CN117871813A - 一种热塑性炸药流动点火试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热塑性炸药流动点火试验装置，包括由矩形的基座、侧板A、侧板B、侧板C、侧板D和盖板组成的封闭式箱体，其中充填有炸药A；还包括击针、撞击帽和药筒，撞击帽、药筒均为回旋体结构，撞击帽为空心带帽螺钉，其较小直径段的一端开口，所述药筒为由圆柱段及圆锥段组成的整体空心结构；药筒中装填有炸药B，撞击帽中装填有火药；击针穿过所述撞击帽封闭端并进入所述火药中。还包括嵌入所述炸药A内部且位于同一截面上的传感器组合A、传感器组合B和传感器组合C，传感器组合A与传感器组合B位于同一直线上。本发明能够适用于高温条件下呈现流体性质的热塑性炸药，通过一次试验获得热塑性炸药粘滞流动点火试验参数。
Description
技术领域
本发明属于爆炸物性能参数实验技术领域，涉及一种热塑性炸药流动点火试验装置，主要用于研究炸药装药条件下的流动点火特性，可以为热塑性炸药粘滞流动点火特性提供技术支持。
背景技术
2021年北京理工大学张琪林等人开展155mm火炮发射平头试验弹侵彻混凝土靶板试验。计算了装药黏弹性变形和宏观裂纹损伤导致的温升。计算结果表明浇注PBX炸药在侵彻过载下发生大变形流动，部分装药从尾部缝隙挤出并发生了局部点火反应；侵彻过程中装药尾部会与药室底部发生高速碰撞，形成局部高压区，最高压力超过500MPa,装药尾部变形和损伤严重。装药尾部在碰撞和挤出时，温度会急剧升高，从而导致意外点火。西安近代化学研究所田轩等人利用现有的药柱落锤感度试验装置，研究了含AP炸药装药在剪切加载下的动态响应特性，验证了高速撞击左右下热塑性炸药塑性流动的特性。
综上所述，热塑性炸药高速流动存在粘滞摩擦加热点火，引起安全事故，然而现有技术存在如下两方面的问题：
(1)目前未见基于塑性流动点火机制的点火特性参数研究装置和方法，对热塑性炸药的塑性流动现象处于现象观测阶段，未实现参数量化表征；
(2)热塑性炸药塑性流动点火机制研究主要采用仿真计算手段，然而，仿真模型的建立主要是基于流体本构模型，模型的适用性未得到准确验证，对于弹药侵彻加热对炸药装药粘滞流动点火的研究处于空白状态。
热塑性炸药的流动点火是侵彻类炸药装药安全性研究面临的核心问题，试验获取高速流动点火特性参数对于校准仿真计算模型，预估侵彻类炸药装药的侵彻安全性具有重要的实际意义。
发明内容
本发明提供一种热塑性炸药流动点火试验装置，以解决现有技术中缺乏热塑性炸药的流动点火特性参数试验装置的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术解决方案予以实现：
一种热塑性炸药流动点火试验装置，包括由矩形的基座、侧板A、侧板B、侧板C、侧板D和盖板组成的封闭式箱体，其中，所述基座的厚度大于其余板；所述侧板C为加热板，所述侧板D为耐高温透明板；所述封闭式箱体中充填有炸药A；所述盖板中心位置设有通孔；
还包括击针、撞击帽和药筒，其中，所述撞击帽、药筒均为回旋体结构，所述撞击帽为空心带帽螺钉，其较小直径段的一端开口，所述药筒为由圆柱段及圆锥段组成的整体空心结构，其圆柱段开口且贯通连接了所述撞击帽的较小直径段，且其圆锥段经盖板中心位置的通孔进入所述炸药A内部，其圆柱段可拆卸地密封安装在盖板通孔内；所述药筒中装填有炸药B，撞击帽中装填有火药；所述击针穿过所述撞击帽封闭端并进入所述火药中。
