CN115711906A - 一种含能材料的点火和反冲力测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含能材料的点火和反冲力测试系统及方法。系统的加热点火装置用于对释能测试装置进行加热；释能测试装置用于在加热点火装置的加热作用下激发预先放置在释能测试装置一端的待测含能材料使其释放能量并向一侧喷出产物对另一侧产生反冲力，重量采集装置用于在含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录待测含能材料的质量随时间的变化曲线；反冲力采集装置设置在释能测试装置的一侧，用于在含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录待测含能材料产生的反冲力随时间的变化曲线；温度采集装置用于在含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录待测含能材料的温度随时间的变化曲线。本发明便于对含能材料所产生的推力进行测量，方便操作。

Description

一种含能材料的点火和反冲力测试系统及方法

技术领域

本发明涉及含能材料的点火及力学性能研究技术领域，更具体地说，特别涉及一种含能材料的点火和反冲力测试系统及方法。

背景技术

在含能材料的研究中，其反应特点往往是研究的重点。激发含能材料的方法多种多样，但是其中最常见的就是热激发，目前的相关试验装置一般采用的热电阻或者化学加热等加热方法，加热的速率有限。

同时，含量材料在释放能量的过程中，如果将其产生的气体和释放的能量加以引导，能够产生大量的反冲推力，在航空航天领域中，将其应用于飞行和水中交通工具中具有重要作用。目前的推力测试装置的系统结构复杂，尺寸相对较大，缺乏对小尺寸推力系统的测量方案。为了合理的利用含能材料所产生的反冲力，需要一个能够比较简便的方法来测量含能材料的反应推力，以便对含能材料进行定量分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含能材料的点火和反冲力测试系统及方法，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种含能材料的点火和反冲力测试系统，包括释能测试装置、加热点火装置、反冲力采集装置、重量采集装置和温度采集装置；

所述加热点火装置用于对所述释能测试装置进行加热；

所述释能测试装置设置在所述重量采集装置上，该释能测试装置用于在所述加热点火装置的加热作用下激发预先放置在所述释能测试装置一端的待测含能材料使其释放能量并向一侧喷出产物对另一侧产生反冲力，该重量采集装置用于在所述含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录所述待测含能材料的质量随时间的变化曲线；

所述反冲力采集装置设置在所述释能测试装置的一侧，该反冲力采集装置用于在所述含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录所述待测含能材料产生的反冲力随时间的变化曲线；

所述温度采集装置设置在所述释能测试装置的一侧，该温度采集装置用于在所述含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录所述待测含能材料的温度随时间的变化曲线。

进一步地，所述释能测试装置包括含能材料填装件，所述含能材料填装件具有用于填装含能材料的含能材料填装腔，所述含能材料填装腔的开孔设置在所述含能材料填装件的一端，装填件外部有隔热材料；当待测含能材料释放能量产生的反冲力对所述含能材料填装件做功时，所述含能材料填装件可沿其轴向朝向所述反冲力采集装置运动并将该反冲力施加到所述反冲力采集装置，所述反冲力采集装置采集所施加的反冲力数据。

进一步地，所述含能材料填装件通过限位支撑件设置在所述重量采集装置上，所述含能材料填装件在所述限位支撑件上沿其轴向运动，所述限位支撑件用于限位并连接所述含能材料填装件的连接部位件为滑套、滑环、滑轨或滑槽。

进一步地，所述含能材料填装件为一端开口的坩埚，坩埚内层为能被电磁感应加热的材料，坩埚外层为陶瓷制作的隔热层，所述限位支撑件为坩埚限位托，所述坩埚限位托的上部为滑套，所述坩埚沿其轴向可滑动地设置在该滑套内，且滑套与坩埚之间采用直接接触式或轴承滑动接触。

进一步地，所述反冲力采集装置包括压力传感器，所述压力传感器与所述含能材料填装件没有开孔的一端保持抵触且相对所述释能测试装置成固定安装，所述反冲力采集装置通过所述压力传感器采集产生的反冲力数据。

进一步地，所述重量采集装置包括限位机构、称重感应单元和称重板，所述称重板安装在所述称重感应单元上，所述释能测试装置设置在所述称重板上，所述限位机构设置在所述称重板的外围以限制所述称重板的水平运动、向上垂直运动以及翻转运动。

