CN113030428B - 可用于测量含能材料释能能力的装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可用于测量含能材料释能能力的测试系统，其包括落锤装置，释能能力测试装置，以及测试数据采集装置，其中，落锤装置用于向所述释能能力测试装置提供低速冲击力；释能能力测试装置安装在所述落锤装置上，用于在所述低速冲击力作用下，撞击预先放置在所述释能能力测试装置内的待测试样，使得所述待测试样释放能量并对所述释能能力测试装置中的释能模块做功；所述测试数据采集装置安装在所述释能能力测试装置一侧，用于采集所述释能模块的做功数据，使得可根据所述做功数据对所述含能材料的释能能力进行定量分析。本发明的测试装置结构简单，且能够在低速冲击条件下实现对含能材料释能能力的测试。

Description

可用于测量含能材料释能能力的装置及系统

技术领域

本发明涉及冲击动力学试验领域，尤其涉及一种应用于低速冲击条件下，测试含能材料释能能力的装置及其系统。

背景技术

含能材料是指含有爆炸性基团，或含有氧化剂和可燃物，并能独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物，如炸药、火药、发射药等，其能够在极短时间(百万分之一秒)内迅速释放大量能量，并对外做功，如引起温度变化或压强变化。

目前，通常采用落锤系统来定性地测试各类传统含能材料的释能能力，即将待测式样放置在撞击锤正下方，并启动伺服电机将撞击锤上升至预设高度；然后按下触发开关，使得电磁继电器控制系统释放开撞击锤上方的卡头，以使得冲击锤以自由落体的形式撞击砧板上的待测试样。整个测试过程中，采用高速摄影来对整个反应过程进行记录，以便于后续的分析，例如基于火光、声音、烟雾、气味等来定性地判定含能材料是否发生反应。

活性材料(reactive materials)作为新型含能材料，通常是由两种或两种以上非炸药材料混合而成，例如聚合物/金属或金属/金属的混合物。通常情况下，其组分呈现惰性，彼此不发生反应，例如，聚四氟乙烯/铝。只有在高速冲击或强冲击下，其能够迅速燃烧或爆炸，同时释放出大量的化学能。然而，要想使活性材料释放出大量能量，需要外界输入较强的能量，如高速冲击，来诱发活性材料内部产生高应变力的数学变形或断裂，形成局部热点并进一步诱发整个式样发生反应，因此，传统的落锤系统并不能够简单直接地用于定量测量活性材料的释能能力。

目前，通常采用Ames设计的一套活性材料的动态释能测试系统来测试活性材料的释能能力，以定量地表征活性材料的释能能力，具体地，其通过在密封圆柱形腔室的一端设置薄靶板，在腔室内设计有经硬化处理的钢砧板，以为活性材料弹丸提供刚性撞击面；当活性材料弹丸穿透准密闭容器撞击端的薄靶板时，材料弹丸通常会损失部分质量，同时部分活性材料也会在该阶段发生反应。由于活性材料的强度较低，剩余部分活性材料通常会以松散粉末的形式撞向钢砧板，进而诱发较强的冲击反应，然后，通过压力传感器来测量活性材料释放能量时所产生的气压变化，从而根据气压变化来定量测量和表征该活性材料的释能能力。

众所周知，传统的落锤试验只是定性地比较传统含能材料的释能能力，例如，当前落锤落下撞击待测试样时，通过观察是否产生火光、产生烟雾等来判断待测试样是否发生了反应，而对含能材料释能能力的定量分析和表征，则需要采用其他测量方法；而由Ames设计的动态释能测试系统虽然能够定量测试和表征反应材料的释能能力，但需要较高的冲击速度，这就使得对测试装置的材料性能等要求较高，并且需要相应的操作人员具有一定的专业能力和经验。因此，目前亟需一种能够在低速冲击条件下，定量地测量并表征活性材料的释能能力装置或系统。

有鉴于此，提供一种结构简单，且能够在低速冲击条件下定量测量活性材料释能能力的系统或装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在低速冲击条件下测量测量含能材料释能能力的测试系统及装置，在一定程度上克服或缓解现有测试方式中的上述缺陷。

本发明的第一方面在于，提供一种可用于测量含能材料释能能力的测试系统包括：落锤装置，释能能力测试装置，以及测试数据采集装置，其中，所述落锤装置用于向所述释能能力测试装置提供低速冲击力；所述释能能力测试装置安装在所述落锤装置上，用于在所述低速冲击力作用下，撞击预先放置在所述释能能力测试装置内的待测试样，使得所述待测试样释放能量并对所述释能能力测试装置中的释能模块做功；所述测试数据采集装置安装在所述释能能力测试装置一侧，用于采集所述释能模块的做功数据，使得可根据所述做功数据对所述含能材料的释能能力进行定量分析。

在本发明的一些示例性实施例中，所述做功数据包括位移数据，所述测试系统还包括：安装在所述释能能力测试装置另一侧，用于辅助标定位移的位移标定装置，所述位移标定装置与所述测试数据采集装置相对设置。

在本发明的一些示例性实施例中，所述释能能力测试装置包括：用于放置所述待测试样的密闭测试腔，用于在所述落锤装置的低速冲击作用下撞击所述待测试样的撞击件，以及至少一个所述释能模块；其中，所述撞击件安装在所述密闭测试腔顶部，并位于所述落锤装置中落锤下方，所述释能模块安装在所述密闭测试腔的至少一侧壁上；当所述落锤施加低速冲击于所述撞击件，使得所述撞击件撞击预先放置在所述密闭测试腔内的所述待测试样时，所述待测试样释放能量，并对所述释能模块做功。

