固定；
步骤四：金属膜片数据读取
爆轰波作用于金属膜片后，用深度尺测量膜片最大变形深度值hi(i＝1～9),
步骤五：测点处爆轰波峰值压力载荷及平均峰值压力载荷计算
在激波管中标定了厚度为0.2mm工作直径为20mm的金属膜片的变形与反射压的关系为Δpi＝0.306hi+0.06973hi 2，式中，i为9个金属膜片编号，i＝1～9；从而将变形深度值hi转换为压力载荷Δpi(MPa)，根据峰值压力载荷Δpi(i＝1～9)计算出测点位置所受到的平均峰值压力载荷。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
本发明采用一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置作为获取云团内爆轰波压力参数的手段，它利用金属膜片在粉末燃料爆轰区内压力作用下的塑性变形状态进行超压测试。
本发明使用时可伸入云团内部进行测量，球形安装座为对称结构，位于各方向的金属膜片可感受任意方向的爆轰波压力从而获取多方向的爆轰压力波参数，并将不同方向的测试结果进行统计，反映爆轰波作用于某点处的综合毁伤效应。
本发明通过对不同方向爆轰波作用于金属膜片的变形值进行统计，得到粉末燃料爆轰区内压力综合作用结果。
本发明装置安装简便，可伸入粉末燃料爆轰区内部使用，成本较低，适合大量布设使用。
附图说明
图1是本发明装置整体连接示意图。
图2是本发明球形安装座外形立体示意图。
图3图本发明球形安装座内部结构示意图。
图4是本发明金属膜片俯视图。
图5是本发明连接杆剖面示意图。
图6是本发明底座俯视图。
图7是本发明底座主视图的剖面示意图。
附图标号含义：
1.球形安装座，2.金属膜片，3.连接杆，4.底座；
11.柱形凹槽，12.环形托台，13.泄压孔，31.中心通道，41.底板，42.连接杆安装体， 43.加强腹板，44.钢钎固定通孔，45.螺栓安装孔，46.钢钎。
具体实施方式
本发明提供1、一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置，包括球形安装座1、多个金属膜片2、连在球形安装座1下端的连接杆3以及设在连接杆3下端的底座4。
球形安装座1表面设有多个柱形凹槽11，每个柱形凹槽11顶部边缘一周为环形托台12，柱形凹槽11底部连通有泄压孔13，所有柱形凹槽11的泄压孔13连通并与连接杆3的中心通道31连通。
金属膜片2为圆形并与柱形凹槽11一一对应，金属膜片2的直径等于环形托台12的外径以将金属膜片2对应安装在环形托台12上且柱形凹槽11所对金属膜片12区域为金属膜片12的工作区域。
环形托台12外径等于柱形凹槽11直径的2倍；金属膜片2直径是金属膜片2的工作区域直径的2倍。
柱形凹槽11有9个，并在球形安装座1上按照从上到下三层排布；
第一层包括一个柱形凹槽11且位于球形安装座1顶部，该柱形凹槽11的中轴线垂直于球形安装座1的赤道面；
第二层包括四个柱形凹槽11，四个柱形凹槽11的中轴线与球形安装座1赤道面夹角均为45°且四个柱形凹槽11周向均布；
第三层包括四个柱形凹槽11，四个柱形凹槽11的中轴线与球形安装座1赤道面夹角均为-45°且四个柱形凹槽11周向均布；第二层的四个柱形凹槽11与第三层的四个柱形凹槽11一一对称。
第一层的柱形凹槽11底部的泄压孔13从上到下贯穿球形安装座1；第二层和第三层的柱形凹槽11的泄压孔13沿其所在柱形凹槽11中轴线延伸至与第一层柱形凹槽11 的泄压孔13连通。
连接杆3的中心通道31与第一层柱形凹槽11的泄压孔13直线连通；且连接杆3 的中心通道31直径与泄压孔13的直径相同。
底座4包括底板41、垂直设在底板41上的管状的连接杆安装体42、连接在底板 41和连接杆安装体42之间的加强腹板43以及设在底板41四角位置的钢钎固定通孔44。
连接杆安装体42的内径略大于连接杆3的外径，在连接杆安装体42侧壁上部设有三个螺栓安装孔45；加强腹板43为三角形薄板结构，沿连接杆安装体42外壁周向均布并焊接于底板41与连接杆安装体42外壁；钢钎固定通孔44用以安装钢钎46，钢钎 46为圆柱体结构且下端为锥形结构，钢钎46直径略小于钢钎固定通孔44的孔径。
金属膜片2的材质为软铝；连接杆3、底座4和钢钎46的材质为碳素钢。
一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量方法，具体包括以下步骤：
步骤一：金属膜片安装
将高强度胶一一均匀涂抹于环形托台上，再将金属膜片安装于环形托台，在金属膜片四周轻压1分钟，排出多余胶，并用酒精棉球擦拭干净；
步骤二：底座放置与固定
