CN212340814U - 用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮，一体式空气炮包括从左至右依次相连接的高压气室、进气管、加热装置、炮管及其每个部分的支撑结构，能够确保试样飞行姿态和试验温度的可调、可控和可测，单次试验的成本低、效率高，设备结构简单紧凑，试验稳定性和可靠性高，并且能够有效提高试验效率，降低试验成本。相较于分离式实验装置，本实用新型提供的设备能够在加热试样后即时进行发射，不需要精确计算和控制降温时间差，也不需要根据上述时间差来控制试样的发射。相较于分离式设备，本实用新型不需要设计结构复杂的弹载加热装置，设备具有更加简单可靠的结构，能够快速获得试验结果。
Description
技术领域
本实用新型涉及结构高温高速冲击动力学领域，具体为一种用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮。
背景技术
空气炮是常见的一种加载设备，通常用于在室温条件下研究产品的中低速碰撞动力学响应特性。随着科技和社会的进步，产品在不同温度下高速碰撞特性日益受到关注，逐渐成为产品研制过程中不可或缺的技术指标之一，如各种外空产品再入大气层时，与大气高速摩擦，致使产品的温度急剧升高，当其缓冲系统出现异常而使得产品与地面高速碰撞，此时产品高温条件下的抗冲击性能尤为重要；再如深入准确认识材料在高温条件下的高速变形特性，对于高速冲压成型的加工具有非常重要的作用等。为确保正确认识产品和材料高温高速碰撞特性，必须建立相关实验技术对其开展研究。
国内外对此开展了一定的研究，如美国开发的同位素能源撞击试验机(IsotopeFuelsImpact Tester，IFIT)将电炉集成在试验机上，主要采用电子束进行加热。在利用火箭橇开展整个GPHS-RTG高温高速撞击试验中，采用电炉单独加热GPHS-RTG，然后解除电炉，远程控制将GPHS-RTG安装在火箭橇上进行试验；或者首先将GPHS-RTG固定在火箭橇轨道上，利用电炉加热试样至设定温度后移除电炉，然后采用“逆弹道”的方法进行试验。中国原子能科学研究院将试样和电炉集成(CN 203849118U)，当试样被加热到试验温度时，试样与电炉同时与靶体发生碰撞。申请者也开发了“用于研究结构高温高速撞击响应的分离式实验设备(CN207976265U)”以及配套的“用于研究结构高温高速撞击响应的弹载加热装置(CN209589724U)”和“用于空气炮炮管与弹托分离器同轴定位的对心装置(CN208382976U)”，为实现产品的高温高速撞击响应特性的研究和测试提供了技术支持。
美国开发的两种试验方法技术中的结构复杂，具体细节未见公开公布，难以在工程实际中应用和推广。中国原子能科学研究院研发的装置将试样包裹在加热装置之中，无法控制和检测试样的碰撞状态，难以拓展应用到研究结构高温高速撞击响应、特别是不同姿态下的动力学响应。申请者前期实用新型的分离式实验装置的实验周期长、实验成本和能耗都较高，为了提高实验效率、降低实验成本和能耗，申请者开发了本项目。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮，能够在确保试样飞行姿态和试验温度的可调、可控和可测的同时解决高温高速碰撞试验中实验效率和实验成本等问题。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于研究结构高温高速撞击响应的一体式空气炮,其特征在于，一体式空气炮主要分为四大部分，包括从左至右依次相连接的高压气室、进气管、加热装置、炮管及其每个部分的支撑结构；所述加热装置两端从内向外分别是隔热层、隔热板和端盖，左右分别与进气管和炮管相连。
进一步的，所述加热装置从内向外包括内炮管、炉芯、中部隔热层和外壳体
进一步的，所述隔热板和端盖之间安装有卡套式锁紧螺母，利用卡套式锁紧螺母可将隔热板打开或锁紧。
进一步的，所述隔热板由隔热板手柄和隔热主板连接而成，所述卡套式锁紧螺母安装在隔热板手柄上。
进一步的，所述进气管左端接口与高压气室的出口匹配，右端与加热装置接口匹配。
进一步的，所述外壳体和端盖之间安装有密封圈。
进一步的，内炮管由耐高温不锈钢制成；炉芯包括通过接线盒与外界电源相连的电炉丝。
进一步的，装置还包括热电偶，热电偶垂直于加热装置轴线安装于其中部靠左的位置。
进一步的，炮管的左侧与加热装置右侧接口匹配。
本实用新型的有益效果是：
高压气室能够将气体压缩到指定气压，然后快速释放气体，进气管连接空气炮的高压气室与加热装置，实现空气炮中的高压气体流入加热装置以驱动加热后的试样，炮管利用高压气体的快速膨胀，约束试样以初始的姿态开始向炮口方向快速运动实现加速试样，以确定的姿态运动。相较于加热部分和空气炮分离的分离式实验装置(CN201810219362.8)，本实用新型所提供的设备为一套将加热装置和空气炮集成为一体的实验装置，能够确保试样飞行姿态和试验温度的可调、可控和可测，单次试验的成本低、效率高，设备结构简单紧凑，试验稳定性和可靠性高。相较于分离式实验装置(CN201810219362.8)，本实用新型提供的设备能够在加热试样后即时进行发射，不需要精确计算和控制降温时间差，也不需要根据上述时间差来控制试样的发射。相较于分离式设备(CN201810219362.8)，本实用新型不需要设计结构复杂的弹载加热装置，设备具有更加简单可靠的结构，能够快速获得试验结果。
附图说明
图1为本实用新型一体式高温空气炮的剖面示意图；
图2是进气管的剖面示意图；
图3是加热装置的剖面示意图；
图4是左端盖的剖面示意图
图5是左隔热板的剖面示意图；
图6是右端盖的剖面示意图；
图7是右隔热板的剖面示意图；
图8是本炮管的剖面示意图；
图9是高温空气炮组装后的剖面示意图；
图10是加热状态的剖面示意图；
图11是发射试样某时刻的剖面示意图。