在本发明的一些示例性实施例中，所述撞击件呈柱状，其撞击端延伸入所述密闭测试腔内，并位于所述密闭测试腔内的试样放置区上方；其自由端贯穿所述密闭测试腔顶部，并延伸出所述密闭测试腔外，位于所述落锤下方。

在本发明的一些示例性实施例中，所述释能模块包括：用于将所述待测试样所释放的能量转换为动能的第一能量转换子模块。

在本发明的一些示例性实施例中，所述释能模块包括：用于将所述待测试样的能量转换为变形能的第二能量转换子模块；其中，所述变形能包括塑性变形能。

在本发明的一些示例性实施例中，所述第一能量转换子模块包括：释能通道，以及活动块，其中，所述释能通道设置在所述密闭测试腔的一侧壁上，并与所述密闭测试腔相连通，所述活动块安装在所述释能通道内；当所述待测试样所释放的能量对所述活动块做功时，所述活动块沿所述释能通道的轴向，向所述密闭测试腔外运动，相应地，所述测试数据采集装置采集所述活动块移动的位移数据。

在本发明的一些示例性实施例中，所述第二能量转换子模块包括：设置在所述密闭测试腔的侧壁上的至少一个应变片；当所述待测试样所释放的能量对所述应变片做功时，所述变应片发生变形；相应地，所述测试数据采集装置采集所述应变片发生形变时产生的形变数据。

在本发明的一些示例性实施例中，所述测试系统还包括：安装在所述试样放置区的试样放置台，所述试样放置台位于所述撞击件的撞击端下方。

进一步地，在本发明的一些示例性实施例中，延伸入所述密闭测试腔内的所述撞击件上，靠近所述密闭测试腔顶部的位置设置有至少一个限位件。

在本发明的一些示例性实施例中，所述测试系统还包括安装在所述密闭测试腔至少一个侧壁上的至少一个验证数据采集模块。

在本发明的一些示例性实施例中，所述验证数据采集模块包括：压力数据采集子模块，和/或，温度数据采集子模块。

在本发明的一些示例性实施例中，所述测试数据采集装置包括：高速摄影装置，和/或，动态应变仪。

本发明的另一方面在于，提供了一种可用于测量含能材料释能能力的装置，所述装置包括：用于放置待测试样的密闭测试腔，用于撞击所述待测试样的撞击件，以及至少一个释能模块，其中，所述撞击件安装在所述密闭测试腔顶部，至少一个所述释能模块安装在所述密闭测试腔的至少一侧壁上；当外部施加低速冲击于所述撞击件，使得所述撞击件撞击预先放置在所述密闭测试腔内的所述待测试样时，所述待测试样释放能量并对所述释能模块做功，使得可通过采集做功数据来对所述待测试样的释能能力进行定量分析。

在本发明的一些示例性实施例中，所述撞击件呈柱状，其撞击端延伸入所述密闭测试腔内，并位于所述密闭测试腔内的试样放置区上方；其自由端贯穿所述密闭测试腔顶部，并延伸出所述密闭测试腔外；当外部施加低速冲击力于所述撞击件的自由端时，所述撞击件的撞击端撞击预先放置在所述试样放置区内的所述待测试样。

在本发明的一些示例性实施例中，所述释能模块包括：用于将所述待测试样所释放的能量转换为动能的第一能量转换子模块。

在一些实施例中，所述释能模块包括：用于将所述待测试样的能量转换为变形能的第二能量转换子模块；其中，所述变形能包括塑性变形能。

在本发明的一些示例性实施例中，所述第一能量转换子模块包括：释能通道，以及活动块，其中，所述释能通道设置在所述密闭测试腔的一侧壁上，并与所述密闭测试腔相连通，所述活动块安装在所述释能通道内；当所述待测试样所释放的能量对所述活动块做功时，所述活动块沿所述释能通道的轴向，向所述密闭测试腔外运动。

在本发明的一些示例性实施例中，所述第二能量转换子模块包括：设置在所述密闭测试腔的侧壁上的至少一个应变片；当所述待测试样所释放的能量对所述应变片做功时，所述变应片发生变形。

