复合固体推进剂烤燃实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于含能材料热安全性研究领域，具体涉及一种复合固体推进剂烤燃实验
目.0
【背景技术】
[0002]现代战争对武器弹药的热安全性要求越来越高，烤燃实验是分析与评估含能材料在遇到外界热刺激时热安全性的一种常用方法，根据实验结果可以对弹药的制造、存储、运输和使用条件提供建议。
[0003]Pakulak等人在Minutes of 21th Department of Defense Explosives SafetyBoard Explosives Safety Seminar, Houston( 1984)中介绍了一种小型烤燃弹实验(Small Combust1n Bomb Test, SCB Test)装置，实验药量为20g，成为研究炸药烤燃特性的标准实验。Cheng等人在The 24th Internat1nal Congress on High-SpeedPhotography and Photonics , Sendai , Japan(2001)中将光纤干涉的实验方法应用于一维热爆炸(One-Dimens1nal Thermal Explos1n, 0DTX)试验测试中，通过分析干涉信号获得烤燃过程中光纤长度变化，从而得到爆轰管直径随时间的变化。目前，烤燃实验多数基于ODTX和SCB实验装置，即将含能材料直接嵌入按一定要求设计的壳体中，在两端加夹板和螺栓进行约束，然后利用外界热源对其加热。但是，采用ODTX和SCB实验装置在进行火烧实验时，即以有机燃料，如酒精、柴油等燃烧产生的火焰为加热介质，直接对被测样品进行加热的方式，存在样品外壁受热不均的缺点，容易产生局部高温。若采用电加热方式，即将电加热丝缠绕在被测样品表面对其加热，虽然可以较准确的控制外壁的升温速率，但是成本较高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种复合固体推进剂烤燃实验装置，在满足经济性的前提下，解决火烧实验中样品外壁受热不均的问题，用于复合固体推进剂的快速与慢速烤燃特性研究。
[0005]实现本发明目的的技术解决方案为:一种复合固体推进剂烤燃实验装置，包括支架、样品载体、热电偶、计算机、数据采集器、燃料池和摄像机;装有样品的样品载体通过支架悬挂在燃料池正上方，样品载体上设有若干个热电偶，所述热电偶分别与数据采集器连接，计算机分别与数据采集器和摄像机连接，摄像机设置在样品载体侧方，用于拍摄烤燃过程。
[0006]所述样品载体包括套筒、钢管本体、第一端盖和第二端盖;钢管本体两端分别设有第一端盖和第二端盖，套筒设置在钢管本体外壁，两者滑动配合，钢管本体任意一端外壁设有凸块，套筒对应端内壁设有与所述凸块配合的凹槽，用于限位;样品设置在钢管本体内。
[0007]所述套筒外壁上均匀分布至少两个螺纹孔，所述热电偶通过螺钉与螺纹孔固连。
[0008]所述第二端盖上设有若干个通孔，若干个热电偶设置在钢管本体内，用于测量样品不同位置的温度，热电偶通过导线与数据采集器连接，所述导线穿过通孔。
[0009]所述第一端盖和第二端盖均为环氧树脂板。
[0010]本发明与现有技术相比，其显著优点在于:(I)通过调节样品载体与燃料池的高度，较方便的对复合固体推进剂快速与慢速烤燃特性进行研究；(2)套筒与钢管本体采用滑动配合，使样品外壁受热较均匀；(3)样品载体外壁设有螺纹孔和通孔，便于热电偶的固定；
(4)结构简单，操作方便，成本更低。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的复合固体推进剂烤燃实验装置结构示意图。