进一步地，所述限位机构包括限位板和限位螺栓，所述称重板的相对两侧均设有限位板，每个限位板上均设有贯穿该限位板的限位螺栓。

进一步地，所述加热点火装置包括配套设置的加热控制器和电磁感应加热线圈，所述电磁感应加热线圈采用非接触式对所述释能测试装置进行加热以激发所述待测含能材料释放能量。

进一步地，所述温度采集装置为非接触式红外温度传感器。

本发明还提供一种根据上述的含能材料的点火和反冲力测试系统的方法，包括以下步骤：

S1、组装所述释能测试装置、加热点火装置、反冲力采集装置、重量采集装置和温度采集装置；

S2、将预设质量的待测含能材料放入释能测试装置的含能材料填装腔内；

S3、加热装置结合温度采集装置按照预设的升温速率对释能测试装置进行加热，直至待测含能材料激发并释放能量，产生反冲力施加给释能测试装置并作用到反冲力采集装置；在含能材料的加热及释放能量的过程中，由温度采集装置采集并记录待测含能材料的温度随时间的变化曲线，由重量采集装置采集并记录待测含能材料的质量随时间的变化曲线，以及由反冲力采集装置采集并记录待测含能材料产生的反冲力随时间的变化曲线；

S4、通过步骤S3所得的变化曲线对含能材料的释能能力进行定量分析。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的一种含能材料的点火和反冲力测试系统及方法，采用电磁感应加热点火，加热效率高，加热速度的调节范围广，便于对含能材料所产生的推力进行测量，方便操作，采用采用非接触式的温度测量技术，有效避免对试验的干扰，而且结构简单，经济实用，本发明的含能材料的点火和反冲力测试通用性好，便于对多种含能材料应进行测试，而且可同时获取三种数据曲线，通过得到的温度曲线、质量变化曲线及反冲压力曲线，为含能材料的激发、释能等行为进行综合分析提供了很好的数据支持。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明含能材料的点火和反冲力测试系统的结构图。

图2是本发明含能材料的点火和反冲力测试方法的流程图。

图中：加热控制器1、红外温度传感器2、电磁感应加热线圈3、坩埚限位托4、坩埚5、电磁屏蔽盒6、压力传感器7、限位机构8、限位板9、限位螺栓10、称重感应单元11、称重板12、传感器支架13、底板14、立板15。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例一

参阅图1所示，本实施例公开了一种含能材料的点火和反冲力测试系统，包括释能测试装置、加热点火装置、反冲力采集装置、重量采集装置和温度采集装置；所述加热点火装置用于对所述释能测试装置进行加热；所述释能测试装置设置在所述重量采集装置上，该释能测试装置用于在所述加热点火装置的加热作用下激发预先放置在所述释能测试装置一端的待测含能材料释放能量喷出以产生反冲力，该重量采集装置用于在所述含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录所述待测含能材料的质量随时间的变化曲线；所述反冲力采集装置设置在所述释能测试装置的一侧，该反冲力采集装置用于在所述含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录所述待测含能材料产生的反冲力随时间的变化曲线；所述温度采集装置设置在所述释能测试装置的一侧，该温度采集装置用于在所述含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录所述待测含能材料的温度随时间的变化曲线。

本实施例中，所述待测含能材料为固体。

本实施例的释能测试装置为本发明的实验主体，释能测试装置包括含能材料填装件，含能材料填装件具有用于填装含能材料的含能材料填装腔，含能材料填装腔的开孔设置在含能材料填装件的一端；当含能材料填装件在加热点火装置的加热下，可实现对其内的含能材料进行热激发，激发后的含能材料从含能材料填装腔的开孔喷出，从而产生反方的推力，该推力即为反冲力；当待测含能材料释放能量产生的反冲力对所述含能材料填装件做功时，含能材料填装件可沿其轴向朝向所述反冲力采集装置运动并将该反冲力施加到反冲力采集装置，相应地，反冲力采集装置采集所施加的反冲力数据。

本实施例的含能材料填装件为一端开口的坩埚5，整体呈圆柱体形(也可为其他形状)，其含能材料填装腔可受电磁感应而发热，坩埚5内层为能被电磁感应加热的材料，坩埚5外层为陶瓷制作的隔热层。含能材料填装件配设有限位支撑件，含能材料填装件通过限位支撑件固定在重量采集装置上，含能材料填装件在限位支撑件上可沿其轴向运动，限位支撑件用于限位并连接含能材料填装件的连接部位件为滑套、滑环、滑轨或滑槽。本实施例中以固定设置在重量采集装置上的坩埚限位托4作为限位支撑件，坩埚限位托4的上部为滑套，坩埚5沿其轴向可滑动地设置在该滑套内，且滑套与坩埚5之间采用直接接触式滑动接触，也可以采用轴承实现滑动接触。