还包括嵌入所述炸药A内部且位于同一截面上的传感器组合A、传感器组合B和传感器组合C，传感器组合A与传感器组合B位于同一直线上，传感器组合A位于药筒的中心轴延长线上，药筒的圆锥段的尖头端位于所述直线的中点处。
进一步的，所述传感器组合A、传感器组合B为三个传感器排成一行组成，传感器组合C由五个传感器排成一行组成。
进一步的，所述药筒的开口端和所述撞击帽的开口端通过螺纹固结。
进一步的，所述药筒带有外螺纹，所述盖板上通孔有匹配的内螺纹，两者螺接。
进一步的，所述撞击帽和药筒之间通过螺纹固结。
进一步的，所述药筒圆柱段为金属段，其圆锥段为非金属段。
进一步的，所述药筒的圆锥段的尖头端外壁开有预制孔和裂纹。
进一步的，所述火药为质量分数占比为8％～10％的六硝基砥、25％～30％的黑火药、15％～20％的硝化棉、40％～45％的RDX和3％～5％的塑型剂的混合物。
进一步的，药筒材质为有机玻璃或者硅橡胶或者改性聚乙烯，所述侧板D为钢化蓝宝石玻璃材质。
进一步的，所述药筒为薄壁结构，对于炸药量级不大于10g的情况，药筒壁厚不大于3mm。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
(1)本发明中，撞击帽、药筒均为回旋体结构，撞击帽为空心带帽螺钉，其较小直径段的一端开口，所述药筒为由圆柱段及圆锥段组成的整体空心结构，由击针、撞击帽和药筒组成了类似图钉式的火药驱动炸药结构，具有装配简便、试验效率高的优点。
(2)本发明中，撞击帽、药筒、炸药样品依次同轴排列装配，可采用落锤激发火药点火，便于利用现有条件，使得本试验装置具备较强的可推广性，并且试验过程具有远程操控，安全可靠。
(3)本发明中，利用火药燃烧产生的瞬态高压，较好地模拟了炸药意外点火过程中受到压力、火焰的双重作用，首次实现了基于塑性流动点火机制的点火特性参数表征，能够获取炸药试样发生点火的临界速度，为仿真计算模型的校准提供关键数据；
(4)本发明中，侧板C具有加热功能，能够模拟弹药侵彻加热过程对点火阈值的影响，透过蓝宝石玻璃能够观察裂纹、火焰演变规律，为深化反应机理认识提供了有效的技术途径。
(5)成本低，能够满足热塑性炸药粘滞流动点火参数测量需求，能够为炸药安全性设计提供实用化的量化数据。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的热塑性炸药流动点火试验装置的剖面图，1-炸药A；2-传感器组合A；3-基座；4-侧板A；5-传感器组合B；6-盖板；7-炸药B；8-火药；9-击针；10-撞击帽；11-药筒；12-传感器组合C；13-侧板B；14-侧板C、15-侧板D；
图2是速度测试图。
下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明。
具体实施方式
本发明的基本原理是：基于含能材料粘滞流动生热点火机制，利用瞬态超高压加热驱动结构，将试样瞬间加速至高速流动状态，高速流动的试样和静止试样发生碰撞，通过测量试样颗粒流动状态、温度变化规律、外观状态变化等参数综合评判试样的响应情况。
本发明给出的热塑性炸药流动点火试验装置，包括由矩形的基座3、侧板A4、侧板B13、侧板C14、侧板D15和盖板6组成的封闭式箱体，其中，所述基座3的厚度大于其余板；所述侧板C14为加热板，所述侧板D15为耐高温透明板；所述封闭式箱体中充填有炸药A1；所述盖板6中心位置设有通孔；