将底座水平放置于待测位置地表，通过钢钎钉入安装孔内，用锤头紧固于地面，并利用水平尺调整底座水平，四周用粘土夯实；
步骤三：球形安装座固定
将安装好金属膜片的球形安装座通过安装螺栓对接于连接杆顶部螺栓安装孔，并用扳手作用于紧固螺母将其固定拧紧；再将连接杆安装于底座上，按照试验计划调整连接杆高度，通过螺栓安装孔上螺栓旋动将连接杆固定；
步骤四：金属膜片数据读取
爆轰波作用于金属膜片后，用深度尺测量膜片最大变形深度值hi(i＝1～9),
步骤五：测点处爆轰波峰值压力载荷及平均峰值压力载荷计算
在激波管中标定了厚度为0.2mm工作直径为20mm的金属膜片的变形与反射压的关系为Δpi＝0.306hi+0.06973hi 2，式中，i为9个金属膜片编号，i＝1～9；从而将变形深度值hi转换为压力载荷Δpi(MPa)，根据峰值压力载荷Δpi(i＝1～9)计算出测点位置所受到的平均峰值压力载荷。
本实施方式中，本实施方式中的赤道面即为过图1中球形安装座球形的水平面。
本实施方式中，金属膜片通过高强度胶安装于环形托台。
本实施方式中，金属膜片对称安装于球形安装座上，可感受多方向的爆轰波压力。球形安装座由具有一定强度的金属材料制作，不易受爆炸冲击波损坏，可以重复使用。通过对不同方向爆轰波作用于金属膜片的变形值进行统计，得到粉末燃料爆轰区内压力平均值。
遵从上述技术方案，本发明优选的实施方案如下：
球形安装座的球体直径为Φ85mm；
柱形凹槽尺寸为Φ20mm×18mm，环形托台直径为Φ40mm±0.05mm；
顶部泄压孔尺寸为Φ5mm×81mm，为贯穿孔；侧面泄压孔尺寸为Φ5mm×19.2mm，为贯穿孔；
紧固螺母尺寸为M24mm，高度为10mm；
安装螺栓尺寸为M12×1.5mm；
金属膜片尺寸为Φ40mm×0.2mm；
连接杆杆体外径尺寸为Φ20mm，壁厚为3mm，长度为2m，螺栓安装孔尺寸为 M12×1.5mm；
底座中底板尺寸为360mm×360mm×10mm；连接杆安装体外径尺寸为Φ40mm，壁厚为5mm，长度为500mm；加强腹板尺寸为1/2×150mm×150mm；钢钎安装孔尺寸为Φ26mm×10mm；
钢钎尺寸为Φ20mm×300mm，底部锥角为30°。
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
为获取某粉末燃料装药静爆时抛撒云团内爆轰波压力，通过上述测量装置测量爆轰波压力载荷；装药为13kg燃料，悬挂于高1.8m弹架上，测量包括如下步骤：
步骤一：金属膜片安装
将高强度胶一一均匀涂抹于环形托台，再将金属膜片安装于环形托台内，用手在四周轻压1分钟，排出多余胶水，并用沾有酒精的棉球擦拭干净。
步骤二：底座放置与固定
将底座水平放置于距装药在地面投影点4m距离处，通过钢钎钉入安装孔内，用锤头紧固于地面，并利用水平尺调整底座水平，四周用粘土夯实。
步骤三：球形安装座固定
将安装好金属膜片的球形安装座通过安装螺栓对接于连接杆螺栓安装孔，并用扳手作用于紧固螺母将其固定拧紧。再将连接杆安装于底座上，调整连接杆高度，使得球形安装座几何中心距离地面高度为1.8m，通过螺栓安装孔上螺栓旋动将连接杆固定。
步骤四：金属膜片数据读取
爆轰波作用于金属膜片后，用深度尺测量膜片最大变形深度值hi(i＝1～9),依次为：
| 编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| h<sub>i</sub>(mm) | 4.08 | 3.86 | 3.72 | 3.76 | 3.94 | 4.04 | 3.78 | 4.02 | 3.98 |
步骤五：测点处爆轰波峰值压力载荷及平均峰值压力载荷计算
利用激波管中标定的厚度为0.2mm工作直径为20mm的金属膜片的变形与反射压的关系如下，将变形深度值hi转换为峰值压力载荷Δpi(MPa)，
Δpi＝0.306hi+0.06973hi 2
| 编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| Δp<sub>i</sub>(MPa) | 2.409 | 2.220 | 2.103 | 2.136 | 2.288 | 2.374 | 2.153 | 2.357 | 2.322 |
根据压力载荷Δpi(i＝1～9)计算出测点位置所受到的平均峰值压力载荷为：
Δpi＝2.262444。
Claims (9)
1.一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置，其特征在于，包括球形安装座(1)、多个金属膜片(2)、连在球形安装座(1)下端的连接杆(3)以及设在连接杆(3)下端的底座(4)；