在本发明的一些示例性实施例中，所述装置还包括：安装在所述试样放置区的试样放置台，所述试样放置台位于所述撞击件的撞击端下方。

进一步地，在本发明的一些示例性实施例中，所述密闭测试腔的高度与所述试样放置台的高度之比为8-9:22-25。

进一步地，在本发明的一些示例性实施例中，所述密闭测试腔的高度为110mm，所述试样放置台的高度为45mm。

进一步地，在本发明的一些示例性实施例中，延伸入所述密闭测试腔内的所述撞击件上，靠近所述密闭测试腔顶部的位置设置有至少一个限位件。

进一步地，在本发明的一些示例性实施例中，所述限位件与所述密闭测试腔顶部之间的距离为6-20mm。

进一步地，在本发明的一些示例性实施例中，所述撞击件延伸出所述密闭测试腔外的长度与延伸入所述密闭测试腔内的长度比为23-25:11-13。

进一步地，在本发明的一些示例性实施例中，所述撞击件延伸入所述密闭测试腔内的长度为52mm，延伸出所述密闭测试腔外的长度为110mm。

在本发明的一些示例性实施例中，所述装置还包括安装在所述密闭测试腔至少一个侧壁上的至少一个验证数据采集模块。

在本发明的一些示例性实施例中，所述验证数据采集模块包括：压力数据采集子模块，和/或，温度数据采集子模块。

有益效果：

本发明提供了一种可用于测量含能材料释能能力的装置及系统，其通过将待测试样(即待测的含能材料)放置在一个密闭测试腔内，并由一个撞击件在低速冲击作用下，直接撞击该待测试样，以诱发该待测试样发生反应，并同时释放能量而对释能模块做功，使得可通过采集到的做功数据(如位移数据和时间数据等)来对含能材料，尤其活性材料释能能力进行表征和测量，从而实现了在低速冲击作用下对含能材料，尤其活性材料释能能力的测量和/或表征，并且该装置结构简单，也无需高性能的材料，更无需专业和丰富经验的工作人员，一定程度上降低了试验成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一示例性实施例的一种含能材料释能能力测试装置的结构示意图；

图2是本发明一示例性实施例的一种含能材料释能能力测试装置的爆炸示意图；

图3是图1中测试装置的左视图；

图4a是图3中测试装置的剖视图；

图4b是反映图4a中密封盖和安装座上对应于密封圈设置的凹槽的示意图；

图5是本发明一示例性实施例的一种含能材料释能能力测试系统的结构示意图；

图6a是模拟高速摄影装置直观地采集到的活动块位于初始位置时的示意图；

图6b是模拟高速摄影装置直观地采集到的活动块位在含能材料所释放的能量作用下移动为第一位置时的示意图；

图6c是模拟高速摄影装置直观地采集到的活动块位在含能材料所释放的能量作用下移动为第二位置时的示意图；

图6d是模拟高速摄影装置直观地采集到的活动块位在含能材料所释放的能量作用下移动为第三位置时的示意图；

图7a是采用本发明一示例性实施例的一种活性材料释能能力测试系统对活性材料PTFE/Al的三个待测试样进行低速冲击试验时，采集得到的压力-时间变化曲线图；

图7b是采用本发明一示例性实施例的一种活性材料释能能力测试系统对活性材料PTFE/B的三个待测试样进行低速冲击试验时，采集得到的压力-时间变化曲线图；

图7c是采用本发明一示例性实施例的一种活性材料释能能力测试系统对活性材料PTFE/Al/Si的三个待测试样进行低速冲击试验时，采集得到的压力-时间变化曲线图；

图7d是采用本发明一示例性实施例的一种活性材料释能能力测试系统对活性材料PTFE/Al/CuO的三个待测试样进行低速冲击试验时，采集得到的压力-时间变化曲线图；

图8a是采用本发明一示例性实施例的一种活性材料释能能力测试系统对活性材料PTFE/Al的三个待测试样进行低速冲击试验时，采集得到的活塞的位移-时间变化曲线图；

图8b是采用本发明一示例性实施例的一种活性材料释能能力测试系统对活性材料PTFE/Al/B的三个待测试样进行低速冲击试验时，采集得到的活塞的位移-时间变化曲线图；

图8c是采用本发明一示例性实施例的一种活性材料释能能力测试系统对活性材料PTFE/Al/Si的三个待测试样进行低速冲击试验时，采集得到的活塞的位移-时间变化曲线图；

图8d是采用本发明一示例性实施例的一种活性材料释能能力测试系统对活性材料PTFE/Al/CuO的三个待测试样进行低速冲击试验时，采集得到的活塞的位移-时间变化曲线图；

图9是采用本发明一示例性实施例的一种活性材料释能能力测试系统对四种活性材料PTFE/Al、PTFE/Al/B、PTFE/Al/CuO、PTFE/Al/Si进行低速冲击试验时，获得的峰值压力ΔP和活塞运动时间t统计图。

1为密闭测试腔，10为容置腔，11为底座，12为侧壁，13为密封盖，130为套筒，14为安装座，15为密封圈，16为凹槽，17为安装孔，2为试样放置台，3为击柱，30为限位件，31为撞击端，32为自由端，4为释能模块，41为释能通道，42为活动块，A为落锤装置，B为释能能力测试装置，C为高速摄影装置，D为坐标网格纸。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本文中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

本文中，“低速冲击”是指利用大质量物体在较低速度下装置材料表面的低速冲击行为，如落锤测试装置。

本文中，“高速冲击”是指采用小质量的抛射体在较高速度下撞击材料，例如利用气枪发射弹丸，并以高达780m/s的速度撞击靶板的高速冲击行为。

本文中的“做功数据”是指待测试样释放能量时对外做功时所产生的试验数据。例如，当待测试样释放能量时，推动活塞沿释放通道轴向向外运动时，通过高速摄影装置采集到的活塞的位移数据和时间数据，以及通过压力传感器采集到的压力数据，或通过温度传感器采集到的温度数据，或者，通过动态应变仪采集到的应变片的变形数据，甚至通过示波器等设备采集到的应变片发生变形时所产生的电阻变化数据/电势变化数据等。

