CN115879393A - 一种反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法，首先获得反应室内气体压力‑时间历程曲线；根据所述历程曲线标定可燃气体由稳定转向不稳定的阈值；利用反应室的内能变化量与所述阈值的比值来评估气体加注过程的安全性状态。本发明能够定量评估火炮充气过程中的安全性状态。
Description
技术领域
本发明涉及反应气体驱动火炮技术领域，具体涉及一种反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法。
背景技术
轻气炮作为一种常见的超高速发射装置，在研究超高速碰撞的终点效应等方面发挥着重要的作用。传统超高速动态加载系统被广泛用于天体物理、地球物理以及人造卫星防护、战术武器拦截等科技领域。传统轻气炮主要采用高压气体或火药气体作为首级驱动，但这两种驱动方式存在驱动气体分子量大或驱动能量有限等的缺点。为了进一步提高弹丸速度，出现了利用反应气体爆轰驱动的方式。
与传统的火药气体驱动相比，反应气体爆轰驱动方式是利用低分子量的可燃混合气体反应释能得方式来推动弹丸，其爆轰产物分子量较低，声惯性较小，驱动弹丸过程中气体产物自身消耗的能量少，因而其能量利用率更高，发射能力更强。且燃料的获取比较容易，成本较低，同时该驱动方式不会产生有毒有害气体而造成环境污染。因此，反应气体爆轰驱动火炮是一种适应性优良、环境友好、高效的驱动技术，具有广泛的应用前景。
当采用反应气体爆轰驱动火炮进行实验时，需向火炮的反应室依次加注适当摩尔比的可燃气体、氧气及工质气体。实验中发现，当可燃气体和氧气加注完毕后，继续向反应室内加注工质气体时，加注速度过快可能会引起反应室内气体未被点火而提前反应形成爆轰，会对周边实验人员造成安全隐患。
因此，亟需一种反应气体爆轰驱动火炮在气体加注过程中的安全性评估方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法，能够定量评估火炮充气过程中的安全性状态。
本发明采用的技术方案如下：
一种反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法，包括以下步骤：
步骤一，获得反应室内气体压力-时间历程曲线；
步骤二，根据所述历程曲线标定可燃气体由稳定转向不稳定的阈值
，
为充入可燃气体和氧气后的气体压力，
为充入工质气体的实时压力，
和
分别代表开始充入工质气体后每一时刻的气体压力和气体压力变化率；
步骤三，利用反应室的内能变化量与所述阈值的比值来评估气体加注过程的安全性状态。
进一步地，安全性状态由安全容量系数
表示，
。
进一步地，将安全性状态分为两个区域，当
＞经验值，为加注条件安全区域；当
经验值，为加注条件不安全区域。
进一步地所述经验值为0.1。
进一步地，同一
下，工质气体不同的加注流量大小，对应不同的气体压力-时间历程曲线，对应不同的安全容量系数，建立工质气体加注流量大小与安全容量系数之间的定量关系。
有益效果：
1、本发明提出了反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法，采用该方法能够定量评估火炮充气过程中的安全性状态，有效避免气体加注过程中发生提前爆轰，有效遏止相应的安全隐患。
2、本发明可根据实际试验场地或工况对安全性状态判据进行调整，以适用于不同的安全需求。
3、本发明建立了工质气体加注流量大小与安全容量系数之间的定量关系，为实验人员进行安全性评估提供更为全面的数据支撑。
附图说明
图1为安全性评估方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
反应室内提前爆轰的物理机制进行分析如下，在加注工质气体的过程中，由于气瓶的气压是大于反应室的内部气压，反应室内部可燃气体被压缩，工质气体对可燃气体做功而致使其内能增大，当内能变化量超过一定阈值时，可燃气体和氧气之间的化学反应会被激活而提前爆轰。从以上分析得出，工质气体加注过程中可燃气体内能的增大量决定着可燃气体是否会提前爆轰。因此，可采用内能变化量与该阈值的比值去定量评估气体加注过程的安全性状态。本发明提供了一种反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法，如图1所示，步骤如下：
步骤一，在反应气体爆轰驱动火炮的反应室安装压力传感器和温度传感器，实时记录反应室内部气体压力和温度，获得气体压力和温度随时间的历程曲线。
步骤二，将压力-时间历程曲线进行相关数据处理，根据该历程曲线标定可燃气体由稳定转向不稳定的阈值C。C与温度和初始气压
相关，需要通过实验对C进行标定，在满足提前爆轰工况下，爆轰前气体压力和压力变化率的乘积沿气体压力路径上的积分，即：
步骤三，在气体的加注过程中，气体温度的变化很小且基本与外界温度相当，表明可燃气体从外界吸收的热量可以忽略不计，因此可燃气体内能的增加量等于工质气体对其的做功量。由热力学相关知识可知，工质气体对单位质量可燃气体做的功等于气体压强与气体比容变化量的乘积。由理想气体状态方程可知，气体的比容变化和压强的变化满足一定的比例关系。因此，工质气体加注过程中，可燃气体的内能变化可由式（2）中的积分表征。
其中，I为安全容量系数，I值越小代表加注安全性越差，当I等于0时，即代表可燃气体和氧气之间的化学反应将被激活。
根据安全容量系数，可将气体加注过程安全性状态分为两个区域，当I＞0.1，为加注条件安全区域；当
0.1为加注条件不安全区域。由此建立反应气体爆轰驱动火炮在气体加注过程中的安全性状态判据。0.1为经验值，划分区间可根据实际情况进行调整。
此外，同一初始气压
下，工质气体不同的加注流量大小，将对应不同的气体压力-时间历程曲线，也将对应不同的安全容量系数，从而建立工质气体加注流量大小与安全容量系数之间的定量关系。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，获得反应室内气体压力-时间历程曲线；
步骤二，根据所述历程曲线标定可燃气体由稳定转向不稳定的阈值
，
为充入可燃气体和氧气后的气体压力，
为充入工质气体的实时压力，
和
分别代表开始充入工质气体后每一时刻的气体压力和气体压力变化率；
步骤三，利用反应室的内能变化量与所述阈值的比值来评估气体加注过程的安全性状态。
2.如权利要求1所述的反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法，其特征在于，安全性状态由安全容量系数
表示，
。
3.如权利要求2所述的反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法，其特征在于，将安全性状态分为两个区域，当
＞经验值，为加注条件安全区域；当
经验值，为加注条件不安全区域。
4.如权利要求3所述的反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法，其特征在于，所述经验值为0.1。
5.如权利要求2-4任一项所述的反应气体爆轰驱动火炮的安全性评估方法，其特征在于，同一
下，工质气体不同的加注流量大小，对应不同的气体压力-时间历程曲线，对应不同的安全容量系数，建立工质气体加注流量大小与安全容量系数之间的定量关系。
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