所述球形安装座(1)表面设有多个柱形凹槽(11)，每个柱形凹槽(11)顶部边缘一周为环形托台(12)，柱形凹槽(11)底部连通有泄压孔(13)，所有柱形凹槽(11)的泄压孔(13)连通并与连接杆(3)的中心通道(31)连通；
所述金属膜片(2)为圆形并与柱形凹槽(11)一一对应，金属膜片(2)的直径等于环形托台(12)的外径以将金属膜片(2)对应安装在环形托台(12)上且柱形凹槽(11)所对金属膜片(12)区域为金属膜片(12)的工作区域。
2.如权利要求1所述的粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置，其特征在于，所述环形托台(12)外径等于柱形凹槽(11)直径的2倍；金属膜片(2)直径是金属膜片(2)的工作区域直径的2倍。
3.如权利要求1所述的粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置，其特征在于，所述柱形凹槽(11)有9个，并在球形安装座(1)上按照从上到下三层排布；
第一层包括一个柱形凹槽(11)且位于球形安装座(1)顶部，该柱形凹槽(11)的中轴线垂直于球形安装座(1)的赤道面；
第二层包括四个柱形凹槽(11)，四个柱形凹槽(11)的中轴线与球形安装座(1)赤道面夹角均为45°且四个柱形凹槽(11)周向均布；
第三层包括四个柱形凹槽(11)，四个柱形凹槽(11)的中轴线与球形安装座(1)赤道面夹角均为-45°且四个柱形凹槽(11)周向均布；第二层的四个柱形凹槽(11)与第三层的四个柱形凹槽(11)一一对称。
4.如权利要求3所述的粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置，其特征在于，所述第一层的柱形凹槽(11)底部的泄压孔(13)从上到下贯穿球形安装座(1)；
第二层和第三层的柱形凹槽(11)的泄压孔(13)沿其所在柱形凹槽(11)中轴线延伸至与第一层柱形凹槽(11)的泄压孔(13)连通。
5.如权利要求4所述的粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置，其特征在于，所述连接杆(3)的中心通道(31)与第一层柱形凹槽(11)的泄压孔(13)直线连通；且连接杆(3)的中心通道(31)直径与泄压孔(13)的直径相同。
6.如权利要求5所述的粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置，其特征在于，所述底座(4)包括底板(41)、垂直设在底板(41)上的管状的连接杆安装体(42)、连接在底板(41)和连接杆安装体(42)之间的加强腹板(43)以及设在底板(41)四角位置的钢钎固定通孔(44)。
7.如权利要求6所述的粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置，其特征在于，所述连接杆安装体(42)的内径略大于连接杆(3)的外径，在连接杆安装体(42)侧壁上部设有三个螺栓安装孔(45)；
所述加强腹板(43)为三角形薄板结构，沿连接杆安装体(42)外壁周向均布并焊接于底板(41)与连接杆安装体(42)外壁；
所述钢钎固定通孔(44)用以安装钢钎(46)，所述钢钎(46)为圆柱体结构且下端为锥形结构，钢钎(46)直径略小于钢钎固定通孔(44)的孔径。
8.如权利要求6所述的粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置，其特征在于，所述金属膜片(2)的材质为软铝；连接杆(3)、底座(4)和钢钎(46)的材质为碳素钢。
9.一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量方法，其特征在于，该方法采用权利要求1至8任一权利要求所述的粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置进行测量，具体包括以下步骤：
步骤一：金属膜片安装
将高强度胶一一均匀涂抹于环形托台上，再将金属膜片安装于环形托台，在金属膜片四周轻压1分钟，排出多余胶，并用酒精棉球擦拭干净；
步骤二：底座放置与固定
将底座水平放置于待测位置地表，通过钢钎钉入安装孔内，用锤头紧固于地面，并利用水平尺调整底座水平，四周用粘土夯实；
步骤三：球形安装座固定
将安装好金属膜片的球形安装座通过安装螺栓对接于连接杆顶部螺栓安装孔，并用扳手作用于紧固螺母将其固定拧紧；再将连接杆安装于底座上，按照试验计划调整连接杆高度，通过螺栓安装孔上螺栓旋动将连接杆固定；
步骤四：金属膜片数据读取