还包括击针9、撞击帽10和药筒11，其中，所述撞击帽10、药筒11均为回旋体结构，所述撞击帽10为空心带帽螺钉，其较小直径段的一端开口，所述药筒11为由圆柱段及圆锥段组成的整体空心结构，其圆柱段开口且贯通连接了所述撞击帽10的较小直径段，且其圆锥段经盖板6中心位置的通孔进入所述炸药A1内部，其圆柱段可拆卸地密封安装在盖板6通孔内；所述药筒11中装填有炸药B7，撞击帽10中装填有火药8；所述击针9穿过所述撞击帽10封闭端并进入所述火药8中。
还包括嵌入所述炸药A1内部且位于同一截面上的传感器组合A2、传感器组合B5和传感器组合C12，传感器组合A2与传感器组合B5位于同一直线上，传感器组合A2位于药筒11的中心轴延长线上，药筒11的圆锥段的尖头端位于所述直线的中点处。
本发明的工作原理如下：
本发明基于含能材料粘滞流动生热点火机制，利用瞬态超高压加热驱动结构，将试样瞬间加速至高速流动状态，高速流动的试样和静止试样发生碰撞，通过测量试样颗粒流动状态、温度变化规律、外观状态变化等参数综合评判试样的响应情况。具体的实现途径是：所述撞击帽10在落锤撞击下纵向快速移动并发生形变，推动击针9快速运动，从而激发火药8点火。在外力作用下，药筒11尖头端会快速瓦解，所述炸药B7沿着药筒11尖头端快速流动从而撞击炸药A1。传感器用于测量火炸药A1在撞击作用下的力学、化学响应。
优选的，所述传感器组合A2、传感器组合B5为三个传感器排成一行组成，传感器组合C12由五个传感器排成一行组成。阵列式温度或压力传感器，能够连续获取多个温度、压力数据，判断当地物质状态。
优选的，所述药筒11的开口端和所述撞击帽10的开口端通过螺纹固结。采用内嵌式螺纹连接，具有装配方便的优点，并且能够确保结构在火药的冲击左右下保持完整。
优选的，所述药筒11带有外螺纹，所述盖板6上通孔有匹配的内螺纹，两者螺接。能够快速装配，并且将药筒11固定在盖板6上。
优选的，所述撞击帽10和药筒11之间通过螺纹固结。采用内嵌式螺纹连接，具有装配方便的优点，并且能够确保结构在火药的冲击左右下保持完整。
优选的，所述药筒11圆柱段为金属段，具有较高的强度；其圆锥段为非金属段。金属段强度高，确保火药冲击作用下不发生明显破坏，圆锥段为非金属，能够允许高压推动的炸药B7发生运动。
优选的，所述药筒11的圆锥段的尖头端外壁开有预制孔和裂纹。在外力作用下，尖头端会快速瓦解，所述炸药B7沿着药筒11尖头端快速流动从而撞击炸药A1。传感器用于测量火炸药A1在撞击作用下的力学、化学响应。
击针9可以焊接或者螺纹固定。
优选的，所述火药8为质量分数占比为8％～10％的六硝基砥、25％～30％的黑火药、15％～20％的硝化棉、40％～45％的RDX和3％～5％的塑型剂的混合物。所述药筒11为薄壁结构，材质为有机玻璃或者硅橡胶或者改性聚乙烯，所述侧板D15为钢化蓝宝石玻璃材质，抗拉强度不小于5MPa。药筒11的壁厚需要根据试验装置的尺度进行设计。对于炸药量级不大于10g的情况，药筒11壁厚不大于3mm。
实施例1
本实施例给出的热塑性炸药流动点火试验装置，炸药A1药量10g，炸药厚度1cm，宽度10cm，长度15cm，整体设计为扁平结构有利于观察裂纹的扩展和火焰传播过程。基座3、侧板A4、盖板6、侧板B13、侧板C14、侧板D15都是长方体，所述基座3、侧板A4、盖板6、侧板B13、侧板C14、侧板D15构成了扁平长方体箱体。火药8是10％六硝基砥、25％黑火药、20％硝化棉、40％RDX、5％塑型剂的混合物，所述火药8采用挤注工艺成型。药筒11的材质为改性聚乙烯。侧板C14采用2mm粗细的电热丝，间隔2mm十字交叉排布，侧板D15采用蓝宝石钢化玻璃，蓝宝石钢化玻璃要求透光率大于99％，抗拉强度10MPa。本次试验将传感器阵列直接放置在蓝宝石玻璃内侧壁面，传感器组合A2选择粒子速度传感器。
