CN114199092B - 一种箭上火工品发火实验容器及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种箭上火工品发火实验容器及其设计方法，其中箭上火工品发火实验容器具体包括：上盖、第一螺栓、容器壁、绝缘环、第二螺栓、绝缘板、开放孔以及底盖；其中上盖中设有放入火工品的开放孔；容器壁的一端通过第一螺栓与上盖连接，另一端通过第二螺栓与底盖连接；容器壁的内壁中设有绝缘环，底盖中设有绝缘板。设计后的发火实验容器能够随机组合，并且能对单个火工品近距离观察细致研究，同时也能便于操作安全可靠。

Description

一种箭上火工品发火实验容器及其设计方法

技术领域

本申请涉及火箭领域，具体地，涉及一种箭上火工品发火实验容器及其设计方法。

背景技术

为了试验箭上火工品发火性能，需要对火工品进行发火实验，为了保证实验的安全，对实验过程的近距离细致的观察，并且对发火爆炸完成后的产物进行回收研究，设计一个适合发火实验的爆炸容器是非常需要的。

如图1所示，传统的火工品发火实验装置是用钢板搭格子，格子内壁加防火棉，顶部放软毯子的集成方式，这种方式的缺点在于不能对每个火工品进行细致的观察和研究，不能用于测试火工品个工程中对人员的安全防护，不能随机组合实验使用；单个火工品实验时使用操作不便，一个试验完成后如需进一步试验还得将试验装置维修。

因此，因此设计一种又安全，又方便的箭上火工品发火实验容器，是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种箭上火工品发火实验容器，具体包括：上盖、第一螺栓、容器壁、绝缘环、第二螺栓、绝缘板、开放孔以及底盖；其中上盖中设有放入火工品的开放孔；容器壁的一端通过第一螺栓与上盖连接，另一端通过第二螺栓与底盖连接；容器壁的内壁中设有绝缘环，底盖中设有绝缘板。

如上的，其中，上盖包括第一上盖和第二上盖；多个第一螺栓分别穿过第一上盖，和容器壁的内壁，使第一上盖与容器壁固定连接；多个第一螺栓分别穿过第二上盖，和容器壁的内壁，使第二上盖与容器壁固定连接。

如上的，其中，第一上盖和第二上盖中间连接处还设有开放孔。

如上的，其中，其中第二螺栓分别穿过容器壁和底盖，使容器壁和底盖固定连接。

如上的，其中，还包括，设置在容器壁上的多个排烟孔。

如上的，其中，第一螺栓的数量为6个。

一种箭上火工品发火实验容器的设计方法，箭上火工品发火实验容器为上述任一项所述的箭上火工品发火实验容器，具体包括以下步骤：确定容器主体壁厚；响应于确定容器主体壁厚，进行上盖的厚度的确定。

如上的，其中，确定容器主体壁厚具体包括以下子步骤：确定入射超压；根据入射超压确定反射超压；根据反射超压确定等效静载荷；根据入射超压、反射超压和等效载荷确定容器主体壁厚。

如上的，其中，确定入射超压之前，还包括，确定第一至三超压：其中第一超压ΔP₁具体表示为：

其中 为装药比距离，R为容器壳体半径，W为炸药TNT当量；

第二超压ΔP₂具体表示为：

其中P₀＝1.01325*10^5Pa，为装药比距离；

第三超压ΔP₃具体表示为：

其中为装药比距离。

如上的，其中，入射超压ΔP₄具体表示为：

ΔP₄＝(ΔP₁+ΔP₂+ΔP₃)/3

其中ΔP₁表示第一超压，ΔP₂表示第二超压，ΔP₃表示第三超压。

本申请具有以下有益效果：

本申请设计后的发火实验容器能够随机组合，并且能对单个火工品近距离观察细致研究，同时也能便于操作安全可靠。根据本申请设计方法设计的爆炸容器的安全性均达到或超过了设计指标要求，可运用于实际工程。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统的火工品发火实验装置；

图2是根据本实施例提供的箭上火工品发火实验容器的内部结构示意图；

图3是根据本实施例提供的箭上火工品发火实验容器的整体结构示意图；

图4是根据本实施例提供的火工品放入实验容器中的整体示意图；

图5是根据本申请实施例提供的箭上火工品发火实验容器设计方法的流程图。

附图标记：

1—第一上盖；2—第一螺栓；3—容器壁；4—绝缘环；5—第二螺栓；

6—绝缘板；7—底盖；8—第二上盖；9—上盖；10—开放孔；11—排烟孔。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请涉及一种箭上火工品发火实验容器及其设计方法，设计后的发火实验容器能够随机组合，并且能对单个火工品近距离观察细致研究，同时也能便于操作安全可靠。