优选地，本实施例的坩埚5内侧是可以被感应加热的材料，钢、铁、石墨等，坩埚5外层为不导电的隔热陶瓷进行防护。

本实施例的反冲力采集装置包括压力传感器7，压力传感器7与所述含能材料填装件没有开孔的另一端保持抵触且相对释能测试装置成固定安装，反冲力采集装置通过压力传感器7采集产生的反冲力数据。具体的，所述反冲力采集装置还包括相对重量采集装置固定设置的底板14，底板14上设置有立板15，压力传感器7通过传感器支架13安装在立板15的前侧，立板15上设有与压力传感器7的一侧相抵触的凸柱；坩埚5于其开口的另一端沿其轴向连接有延伸杆，延伸杆与所述压力传感器7的另一侧相抵触。

优选地，压力传感器7的外围还设有电磁屏蔽盒6，这样可有效防止加热点火装置产生的或外部的电磁场对压力传感器7产生影响。

在一具体实施例中，所述重量采集装置包括限位机构8、称重感应单元11和称重板12，称重板12安装在称重感应单元11上，释能测试装置设置在称重板12上，限位机构8设置在称重板12的外围以限制称重板12的水平运动、向上运动(即垂直运动)以及翻转运动。其中，所述限位机构8包括围设在称重板12外围的限位板9，用于限制称重板12的水平运动，即当待测含能材料释放能量产生的反冲力对含能材料填装件做功时，称重板12不会产生位移。限位板9上还设有位于称重板12上方的限位螺栓10，用于限制称重板12的向上运动以及翻转运动。

在又一具体实施例中，所述加热点火装置包括配套设置的加热控制器1和电磁感应加热线圈3，电磁感应加热线圈3采用非接触式对所述释能测试装置进行加热以激发待测含能材料释放能量，本实施例中电磁感应加热线圈3套设在坩埚5的外周上。所述温度采集装置包括红外温度传感器2，红外温度传感器2朝向坩埚5的开口以对其内的待测含能材料进行测温。红外温度传感器2与加热控制器1电性连接，可以控制加热的速度，并采集并记录温度随时间的变化曲线，能获取加热点火装置进行热激发的起始时间，以方便后续数据的分析。

实施例二

本实施例还提供根据实施例一所述的含能材料的点火和反冲力测试系统的测试方法，包括以下步骤：

步骤S1、组装所述释能测试装置、加热点火装置、反冲力采集装置、重量采集装置和温度采集装置；

步骤S2、将预设质量的待测含能材料放入释能测试装置的含能材料填装腔内；

步骤S3、按照预设的升温速率对释能测试装置进行加热，直至待测含能材料激发并释放能量，产生反冲力施加给释能测试装置并作用到反冲力采集装置；在含能材料的加热及释放能量的过程中，由温度采集装置采集并记录待测含能材料的温度随时间的变化曲线，由重量采集装置采集并记录待测含能材料的质量随时间的变化曲线，以及由反冲力采集装置采集并记录待测含能材料产生的反冲力随时间的变化曲线；

步骤S4、通过步骤S3所得的变化曲线对含能材料的释能能力进行定量分析。

本发明的含能材料的质量变化与其反应量相关，通过质量变化曲线能够得到含能材料反应的程度以及反应速度，再结合温度时间曲线，能够分析含能材料反应在什么温度条件下发生，以及分析得到温度变化对反应的开始条件和反应速度的影响等，从而掌握温度调节和含能材料反应程度的关系；进一步，结合反冲力曲线，可以得到含能材料反应程度和反应速度产生的推力变化的关系，进而得到其单位质量反应产生的反冲力效率。以此，本发明能实现对含能材料的性能有充分的认识，以便更好地对含能材料加以利用。

以上对含能材料的释能能力的定量分析均基于含能材料的化学反应方程，具体的化学反应方程属于现有技术，在此不做详细描述。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含能材料的点火和反冲力测试系统，其特征在于，包括释能测试装置、加热点火装置、反冲力采集装置、重量采集装置和温度采集装置；