爆轰波作用于金属膜片后，用深度尺测量膜片最大变形深度值hi(i＝1～9),
步骤五：测点处爆轰波峰值压力载荷及平均峰值压力载荷计算
在激波管中标定了厚度为0.2mm工作直径为20mm的金属膜片的变形与反射压的关系为Δpi＝0.306hi+0.06973hi 2，式中，i为9个金属膜片编号，i＝1～9；从而将变形深度值hi转换为压力载荷Δpi(MPa)，根据峰值压力载荷Δpi(i＝1～9)计算出测点位置所受到的平均峰值压力载荷。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110118033.6A Active CN112903170B (zh) | 2021-01-28 | 2021-01-28 | 一种粉末燃料爆轰区内压力均值测量装置及方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112903170B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5435178A (en) * | 1990-08-06 | 1995-07-25 | G. D. Engineering Associates Limited | Blast gauge wherein four pressure sensors are positioned in a tetrahedral configuration on the surface of a sphere |
| US5487298A (en) * | 1994-03-22 | 1996-01-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Inertial Hopkinson bar shock sensor |
| US20100180691A1 (en) * | 2009-01-16 | 2010-07-22 | Kianoosh Hatami | Sensor-enabled geosynthetic material and method of making and using the same |
| JP2011220813A (ja) * | 2010-04-08 | 2011-11-04 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 粉塵爆発試験装置および粉塵爆発試験方法 |
| KR101372430B1 (ko) * | 2012-09-18 | 2014-03-10 | 한국수력원자력 주식회사 | 원자력발전소 금속파편감시계통 공압형 충격발생장치 |
| CN204193363U (zh) * | 2014-10-27 | 2015-03-11 | 高振业 | 球形爆炸式干粉灭火器 |
| CN109975354A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-05 | 中国矿业大学(北京) | 可视化可燃物质爆炸化学链式反应过程测试装置及方法 |
| CN111413024A (zh) * | 2020-04-29 | 2020-07-14 | 大连理工度达安全工程有限公司 | 一种粉尘爆炸压力监测器 |
-
2021
- 2021-01-28 CN CN202110118033.6A patent/CN112903170B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
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| 刘晓利, 李鸿志: "铝粉――空气悬浮体爆轰特性的实验研究", 弹箭与制导学报, no. 02, pages 3 - 9 * |
| 张印明: "混合式气体发生器用爆破膜爆破压力分析", 《应用科技》, vol. 41, no. 4, pages 73 - 76 * |
| 闫潇敏 等: "PVDF 传感器在水中爆炸弱压力信号测量中的应用", 《传感器与微系统》, vol. 34, no. 8, 20 August 2015 (2015-08-20), pages 158 - 160 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112903170B (zh) | 2024-05-10 |
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