[0012]图2为本发明的样品载体结构放大图。
[0013]图3为本发明的钢管本体侧视图。
[0014]图4为本发明实施例1中各特征点温度随时间的变化曲线图，其中图(a)为55mm高度下各特征点温度随时间的变化曲线图，图(b)为150_高度下各特征点温度随时间的变化曲线图。
【具体实施方式】
[0015]
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0016]结合图1，一种复合固体推进剂烤燃实验装置，包括支架1、样品载体2、热电偶3、计算机4、数据采集器5、燃料池6和摄像机7;装有样品的样品载体2通过支架I悬挂在燃料池6正上方，样品载体2上设有若干个热电偶3，所述热电偶3分别与数据采集器5连接，计算机4分别与数据采集器5和摄像机7连接，摄像机设置在样品载体2侧方，用于拍摄烤燃过程。
[0017]结合图2和图3，所述样品载体2包括套筒2-1、钢管本体2-3、第一端盖2-2和第二端盖2-7;钢管本体2-3两端分别通过第一端盖2-2和第二端盖2-7密封，钢管本体2_3、第一端盖2-2和第二端盖2-7共同构成样品腔，套筒2-1设置在钢管本体2-3外，两者滑动配合，钢管本体2-3任意一端外壁设有凸块2-5，套筒2-1对应端内壁设有与所述凸块2-5配合的凹槽，用于限位，防止滑落;样品设置在钢管本体2-3内(即样品腔内)。
[0018]由于热电偶3易损坏，为便于固定，在所述套筒2-1外壁上均匀分布至少两个螺纹孔2-4，所述热电偶3通过螺钉与螺纹孔2-4固连。
[0019]所述第二端盖2-7上设有若干个通孔2-6，若干个热电偶3设置在钢管本体2-3内(即样品腔内)的样品中，用于测量样品不同位置的温度，热电偶3通过导线与数据采集器5连接，所述导线穿过通孔2-6。
[0020]所述第一端盖2-2和第二端盖2-7均为环氧树脂板。
[0021 ]所述燃料池6内设有燃料，燃料燃烧，改变样品环境温度。
[0022]工作过程:
将预先处理好的样品载体2通过支架I，悬挂在燃料池6正上方一定高度，燃料燃烧时，环境温度升高，导致样品载体2中的样品内部各点温度随之升高，由热电偶3测量温度，数据采集器5采集热电偶3的温度，同时通过摄像机7对烤燃过程进行拍摄，然后将烤燃过程和温度数据一同传到计算机4中，从而可以得到烤燃过程中样品内各特征点温度随时间的变化曲线，以便对复合固体推进剂的烤燃特性进行分析。实验通过调节样品载体2与燃料池6平面的高度，从而改变外界对样品表面的加热速率。
[0023]实施例1
分别在样品外壁、样品内部中心安装热电偶3，套筒2-1外壁对称开有2个螺纹孔，在所述螺纹孔内安装热电偶3，用于测量钢管本体2-3外壁的温度，所述热电偶3共计4个。
[0024]结合图1?图4，以ΑΡ/Η?ΤΒ复合固体推进剂为研究对象，其尺寸为Φ 8 X 20mm，推进剂四周包覆Imm厚的硅橡胶绝热材料，第一端盖2-2和第二端盖2-7的尺寸均为Φ 10 X 2mm，采用环氧树脂板。套筒2-1的外径为24mm，长为26mm，厚为3mm;钢管本体2-3的外径为18mm，长为26_，厚为4_。热电偶3采用K型镍铬-镍硅热电偶，利用数据采集器5和摄像机7记录温度变化与烤燃过程。实验采用酒精燃料燃烧火焰作为外界热源。
[0025]实验前，首先将AP/HTPB复合固体推进剂切割打磨制成规定尺寸，接着在推进剂外表面涂上硅橡胶材料，装入圆柱形钢管本体2-3内，两端面分别用第一端盖2-2和第二端盖2-7密封，再将钢管本体2-3嵌入套筒2-1内。然后通过第二端盖2-7上的通孔和套筒2-1上的螺钉孔2-4将热电偶3固定在相应位置，低温烘干后即可进行实验。