所述加热点火装置用于对所述释能测试装置进行加热；

所述释能测试装置设置在所述重量采集装置上，该释能测试装置用于在所述加热点火装置的加热作用下激发预先放置在所述释能测试装置一端的待测含能材料使其释放能量并向一侧喷出产物对另一侧产生反冲力，该重量采集装置用于在所述含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录所述待测含能材料的质量随时间的变化曲线；

所述反冲力采集装置设置在所述释能测试装置的一侧，该反冲力采集装置用于在所述含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录所述待测含能材料产生的反冲力随时间的变化曲线；

所述温度采集装置设置在所述释能测试装置的一侧，该温度采集装置用于在所述含能材料的加热及释放能量过程中采集并记录所述待测含能材料的温度随时间的变化曲线。

2.根据权利要求1所述的含能材料的点火和反冲力测试系统，其特征在于，所述释能测试装置包括含能材料填装件，所述含能材料填装件具有用于填装含能材料的含能材料填装腔，所述含能材料填装腔的开孔设置在所述含能材料填装件的一端；当待测含能材料释放能量产生的反冲力对所述含能材料填装件做功时，所述含能材料填装件可沿其轴向朝向所述反冲力采集装置运动并将该反冲力施加到所述反冲力采集装置，所述反冲力采集装置采集所施加的反冲力数据。

3.根据权利要求2所述的含能材料的点火和反冲力测试系统，其特征在于，所述含能材料填装件通过限位支撑件设置在所述重量采集装置上，所述含能材料填装件在所述限位支撑件上沿其轴向运动，所述限位支撑件用于限位并连接所述含能材料填装件的连接部位件为滑套、滑环、滑轨或滑槽。

4.根据权利要求3所述的含能材料的点火和反冲力测试系统，其特征在于，所述含能材料填装件为一端开口的坩埚，坩埚内层为能被电磁感应加热的材料，坩埚外层为陶瓷制作的隔热层，所述限位支撑件为坩埚限位托，所述坩埚限位托的上部为滑套，所述坩埚沿其轴向可滑动地设置在该滑套内，且滑套与坩埚之间采用直接接触式或轴承滑动接触。

5.根据权利要求2所述的含能材料的点火和反冲力测试系统，其特征在于，所述反冲力采集装置包括压力传感器，所述压力传感器与所述含能材料填装件没有开孔的一端保持抵触且相对所述释能测试装置成固定安装，所述反冲力采集装置通过所述压力传感器采集产生的反冲力数据。

6.根据权利要求1所述的含能材料的点火和反冲力测试系统，其特征在于，所述重量采集装置包括限位机构、称重感应单元和称重板，所述称重板安装在所述称重感应单元上，所述释能测试装置设置在所述称重板上，所述限位机构设置在所述称重板的外围以限制所述称重板的水平运动、向上垂直运动以及翻转运动。

7.根据权利要求6所述的含能材料的点火和反冲力测试系统，其特征在于，所述限位机构包括限位板和限位螺栓，所述称重板的相对两侧均设有限位板，每个限位板上均设有贯穿该限位板的限位螺栓。

8.根据权利要求1所述的含能材料的点火和反冲力测试系统，其特征在于，所述加热点火装置包括配套设置的加热控制器和电磁感应加热线圈，所述电磁感应加热线圈采用非接触式对所述释能测试装置进行加热以激发所述待测含能材料释放能量。

9.根据权利要求1所述的含能材料的点火和反冲力测试系统，其特征在于，所述温度采集装置为非接触式红外温度传感器。

10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的含能材料的点火和反冲力测试系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、组装所述释能测试装置、加热点火装置、反冲力采集装置、重量采集装置和温度采集装置；

S2、将预设质量的待测含能材料放入释能测试装置的含能材料填装腔内；

S3、加热装置结合温度采集装置按照预设的升温速率对释能测试装置进行加热，直至待测含能材料激发并释放能量，产生反冲力施加给释能测试装置并作用到反冲力采集装置；在含能材料的加热及释放能量的过程中，由温度采集装置采集并记录待测含能材料的温度随时间的变化曲线，由重量采集装置采集并记录待测含能材料的质量随时间的变化曲线，以及由反冲力采集装置采集并记录待测含能材料产生的反冲力随时间的变化曲线；

S4、通过步骤S3所得的变化曲线对含能材料的释能能力进行定量分析。

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