实施例一

如图2所示，为本申请实施例提供的一种箭上火工品发火实验容器，其具体包括上盖9、第一螺栓2、容器壁3、绝缘环4、第二螺栓5、绝缘板6、底盖7。

具体地，请结合图3，本申请提供的箭上火工品发火实验容器整体为圆筒形装置，具体容器壁3为圆柱形，其中容器壁3上方端与一上盖连接，具体通过第一螺栓2与上盖进行连接。

优选地，第一螺栓2的数量为多个。

进一步地，如图2所示，其中上盖9包括第一上盖1和第二上盖8，多个第一螺栓2分别穿过第一上盖2，和容器壁3的内壁，使第一上盖1与容器壁3固定连接。多个第一螺栓2分别穿过第二上盖8，和容器壁3的内壁，使第二上盖8与容器壁3固定连接。

优选地，请参看图3，第一螺栓2的数量为6个。

再进一步地，请继续参看图3，第一上盖1和第二上盖8中间连接处还设有一的开放孔10，火工品可由开放空10放入实验容器内。

如图4所示，为火工品由开放空放入实验容器中的整体示意图。

其中，请继续参看图2，容器壁3的内壁中配做圆环形耐高温防火绝缘环。

具体地，容器壁3的下方端和底盖7固定连接，其中第二螺栓5分别穿过容器壁3和底盖7，使其固定连接。

优选地，第二螺栓5的数量为8个。

进一步地，底盖7中还包括绝缘板6。

请继续参看图3，其中容器壁3的壁上还设有排烟孔11，通过排烟孔11能够将烟雾进行排除。

通过上述结构，本实施例提供的箭上火工品发火实验容器的设计结构简洁，维护方便，安全可靠，实验使用方便。

实施例二

箭上火工品发火实验容器与一般压力容器的区别是其内部的作用是毫秒级的，爆炸装置在中心爆炸后形成向四周传播的冲击波，冲击波到达容器内壁，形成反射冲击波，该反射冲击波即是作用于容器内壁的瞬间载荷。

基于此，本申请在设计箭上火工品发火实验容器前首先确定出瞬间载荷的轻度，然后将它转换成GB150-1998《钢制压力容器》所需的等效载荷。其中以下方法均是以容器的最大装药量为200毫克即0.2克TNT炸药当量，最大外形尺寸为φ140X260mm来设计计算。

如图5所示，是本申请提供的一种箭上火工品发火实验容器的设计方法，具体包括以下步骤：

步骤S510：确定容器主体壁厚。

其中容器主体为上述容器壁3的厚度。步骤S510具体包括以下子步骤：

步骤S5101：确定入射超压。

其中，本申请计算三种超压，并将计算得到的三种超压求取平均值，将该平均值作为本实施例设计箭上火工品发火实验容器所确定的入射超压。

其中第一超压具体表示为：

其中 为装药比距离(m)，R为容器壳体半径(m)，W为炸药TNT当量(kg)。

第二超压ΔP₂具体表示为：

其中P₀＝1.01325*10^5Pa，为装药比距离(m)。

其中当装药比距离在0.5-70.9时，第三超压ΔP₃具体表示为：

其中为装药比距离(m)。

根据第一至三超压，其中入射超压ΔP₄具体表示为：

ΔP₄＝(ΔP₁+ΔP₂+ΔP₃)/3 公式4

步骤S5102：根据入射超压确定反射超压。

其中，当冲击波作用于容器壁时，可按冲击波正向作用于刚性固壁来考虑，因此反射超压ΔP5具体表示为：

其中ΔP₄表示入射超压，P₀＝1.01325*10^5Pa。

步骤S5103：根据反射超压确定等效静载荷。

具体地，本实施例采用动力系法将瞬态载荷转换成等效静载荷进行设计，其中步骤S5103具体包括以下子步骤：

步骤S51031：确定动力系数。

其中，确定动力系数前需先算出反射超压的作用时间t1和容器的自振周期T。

其中反射超压的作用时间t₁具体表示为：

其中，R为容器壳体半径(M)，Q₀为单位质量的爆热(J/kg)，η为经验系数，若容器的柱对称时η＝0.5。对TNT来说，Q₀＝4860874.8J/kg。

进一步地，对于薄壳，如果只考虑扩展运动，则自振周期E为杨氏模量，ρ为壳体材料密度(kg/m3)，R容器壳体半径(mm)。

其中若容器材料为钢20时，E＝206CPa，ρ＝7.8*10³kg/m3。

具体地，根据作用时间和自振周期的比例确定动力系数，若作用时间和自振周期的比例小于指定阈值时，则动力系数C_d具体表示为：

其中将ω＝2π/T，t1为反射超压的作用时间。

步骤S51032：根据动力系数确定等效静载荷。

其中等效静载荷P_e具体表示为：

P_e＝ΔP₅×C_d 公式8

其中ΔP₅为反射超压，C_d为动力系数。

步骤S5140：根据入射超压、反射超压和等效载荷确定容器主体壁厚。

具体地，其中容器主体壁厚δ1具体表示为：

其中ΔP₄表示入射超压，P_e表示等效静载荷，D_n为容器内径(mm)，[σ]₁为设计温度下圆筒材料的作用应力，通常情况下[σ]₁＝98MPa。

其中根据δ1的数值进行容器主体壁厚的设计。

作为举例，若得出δ1≥3.97mm，则可在设计时取容器主体的壁厚为15mm，远大于理论计算需求，且设计罐体并不严格密封，罐体等效静载荷远小于5.4MPa，因此罐体的实际设计的容器主体壁厚是远大于理论需求壁厚时，罐体的强度足够。