[0026]实验开始时，先打开数据采集器5采集当前温度，观察热电偶3是否正常工作，一切正常后，打开摄像机7，将酒精倒入燃料池6中点燃，测量开始。观察温度变化曲线与摄像画面，推进剂在热作用下出现爆燃或者燃烧现象时即发生了烤燃响应，本次实验结束，将数据保存。然后将事先准备好的另一个样品载体2悬挂在燃料池6正上方，改变样品载体2与燃料池6平面的高度，即改变加热速率，重复上述过程。图4给出了两种高度下的实验结果，图4(a)为55mm高度下的温度变化曲线，图4(b)为150mm高度下的温度变化曲线。从图中可以看出，当高度为55mm时，AP/HTPB推进剂首先在样品外壁发生烤燃响应，即快速烤燃响应，自着火温度为232.0°C，着火延迟期为195.0s;当高度为150mm时，ΑΡ/Η?ΤΒ推进剂首先在样品内部中心发生烤燃响应，即慢速烤燃响应，着火温度为255.9°C，着火延迟期为1281.5s。
[0027]本发明利用燃料火焰作为热源，通过调节火焰与样品载体2的高度来控制加热速率，通过在钢管本体2-3外设置套筒2-1，使得样品外壁面受热较均匀，且便于固定热电偶3，与国内外同类装置相比，结构简单，操作方便，成本更低。
【主权项】
1.一种复合固体推进剂烤燃实验装置，其特征在于:包括支架(I)、样品载体(2)、热电偶(3)、计算机(4)、数据采集器(5)、燃料池(6)和摄像机(7);装有样品的样品载体(2)通过支架(I)悬挂在燃料池(6)正上方，样品载体(2)上设有若干个热电偶(3)，所述热电偶(3)分别与数据采集器(5)连接，计算机(4)分别与数据采集器(5)和摄像机(7)连接，摄像机设置在样品载体(2)侧方，用于拍摄烤燃过程。2.根据权利要求1所述的复合固体推进剂烤燃实验装置，其特征在于:所述样品载体(2)包括套筒(2-1)、钢管本体(2-3)、第一端盖(2-2)和第二端盖(2-7);钢管本体(2-3)两端分别设有第一端盖(2-2)和第二端盖(2-7)，套筒(2-1)设置在钢管本体(2-3)外壁，两者滑动配合，钢管本体(2-3)任意一端外壁设有凸块(2-5)，套筒(2-1)对应端内壁设有与所述凸块(2-5)配合的凹槽，用于限位;样品设置在钢管本体(2-3)内。3.根据权利要求2所述的复合固体推进剂烤燃实验装置，其特征在于:所述套筒(2-1)外壁上均匀分布至少两个螺纹孔(2-4)，所述热电偶(3)通过螺钉与螺纹孔(2-4)固连。4.根据权利要求2所述的复合固体推进剂烤燃实验装置，其特征在于:所述第二端盖(2-7)上设有若干个通孔(2-6)，若干个热电偶(3)设置在钢管本体(2-3)内，用于测量样品不同位置的温度，热电偶(3)通过导线与数据采集器(5)连接，所述导线穿过通孔(2-6)。5.根据权利要求2所述的复合固体推进剂烤燃实验装置，其特征在于:所述第一端盖(2-2)和第二端盖(2-7)均为环氧树脂板。
【专利摘要】本发明公开了一种复合固体推进剂烤燃实验装置，包括支架、样品载体、热电偶、计算机、数据采集器、燃料池和摄像机；装有样品的样品载体通过支架悬挂在燃料池正上方，样品载体上设有若干个热电偶，所述热电偶分别与数据采集器连接，计算机分别与数据采集器和摄像机连接，摄像机设置在样品载体侧方，用于拍摄烤燃过程。在满足经济性的前提下，解决了火烧实验中样品外壁受热不均的问题，对复合固体推进剂的快速与慢速烤燃特性进行研究。
【IPC分类】G01N25/22, G01N25/02
【公开号】CN105675643
【申请号】CN201610041978
【发明人】余永刚, 杨后文, 李文凤, 薛晓春, 叶锐
【申请人】南京理工大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月21日