图中：1-高压气室；2-进气管，3-加热装置，4-炮管，5-左端盖，6-左隔热板，7-接线盒，8-热电偶，9-外壳体，10-中部隔热层，11-右端隔热层，12-卡套式锁紧螺母，13-右隔热板，14-右端盖，15-炉芯，16-内炮管，17-密封圈，18-左隔热层，19-左隔热板手柄，20-左隔热主板，21-右隔热板手柄，22-右隔热主板，23-试样。
具体实施方式
下面进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
结合图1至图11所示，本实用新型进气管2左端与空气炮的高压气室1相连，右端与加热装置3左端相连，炮管4左端与加热装置3右端相连；加热装置3中心是内炮管16，由此向外依次是炉芯15、中部隔热层10和外壳体9；在炉芯15和中部隔热层10的两端分别是左隔热层18和右隔热层11，外壳体9的两端分别是左端盖5和右端盖14，外壳体9和左端盖5、右端盖14之间分别有密封圈17，在左端盖5和右端盖14的内部分别安装有左隔热板6和右隔热板13，左隔热板6和右隔热板13与左端盖5和右端盖14的之间分别安装有卡套式锁紧螺母12；电炉丝嵌套在炉芯15中，通过安装在外壳体9上的接线盒7与外界交流电源连接，热电偶8垂直于加热装置3轴线安装于其中部靠左的位置。
其中，左隔热板6的安装过程是先将左隔热主板20安装在左端盖5中部的圆孔位置，然后通过左端盖5厚度方向上的小孔安装左隔热板手柄19，旋转左隔热板手柄19与左隔热主板20连接，并在左隔热板手柄19另一端安装卡套式锁紧螺母12。
右隔热板13的安装过程是先将右隔热主板22安装在右端盖14中部的圆孔位置，然后通过右端盖14厚度方向上的小孔安装右隔热板手柄21，旋转右隔热板手柄21与右隔热主板22连接，并在右隔热板手柄21另一端安装卡套式锁紧螺母12。
高压气室主要是将气体压缩到指定气压，然后快速释放气体。进气管主要用于连接空气炮的高压气室与加热装置，实现空气炮中的高压气体流入加热装置以驱动加热后的试样。内炮管由耐高温不锈钢制成，主要用于支撑和加速试件，并传递热量给试样；炉芯包括通过接线盒与外界电源相连的电阻丝，主要用于产生热量加热；隔热层主要用于减少热量损失以提高加热试样的速度；左隔热板和右隔热板可以减少热量从进气管和炮管散失；外壳体和端盖主要用于支撑上述结构。炮管主要是利用高压气体的快速膨胀，约束试样以初始的姿态开始向炮口方向快速运动实现加速试样，以确定的姿态运动，炮管的左侧与加热装置右侧接口匹配。
本实用新型的工作原理如下：
图9、图10和图11表达出了一体式高温空气炮弹载各部组件的相对位置关系图；
一体式高温空气炮利用电炉丝及其各部件的支撑和隔热功能实现试样23在内炮管16中的加热。具体的实施过程是：将试样23放置于内炮管16靠近热电偶8的位置，关闭左隔热板6和右隔热板13(图10)，通过接线盒7通电加热，同时利用热电偶8测量加热温度并反馈加热控制信号；当试样加热至试验温度时，打开左隔热板6和右隔热板13(图11)，并利用卡套式锁紧螺母12分别将左隔热板6和右隔热板13锁紧，断电停止加热；在空气炮中的高压气室中充气至设定气压，释放气体，驱动试样19高速运动，图11是某时刻试样的运动状态。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮，其特征在于，一体式空气炮主要分为四大部分，包括从左至右依次相连接的高压气室、进气管、加热装置、炮管及其每个部分的支撑结构；所述加热装置两端从内向外分别是隔热层、隔热板和端盖，左右分别与进气管和炮管相连。
2.根据权利要求 1 所述的用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮，其特征在于，所述加热装置从内向外包括内炮管、炉芯、中部隔热层和外壳体。
3.根据权利要求 1 或 2 所述的用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮，其特征在于，所述隔热板和端盖之间安装有卡套式锁紧螺母，利用卡套式锁紧螺母可将隔热板打开或锁紧。
4.根据权利要求 3 所述的用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮，其特征在于，所述隔热板由隔热板手柄和隔热主板连接而成，所述卡套式锁紧螺母安装在隔热板手柄上。
5.根据权利要求 1 或 2 所述的用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮，其特征在于，所述进气管左端接口与高压气室的出口匹配，右端与加热装置接口匹配。
6.根据权利要求 2 所述的用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮，其特征在于，所述外壳体和端盖之间安装有密封圈。
7.根据权利要求 2 所述的用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮，其特征在于，内炮管由耐高温不锈钢制成；炉芯包括通过接线盒与外界电源相连的电炉丝。
8.根据权利要求 1 所述的用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮，其特征在于，装置还包括热电偶，热电偶垂直于加热装置轴线安装于其中部靠左的位置。
9.根据权利要求 1 所述的用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮，其特征在于，炮管的左侧与加热装置右侧接口匹配。
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| CN111238921A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-06-05 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 用于研究结构高温高速撞击响应的一体式高温空气炮 |
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