步骤S520：响应于确定容器主体壁厚，进行上盖的厚度的确定。

其中上盖为图2中上盖9，本实施例为进行上盖9的厚度的确定。

其中依然地，根据入射超压、反射超压、等效载荷确定上盖厚度的确定。

其中步骤S520具体包括以下子步骤：

步骤S5201：确定入射超压。

其中，本步骤具体内容同步骤S4101相同，入射超压的确定方法同公式1-4相同，在此不进行赘述。

步骤S5202：根据入射超压确定反射超压。

其中本步骤具体内容同步骤S5102相同，反射超压的确定方法同公式5相同，在此不进行赘述。

步骤S5203：根据反射超压确定等效载荷。

其中本步骤具体内容同步骤S5103相同，反射超压的确定方法同公式6-8相同，在此不进行赘述。

步骤S5204：根据根据入射超压、反射超压和等效载荷确定上盖的厚度。

其中，上盖壁厚δ2具体表示为：

其中[σ]表示上盖材料的屈服强度，D_e表示上盖的直径。K为结构特性系数，根据GB150-1998《钢制压力容器》计算出结构特性系数，一般情况下K＝0.251；P_e表示等效静载荷。

其中根据δ2可设计出上盖壁厚，可选取大于δ2的合理数值作为托盘壁厚。

作为举例，若通过上式得出δ2＝12mm，由于起爆器的实际药量不足200毫克，且罐体没有完全密封，爆炸产生的入射超压远低于理论值；设计此罐是在满足试验要求下，防护飞溅的小颗粒可能对实验人员及设备造成伤害，设计中取上盖厚度为15mm是足够的且安全的。

本申请具有以下有益效果：

本申请设计后的发火实验容器能够随机组合，并且能对单个火工品近距离观察细致研究，同时也能便于操作安全可靠。根据本申请设计方法设计的爆炸容器的安全性均达到或超过了设计指标要求，可运用于实际工程。

虽然当前申请参考的示例被描述，其只是为了解释的目的而不是对本申请的限制，对实施方式的改变，增加和/或删除可以被做出而不脱离本申请的范围。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种箭上火工品发火实验容器，其特征在于，具体包括：上盖、第一螺栓、容器壁、绝缘环、第二螺栓、绝缘板、开放孔以及底盖；

其中上盖中设有放入火工品的开放孔；

容器壁的一端通过第一螺栓与上盖连接，另一端通过第二螺栓与底盖连接；

容器壁的内壁中设有绝缘环，底盖中设有绝缘板；

确定容器的主体壁厚具体包括以下子步骤：

确定入射超压；

根据入射超压确定反射超压；

根据反射超压确定等效静载荷；

根据入射超压、反射超压和等效载荷确定容器主体壁厚；

确定入射超压之前，还包括，确定第一至三超压：

其中第一超压具体表示为：

；

其中，/>为装药比距离，R为容器壳体半径，W为TNT炸药当量；

第二超压具体表示为：

；

其中，/>为装药比距离；

第三超压具体表示为：

；

其中为装药比距离；

入射超压具体表示为：

；

其中表示第一超压，/>表示第二超压，/>表示第三超压。

2.如权利要求1所述的箭上火工品发火实验容器，其特征在于，上盖包括第一上盖和第二上盖；

多个第一螺栓分别穿过第一上盖，和容器壁的内壁，使第一上盖与容器壁固定连接；

多个第一螺栓分别穿过第二上盖，和容器壁的内壁，使第二上盖与容器壁固定连接。

3.如权利要求2所述的箭上火工品发火实验容器，其特征在于，第一上盖和第二上盖中间连接处还设有开放孔。

4.如权利要求3所述的箭上火工品发火实验容器，其特征在于，其中第二螺栓分别穿过容器壁和底盖，使容器壁和底盖固定连接。

5.如权利要求4所述的箭上火工品发火实验容器，其特征在于，还包括，设置在容器壁上的多个排烟孔。

6.如权利要求5所述的箭上火工品发火实验容器，其特征在于，第一螺栓的数量为6个。

7.一种箭上火工品发火实验容器的设计方法，其特征在于，箭上火工品发火实验容器为权利要求1-6任一项所述的箭上火工品发火实验容器，具体包括以下步骤：

确定容器主体壁厚；

响应于确定容器主体壁厚，进行上盖的厚度的确定。