本文中的“定量分析”是指通过采集含能材料，尤其是活性材料释放的能量对外做功时的做功数据，然后根据所采集的做功数据进行量化分析；而从中分析结果找到一个特定的数值，例如峰值，然后用该峰值来表征该含能材料在当前低速冲击下的释能能力，即含能材料释能能力的定量表征。例如，通过根据采集到不同待测试样对应的位移数据和时间数据，进行定量分析，得到各自的位移-时间变化曲线，并从中找到运动相同位移如300mm时，各自所需的时间，并用以表征该含能材料在当前低速冲击下的释能能力；当然，还可用其他做功数据来进行定量分析，并找到相应的峰值，如压力峰值、形变峰值等等来进行定量表征。

为了能够实现在低速冲击条件下，定量地测量并表征含能材料，尤其活性材料的释能能力，本发明提供了一种可用于测试含能材料释能能力的测试系统，其包括落锤装置、释能能力测试装置和测试数据采集装置，其中，落锤装置用于向释能能力测试装置提供低速冲击，该释能能力测试装置位于该落锤装置上，用于在低速冲击下，撞击待测试样，使得该待测试样释放能量并对该释能能力装置中的释能模块做功；该测试数据采集装置安装在释能能力测试装置一侧，用于采集该释能模块的做功数据，从而使得可根据所采集的做功数据对该含能材料的释能能力进行定量分析和表征。

本发明提供了一种可用于测量含能材料释能能力测试的装置，其包括用于放置待测试样的密闭测试腔，用于撞击待测试样的撞击件，以及至少一个释能模块，其中，该撞击件安装在密闭测试腔顶部(具体地，其撞击端延伸入该密闭测试腔内，并位于该密闭测试腔的试样放置区/试样放置台上方，其自由端贯穿该密闭测试腔顶部，并延伸出该密闭测试腔外，以接受外部施加的低速冲击)，用于在低速冲击作用下，直接撞击预先放置在密闭测试腔内的待测试样，而上述至少一个释能模块安装在密闭测试腔的至少一侧壁上；当外部施加低速冲击于撞击件，使得撞击件撞击待测试样时，待测试样释放发生反应，并释放能量以对释能模块做功(相应地，该待测试样所释放的能量也就得到释放)，从而使得可通过获取做功数据来对待测试样的释能能力进行定量分析，进而可定量表征该含能材料的释能能力。

其中，该释能模块包括用于将待测试样所释放的能量转换为动能的第一能量转换子模块；具体地，该第一能量转换子模块包括设置在密闭测试腔一侧壁上，并与该密闭测试腔相连通的释能通道，以及安装在该释能通道内的活动块，且该活动块可在含能材料所释放的能量作用下，沿该释能通道轴向向外运动。当然，该释能模块也可以采用将待测试样所释放的能量转换为变形能(如塑性变形能或弹性变形能)的第二能量转换子模块；具体地，可采用应变片。

进一步地，为了验证根据做功数据进行定量分析得到的分析结果，以及与做功数据相结合进行定量分析，本发明还在该密闭测试腔的至少一侧壁上设置了至少一个验证数据采集模块，用于采集含能材料所释放能量时引起的气压变化数据或温度变化数据等；具体地，该验证数据采集模块包括压力数据采集子模块，如压力传感器，和/或，温度数据采集子模块，如温度传感器等。

实施例一

参见图1，为本发明一示例性实施例的一种含能材料的释能能力测试装置的结构示意图。具体地，本示例性实施例的释能能力测试装置包括：密闭测试腔1、试样放置台2、击柱3(即撞击件，当然也可采用其他形状的撞击件)和释能模块4。

在一些实施例中，该密闭测试腔1包括：由底座11和四个侧壁12围合形成的一个顶部开口的容置腔10，以及可安装在该容置腔10顶部，用于密封该容置腔10的密封盖13。

进一步地，为了提高密封性和稳固性，在该容置腔10的顶部设置了安装座14，然后通过螺钉等固定件将该密封盖13固定在该安装座14上。具体地，参见图2，该安装座14可由四个侧壁12的顶部边缘沿水平方向向该容置腔10外延伸形成一“回”字型结构，并在该安装座14的四个角开设相应的螺纹孔(相应地，在密封盖13相应对置也设置螺纹孔)，从而可通过螺栓和螺母等固定件将上述密封盖13固定在该安装座14上。

更进一步地，为了进一步提高密封性，在该安装座14和该密封盖13之间设置一密封圈15。具体地，参见图2和图4b，分别在该安装座14相对于该密封盖13的上表面，以及该密封盖13相对于该安装座14的下表面上沿容置腔的开口周围设置一圈凹槽16，当将该密封圈15放置在该安装座14上的凹槽16内，然后将密封盖13安装在该安装座14上时，该密封盖13下表面的凹槽16和该安装座14上表面的凹槽16连通形成用于安装该密封圈15的容置槽，并由该密封圈15将该容置腔10和整个密闭测试腔1密封，参见图3和图4a。

在一些实施例中，该试样放置台2安装在该密闭测试腔1内。具体地，可通过螺钉等紧固件将该试样放置台2固定在该密闭测试腔1内。当然，该试样放置台2也可与密闭测试腔1一体成型，例如，该试样放置台2可为自该密闭测试腔1的底座向顶部的密封盖方向延伸形成的一个凸台，参见图4a和图4b。当然，在另一些实施例中，也可不设置该试样放置台2，相应地，该密闭测试腔1的底部对应于击柱撞击端的位置即为试样放置区。