图2是传感器组合A 2左边数第2、3颗传感器的速度测试曲线，提取这两个速度测试曲线的尖峰时刻，计算时间间隔t，代入这两支传感器的间隔距离s，计算当地物质运动速度，图中红色和黑色曲线都是粒子速度信号。T＝0.2ms,s＝2cm,计算得到粒子速度v＝10cm/ms。从图中能够明显能够看出，该测试曲线上升时间短，具有响应迅速的优势。
Claims (10)
1.一种热塑性炸药流动点火试验装置，其特征在于：包括由矩形的基座(3)、侧板A(4)、侧板B(13)、侧板C(14)、侧板D(15)和盖板(6)组成的封闭式箱体，其中，所述基座(3)的厚度大于其余板；所述侧板C(14)为加热板，所述侧板D(15)为耐高温透明板；所述封闭式箱体中充填有炸药A(1)；所述盖板(6)中心位置设有通孔；
还包括击针(9)、撞击帽(10)和药筒(11)，其中，所述撞击帽(10)、药筒(11)均为回旋体结构，所述撞击帽(10)为空心带帽螺钉，其较小直径段的一端开口，所述药筒(11)为由圆柱段及圆锥段组成的整体空心结构，其圆柱段开口且贯通连接了所述撞击帽(10)的较小直径段，且其圆锥段经盖板(6)中心位置的通孔进入所述炸药A(1)内部，其圆柱段可拆卸地密封安装在盖板(6)通孔内；所述药筒(11)中装填有炸药B(7)，撞击帽(10)中装填有火药(8)；所述击针(9)穿过所述撞击帽(10)封闭端并进入所述火药(8)中。
还包括嵌入所述炸药A(1)内部且位于同一截面上的传感器组合A(2)、传感器组合B(5)和传感器组合C(12)，传感器组合A(2)与传感器组合B(5)位于同一直线上，传感器组合A(2)位于药筒(11)的中心轴延长线上，药筒(11)的圆锥段的尖头端位于所述直线的中点处。
2.如权利要求1所述的热塑性炸药流动点火试验装置，其特征在于：所述传感器组合A(2)、传感器组合B(5)为三个传感器排成一行组成，传感器组合C(12)由五个传感器排成一行组成。
3.如权利要求1所述的热塑性炸药流动点火试验装置，其特征在于：所述药筒(11)的开口端和所述撞击帽(10)的开口端通过螺纹固结。
4.如权利要求1所述的热塑性炸药流动点火试验装置，其特征在于：所述药筒(11)带有外螺纹，所述盖板(6)上通孔有匹配的内螺纹，两者螺接。
5.如权利要求1所述的热塑性炸药流动点火试验装置，其特征在于：所述撞击帽(10)和药筒(11)之间通过螺纹固结。
6.如权利要求1所述的热塑性炸药流动点火试验装置，其特征在于：所述药筒(11)圆柱段为金属段，其圆锥段为非金属段。
7.如权利要求1所述的热塑性炸药流动点火试验装置，其特征在于：所述药筒(11)的圆锥段的尖头端外壁开有预制孔和裂纹。
8.如权利要求1所述的热塑性炸药流动点火试验装置，其特征在于：所述火药(8)为质量分数占比为8％～10％的六硝基砥、25％～30％的黑火药、15％～20％的硝化棉、40％～45％的RDX和3％～5％的塑型剂的混合物。
9.如权利要求1所述的热塑性炸药流动点火试验装置，其特征在于：所述药筒(11)材质为有机玻璃或者硅橡胶或者改性聚乙烯，所述侧板D(15)为钢化蓝宝石玻璃材质。
10.如权利要求1所述的热塑性炸药流动点火试验装置，其特征在于：所述药筒(11)为薄壁结构，对于炸药量级不大于10g的情况，药筒(11)壁厚不大于3mm。
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