在一些实施例中，该试样放置台2的高度和该密闭测试腔1的内壁高度比为8-9:22-25。优选9:22，例如，该密闭测试腔1的内壁高度为110mm，而该试样放置台2的高度为45mm。当然，该密闭测试腔1的长、宽和高，均可根据实际需要设置，同理，该试样放置台2的长、宽、高也可根据实际需要进行设置。

在一些实施例中，参见图3，该击柱3也安装在该密闭测试腔1内，且其撞击端31位于该试样放置台2上方(具体地，该撞击端31可直接放置于没有放置待测试样的试样放置台2上)，其自由端32贯穿密封盖13，并延伸出该密闭测试腔1外。具体地，可通过在该密封盖13上开设可供该击柱3贯穿的通孔，并在该密封盖13上设置用于引导该击柱3，并保证该击柱3的撞击路径不会发生偏移的套筒130。当然，在另一些实施例中，在无外力用下，该击柱3的撞击端31与该试样放置台2上用于放置待测试样的上表面之间有一定的间距，以避免当将待测试样放置到该试样放置台2上后，将安装好击柱3的密封盖13安装在安装座14上时，击柱3的撞击端31挤压该待测试样。

在一些实施例中，该击柱3延伸出该密闭测试腔1外的长度H1与延伸入密闭测试腔1内的长度H2比为23-25:11-13。优选25:13，例如，击柱3延伸出该密封测试腔1外的长度为100mm，延伸入该密封测试腔1内的长度为45mm。当然，该击柱3的直径可根据实际需要设置，例如25-35mm。

进一步地，为了防止击柱3在待测试样所释放的能量作用下，被推出该密封测试腔1外，或者，击柱3撞击待测试样后在回弹作用下，被回弹出密封测试腔1外，从而导致测试结果不准确，因此，本示例性实施例中，延伸如该密封测试腔1内的部分击柱3上，靠近该密封盖13的位置还设置有限位件30。具体地，该限位件30可为沿该击柱3径向延伸形成的一圈环形凸块，参见图3,；当然，该限位件30也可为沿该击柱3周向均匀间隔设置的多个沿径向延伸的凸起。

在一些实施例中，该限位件30与该密封盖13之间的距离为6-20mm；优选，8mm，或10mm，或15mm。

在一些实施例中，该释能模块4包括用于将待测试样所释放的能量转换为动能的第一能量转换子模块。具体地，该第一能量转换子模块包括：设置在该密闭测试腔1一侧壁12上，并与该密闭测试腔1相连通的释能通道41，以及安装在该释能通道41内的活动块42。具体地，该活动块42采用活塞，从而使得该活动块42能够在无外作用力的前提下密封该密闭测试腔1，而在待测试样所释放的能量作用下，沿该释能通道41的轴向方向向外移动(即通过推动该活塞来释放能量)，从而使得可通过测量该活动块42在待测试样所释放的能量作用下，移动的位移数据和时间数据等来分析得到该待测试样相应的释能能力。也即是说，通过该活塞和释能通道(也即释能模块)将待测试样所释放的能量转换为动能，从而通过获取相应的试验数据(即该活塞的位移数据和活塞发生移动的时间数据)来分析得到该待测试样相应的释能能力。

在另一些实施例中，除了将该待测试样所释放的能量转换为动能，还可将其转换为其他能量，从而获取相应的数量来分析该待测试样的释能能力，例如，变形能，或电能(例如，通过在密闭测试腔的至少一个侧壁(该侧壁采用可塑性变形材料制成，相应的，为了保证测试结果的准确性，其他侧壁、底部和密封该均不会产生塑性变形)上设置至少一个应变片(即第二能量转换子模块的一种)，并通过高速摄影装置或动态应变仪采集待测试样释能对该应变片做功时，引起的变形数据(做功数据的一种)，或者，通过示波器或万用电表等设备采集待测试样释能对该应变片做功时，引起弹性变形而产生的电信号数据(做功数据的一种)，并采用高速摄影装置或计时器来采集时间数据)。

本示例性实施例，通过设置有撞击件和释能模块的密闭测试腔，使得当外部施加低速冲击于该撞击件时，撞击件直接撞击待测试样，以诱发待测试样发生反应并释放能量，而待测试样所释放的能量则通过对该释能模块做功的方式，来将该密闭测试腔所的能量进行释放的效果，从而使得可根据采集到的做功数据来进行定量分析，并最终得到表征该含能材料释放能量的结果。

进一步地，为了同步测量待测试样释放能量时密闭测试腔1内的压力变化情况，以根据压力数据和时间数据进行释能能力定量分析，从而验证上述做功数据(活塞的位移数据和发生移动的时间数据)分析得到的试验结果(如表征含能材料释能能力的活塞位移-时间曲线)；在一些实施例中，还可在该密闭测试腔1的任一侧壁12上安装一压力传感器(即压力数据采集子模块)。优选地，在与设置有释能通道41的侧壁相对的侧壁上开设一个安装孔17，然后将压力传感器安装在该安装孔17内即可。

当然，在另一些实施例中，该验证模块也可采用温度传感器来测量密闭测试腔内1温度变化(具体地，通过在密闭测试腔1的内壁上设置温度传感器(即温度数据采集子模块的一种)来采集温度数据，并采用高速摄影装置或计时器来采集时间数据)，然后根据温度数据和时间数据进行释能能力定量分析，从而验证上述做功数据(活塞的位移数据和发生移动的时间数据)分析得到的试验结果(如表征含能材料释能能力的温度-时间变化曲线)。

实施例二

基于上述实施例一种含能材料的释能能力测试装置，本发明还提供了一种释能能力测试系统，下面结合具体实施例进行详细说明。

参见图5，本发明一示例性实施例的释能能力测试装置包括：落锤装置A、上述实施例中的释能能力测试装置B，以及测试数据采集装置，其中，

该落锤装置用于向该释能能力测试装置中的撞击件3施加低速冲击力；

该释能能力测试装置用于在该落锤装置A施加的低速冲击力作用下，撞击放置在该释能能力测试装置B的密闭测试腔1内的待测试样，使得该待测试样释放能量并对该释能能力测试装置B中的释能模块4做功；

该测试数据采集装置安装在释能能力测试装置B一侧，用于采集该释能能力测试装置B中释能模块4的做功数据，使得可根据做功数据对含能材料的释能能力进行定量分析和表征。

本示例性实施例的测试系统，通过设置一个密闭测试腔1，并在该密闭测试腔1上用于接受低速冲击，并在该低速冲击作用下撞击待测试样的撞击件3，同时，在该密闭测试腔的一侧设置一释能模块4来释放待测试样发生反应时所释放的能量，即通过对该释能模块4进行做功来释放能量，使得可通过采集到的做功数据进行定量分析，并最终得到该含能材料的释能能力的定量表征方式。即该测试系统实现了低速冲击下，定量测量含能材料释能能力的定量测量和表征，相较于现有的含能材料的定量测试方法，整个测试系统结构简单，且操作简单。

在一些实施例中，上述落锤装置A采用可传统的落锤装置。

在一些实施例中，该释能能力测试装置B安装在该落锤装置A上。具体地，该释能能力测试装置B中密闭测试腔1的底座11向四周延伸形成一圆盘状，并在其上设置相应的安装孔17，然后通过螺钉等紧固件将该释能能力测试装置B的密闭测试腔1固定在落锤装置A中落锤下方，且落锤正对击柱3的自由端32。

在一些实施例中，该释能模块4具体采用用于将该待测试样所释放的能量转化为动能的第一能量转换子模块；具体地，如前所述，该第一能量转换子模块包括设置在密闭测试腔1的一侧壁上，并与密闭测试腔1相连通的释能通道41，以及安装在该释能通道41内的活动块42；相应地，该测试数据采集装置用于采集该活动块42在含能材料所释放的能量作用下，沿该释能通道41的轴向下个密闭测试腔1外运动时，所产生的位移数据和时间数据。

在另一些实施例中，该释能模块4具体采用用于将待测试样的能量转换为变形能(如塑性变形能，或弹性变形能)的第二能量转换子模块；具体地，该第二能量转换子模块具体包括至少一个设置在密闭测试腔1的至少一个侧壁上(具体地，在该侧壁上开设一个通孔，并将该应变片安装在该通孔上，或者，该密闭测试腔1的至少一个侧壁采用可塑性变形的材料制成，并在该侧壁上贴上应变片)；相应地，该测试数据采集装置用于采集该应变片在含能材料所释放的能量作用下，所产生的形变数据和时间数据。

在一些实施例中，该测试数据采集装置采用高速摄影装置C，从而可从该高速摄影装置C所拍摄的数据中获得在待测试样所释放的能量作用下，活动块42被推动的位移数据和时间数据，进而可根据该位移数据和时间数据对含能材料的释能能力进行定量分析，从而得到表征数据。

当然，在另一些实施例中，该测试数据采集装置采用动态应变仪来采集应变片发生的形变数据，相应地，采用计时器或高速摄影装置C来采集发生形变的时间数据。

进一步地，为了更加直观的得到该活动块42所产生的位移，本示例性实施例的测试系统还包括：可安装在该释能能力测试装置B一侧的位移标定装置，用于标定该释能能力测试装置B中释能模块4的活动块42在待测试样所释放的能量作用下所产生的位移。具体地，该位移标定装置可采用坐标网格纸D，其每个网格所代表的单位量可根据实际需要设定，例如，为1mm，或1cm。优选地，该坐标网格纸的起始点对应于该活动块42的初始位置(即在无外作用力时，该活动块42在释能通道中的位置)。

在一些实施例中，将用于标定活塞(或活动块)位移的坐标网格纸放置于释能能力测试装置B的左侧；将高速摄影装置C和光源则放置于该坐标网格纸D的对面，即高速摄影装置C的中心轴垂直于坐标网格纸D放置，使得该坐标网格纸D和释能能力测试装置B能够完全进入该高速摄影装置C的视野范围内，以记录在含能材料发生反应后活塞的运动轨迹(包括时间数据和位移数据等)，参见图6a、图6b、图6c和图6d。

下面结合本示例性实施例的释能能力测试装置B的工作原理进行详细说明：当落锤呈自由落体下落撞击击柱3时，击柱3会进一步撞击放置在试样放置台2上的待测试样，从而诱发待测试样发生反应；待测试样在发生剧烈化学反应的同时产生高压气体和相应的产物，由于该密封测试腔1是密封的，只有活动块42可相对于释能通道41移动，因此，该高压气体和反应产物可由该释能通道41释放，即推动活动块42沿释能通道41的轴向向密闭测试腔1外运动。此时，可通过测试数据采集装置B来采集该活动块42相应的位移数据(即活动块42在待测试样所释放的能量作用下移动的距离)和时间数据(即活动块42在待测试样所释放的能量作用下发送移动的时长)。

进一步，为了验证根据上述位移数据和时间数据得到的定量分析结果，还可通过密闭测试腔1侧壁12上的压力传感器来同步测量该密闭测试腔1内的压力变化，并且还可结合该活动块42的运动轨迹或位移数据来推断出该活动块42受力的大小。

也即是说，不仅可以通过压力传感器所测压力随时间的变化关系来分析含能材料的能量释放效应，还可以根据活动块42的运动情况估算出含能材料反应时的做功能力，这两种途径所得结果可以很好地被相互验证，从而可以更准确地表征含能材料的释能能力。当然，在另一些实施例中，也可采用温度传感器来同步测量该密闭测试腔1内的温度变化数据，以验证根据上述位移数据和时间数据得到的定量分析结果。

下面分别以PTFE/Al/Si、PTFE/Al/CuO、PTFE/Al/B、PTFE/Al四种活性材料为待测试样进行测试，对本示例性实施例的释能能力测试装置和系统的操作过程和测试结果进行详细说明。为了保证试验的科学性，每种活性材料都作用三个平行试验，即每种活性材料都选取了三个待测试样(且每种活性材料的三个待测试样各组分的配比相同)：对于第一种活性材料PTFE/Al，三个待测试样分别标记为：#1-1、#1-2、#1-3；对于第二种活性材料PTFE/Al/B，三个待测试样分别标记为：#4-1、#4-2、#4-3；对于第三种活性材料PTFE/Al/Si的三个待测试样分别标记为：#5-1、#5-2、#5-3；对于第四种活性材料PTFE/Al/CuO的三个待测试验分别标记为：#6-1、#6-2、#6-3：

1)将释能能力测试装B置固定在落锤装置A的底座上，使得击柱3的自由端位于落锤下方；

2)将待测试样放在试样放置台2的中心，将密封盖13用螺栓等紧固件安装在安装座14上；

3)将活塞插入初始位置(该初始位置是指试验之前，在无外力作用下，该活塞位于释能通道41中的位置，具体地可根据实际需要设定)；

4)将压力传感器连接至示波器，以由示波器记录该压力传感器将密闭测试腔内的压力信号转化成的电信号；

5)落锤装置A和高速摄影装置C同步触发并记录数据；

6)重置落锤装置A、高速摄影装置C和示波器；

7)打开释能测试装置B并清洁腔室以及套筒，为下一次试验做准备。

由于示波器直接记录的是电压-时间曲线，因此，将测得的电信号进行数据处理，以反推出密闭测试腔1内所受到的压力信号。经过数据处理，分别得到四种活性材料PTFE/Al、PTFE/Al/B、PTFE/Al/Si、PTFE/Al/CuO各自三个试样的压力-时间变化曲线，参见图7a、图7b、图7c和图7d。由此可知，虽然每种活性材料的三个试样的压力-时间变化曲线并不完全重合，但也相差不大，并且三个试样的压力峰值是趋于重合。

由于高速摄影装置C记录了每次试验中在待测试样所释放的能量作用下，活塞的运动情况，并通过坐标网格纸D来标定活塞的移动距离(优选地，该坐标网格纸D的起始坐标0对应于活塞的初始位置)，因此，可直接获得不同时刻活塞的位移变化，进行数据处理后，得到四种活性材料PTFE/Al、PTFE/Al/B、PTFE/Al/Si、PTFE/Al/CuO各自三个待测试样的位移-时间曲线，参见图8a、图8b、图8c和图8d。由此可知，每种活性材料的三个待测试样的位移-时间曲线趋于重合。

结合图7a、图7b、图7c、图7d和8a、图8b、图8c、图8d进行分析可知，四种活性材料PTFE/Al、PTFE/Al/B、PTFE/Al/CuO、PTFE/Al/Si在落锤给予的低速冲击作用下的峰值压力ΔP，以及活塞运动到x＝300mm位置处所需的时间t，参见图9。其中，PTFE/Al/Si活性材料所对应的峰值压力最大，为0.051Mpa，同时其对应的活塞运动时间又最小(相同距离内活塞运动所需时间越少，说明活塞在反应作推力的作用下获得的加速度越大)，为37s；而其他三种活性材料PTFE/Al、PTFE/Al/B、PTFE/Al/CuO各自所对应的峰值压力分别为0.013Mpa、0.021MPa、0.039Mpa，这三者各自对应的活塞运动时间分别为88s、72s、55s。因此，以上两个现象能够很好地证明PTFE/Al/Si的释能能力是四种活性材料中最强的，且可以得到四种活性材料的释能能力大小依次为：PTFE/Al/Si>PTFE/Al/CuO>PTFE/Al/B>PTFE/Al。

由上述示例性试验可知，本发明提供的示例性实施例的测试装置和测试系统，可用于低速冲击下，对活性材料释能能力的测量，并且结构简单，操作简单。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种可用于测量含能材料释能能力的测试系统，其特征在于，包括：落锤装置，释能能力测试装置，以及测试数据采集装置，其中，

所述落锤装置用于向所述释能能力测试装置提供低速冲击力；

所述释能能力测试装置安装在所述落锤装置上，用于在所述低速冲击力作用下，撞击预先放置在所述释能能力测试装置内的待测试样，使得所述待测试样释放能量并对所述释能能力测试装置中的释能模块做功；所述释能能力测试装置包括：用于放置所述待测试样的密闭测试腔；其中，所述待测试样为活性材料，且所述活性材料由两种或两种以上非炸药材料混合而成；

其中，所述释能模块包括：用于将所述待测试样所释放的能量转换为动能的第一能量转换子模块；所述第一能量转换子模块包括：释能通道，以及活动块，其中，所述释能通道设置在所述密闭测试腔的一侧壁上，并与所述密闭测试腔相连通，所述活动块安装在所述释能通道内；当所述待测试样所释放的能量对所述活动块做功时，所述活动块沿所述释能通道的轴向，向所述密闭测试腔外运动，相应地，所述测试数据采集装置采集所述活动块移动的位移数据；

所述释能模块还包括：用于将所述待测试样的能量转换为变形能的第二能量转换子模块，所述变形能包括塑性变形能；

其中，所述密闭测试腔中的一个侧壁由可塑性变形的材料制成，而所述密闭测试腔中的其他侧壁不会产生塑性变形，应变片安装在可塑性变形的侧壁上，当所述待测试样所释放的能量对所述应变片做功时，所述应变片发生变形；或者，所述密闭测试腔中的侧壁不会产生塑性变形，且在一个侧壁上设置有一个通孔，所述应变片安装在所述通孔上；

所述测试数据采集装置安装在所述释能能力测试装置一侧，用于采集所述释能模块的做功数据，使得可根据所述做功数据对所述含能材料的释能能力进行定量分析；所述测试数据采集装置包括：用于采集所述应变片的变形数据的高速摄影装置或动态应变仪；或者，所述测试数据采集装置包括：用于采集所述应变片在弹性变形时所产生的电信号数据的示波器或万用电表，以及用于采集应变片变形和/或活动块运动的时间数据的高速摄影装置或计时器；

所述测试系统还包括安装在所述密闭测试腔至少一个侧壁上的至少一个验证数据采集模块，且所述验证数据采集模块包括：压力数据采集子模块，以及温度数据采集子模块。

2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述做功数据包括位移数据，所述测试系统还包括：安装在所述释能能力测试装置另一侧，用于辅助标定位移的位移标定装置，所述位移标定装置与所述测试数据采集装置相对设置。

3.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述释能能力测试装置包括：用于在所述落锤装置的低速冲击作用下撞击所述待测试样的撞击件，以及至少一个所述释能模块；其中，所述撞击件安装在所述密闭测试腔顶部，并位于所述落锤装置中落锤下方，所述释能模块安装在所述密闭测试腔的至少一侧壁上；

当所述落锤施加低速冲击于所述撞击件，使得所述撞击件撞击预先放置在所述密闭测试腔内的所述待测试样时，所述待测试样释放能量，并对所述释能模块做功。

4.一种可用于测量含能材料释能能力的装置，其特征在于，包括：用于放置待测试样的密闭测试腔，用于撞击所述待测试样的撞击件，以及至少一个释能模块，其中，所述撞击件安装在所述密闭测试腔顶部，至少一个所述释能模块安装在所述密闭测试腔的至少一侧壁上；其中，所述待测试样为活性材料，且所述活性材料由两种或两种以上非炸药材料混合而成；

当外部施加低速冲击于所述撞击件，使得所述撞击件撞击预先放置在所述密闭测试腔内的所述待测试样时，所述待测试样释放能量并对所述释能模块做功，使得可通过采集做功数据来对所述待测试样的释能能力进行定量分析；

其中，所述释能模块包括：用于将所述待测试样所释放的能量转换为动能的第一能量转换子模块；所述第一能量转换子模块包括：释能通道，以及活动块，其中，所述释能通道设置在所述密闭测试腔的一侧壁上，并与所述密闭测试腔相连通，所述活动块安装在所述释能通道内；当所述待测试样所释放的能量对所述活动块做功时，所述活动块沿所述释能通道的轴向，向所述密闭测试腔外运动，通过采集所述活动块的做功数据来对所述待测试样的释能能力进行定量分析；

所述释能模块还包括：用于将所述待测试样的能量转换为变形能的第二能量转换子模块，所述变形能包括塑性变形能；

相应地，可通过采集应变片的变形数据、变形时间对所述待测试样的释能能力进行定量分析，或者，可以通过采集所述应变片在弹性变形时所产生的电信号数据对所述待测试样的释能能力进行定量分析；

其中，所述密闭测试腔中的一个侧壁由可塑性变形的材料制成，而所述密闭测试腔中的其他侧壁不会产生塑性变形，所述应变片安装在可塑性变形的侧壁上，当所述待测试样所释放的能量对所述应变片做功时，所述应变片发生变形；或者，所述密闭测试腔中的侧壁不会产生塑性变形，且在一个侧壁上设置有一个通孔，所述应变片安装在所述通孔上；

所述装置还包括安装在所述密闭测试腔至少一个侧壁上的至少一个验证数据采集模块，且所述验证数据采集模块包括：压力数据采集子模块，以及温度数据采集子模块。

Images