一种超高速弹药喉衬烧蚀性能测试试验釜的制作方法

本发明属于弹药领域，涉及一种高温高压试验釜，具体涉及一种用于超高速弹药喉衬在高温高压富氧条件下烧蚀性能测试的试验釜。

背景技术

为最大限度的模拟超高速飞行的弹箭在飞行过程中产生严酷的烧蚀现象，获得喷管喉衬的烧蚀特性，分析其金属燃烧特点，进而指导喷管喉衬的选型，需要设计一台能够承受高温高压，具有耐腐蚀性，且可以实时检测试验过程中的温度、压力变化的试验釜。目前的试验釜虽然具备一些高压密封、耐高温、耐腐蚀及视窗观察等技术，但均存在一些问题。

发明专利cn107175046a及实用新型专利cn206152767u各公开了一种高压釜的结构，其中发明专利cn107175046a通过釜身与釜盖上相互配合的凸台进行固定，通过定位板进行定位，通过密封圈进行密封；实用新型专利cn206152767u通过螺纹对釜身与釜盖进行固定和脱开，同样通过密封圈进行密封。以上两种方法若实现自动开合均存在设备复杂，可靠性差等问题，且若釜内压力超高，釜盖不能快速脱开。发明专利cn106597034a公开了一种用于高温高压釜电极引线装置，该装置主要通过螺纹将引线装置与釜体连接，引线装置内部通过密封圈和绝缘圈对电极进行绝缘和密封。该方法着重关注了对引线和电极的降温处理，但是却引入了复杂的引线装置，对釜体的自动开合有所影响。

发明专利cn106198372a公开了一种耐腐蚀高温高压釜系统，该系统主要通过在不锈钢釜体内增加纯镍内衬来增加釜体的耐温和耐腐蚀性，但是纯镍内衬的加工难度大，成本高，且更换困难。

实用新型专利cn206177464u公开了一种高安全性的红外视窗及其于该红外视窗的红外测温系统，该系统利用螺母和法兰对红外玻璃进行固定，通过防震垫片对玻璃进行保护。但是该发明能承受的压力有限，且红外测温的准确性不高，并未对视窗在釜中的位置进行研究。

综上所述，目前现有的关于高温高压釜密封、耐温耐腐蚀、视窗部分的技术存在以下缺点：(1)釜身和釜体自动开合机构繁琐或不具备自动开和功能，且密封的结构不适用于测试中要求频繁打开取样的要求；(2)没有一种可以易清理、易更换的耐温耐腐蚀装置；(3)没有对高温高压釜内视窗的位置及厚度等进行系统研究。因此需要开发一种能够承受高温、高压、耐腐蚀且开合方便的试验釜，以便在此试验釜中模拟喷管喉衬实际的烧蚀情况。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于开发一种能够承受高温、高压、富氧并耐腐蚀的试验釜。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种超高速弹药喉衬烧蚀性能测试试验釜，其特征在于包括：固定釜、涂层、红外视窗、高速摄像视窗、移动釜、密封圈；其中所述涂层嵌套于固定釜内表面；所述红外视窗、高速摄像视窗位于固定釜侧壁面，均通过螺栓与法兰连接；所述固定釜与移动釜外部需要增加开合、加压装置来实现固定釜和移动釜之间的开合连接，所述开合加压装置可采用液压、电机等形式，所述固定釜和移动釜之间由锥面进行定位和密封；所述固定釜与移动釜外缘有飞边，其中移动釜飞边上端面开有环形凹槽，所述密封圈放置于凹槽内。

上述超高速弹药喉衬烧蚀性能测试试验釜，所述固定釜由不锈钢锻造而成，壁厚应根据试验釜要求的氧气压力进行计算，但需要考虑试验釜内燃烧生热造成的压力升高；所述固定釜内表面镀铜，由于喉衬多采用不锈钢、高温合金或其他惰性金属等材料制成，这些材料在燃烧过程中会产生高温火焰，对固定釜产生烧蚀作用，影响固定釜使用寿命，铜具有良好的导热热性和耐腐蚀性，因此内表面镀铜后可大幅降低高温火焰的影响；所述固定釜内壁面下端口开有锥面，便于固定釜和移动釜的定位和密封。

上述超高速弹药喉衬烧蚀性能测试试验釜，所述涂层为三元乙丙材料，由于金属材料在燃烧过程中产生高温火焰，同时燃烧釜内需要经过多次的加热、点火及一定时间的燃烧，要求固定釜内壁必须能够承载长时间的高温，内表面镀铜后能够将短期高温迅速导出，但若长时间的高温炙烤则会影响镀铜质量，进而影响固定釜内表面，三元乙丙可耐高温火焰烧蚀达40min以上，并且具有耐腐蚀性；所述涂层为可更换式，经过20次试验需要更换一次。

上述超高速弹药喉衬烧蚀性能测试试验釜，所述红外视窗和高速摄像视窗夹角为120°，高压环境下釜内应力集中会造成固定釜的强度薄弱点，在高压条件下视窗夹角为120°时釜内的应力集中值最小；所述红外视窗，材料为蓝宝石，其红外透过性好，视窗厚度应根据试验釜要求的氧气压力进行计算，可耐受温度为1200℃；所述高速摄像视窗材料为锆石晶体，其可见光透过率良好，视窗厚度应根据试验釜要求的氧气压力进行计算。

上述超高速弹药喉衬烧蚀性能测试试验釜，所述移动釜由加热点火装置、收集盘、陶瓷底座和移动釜盖组成；所述加热点火装置、收集盘均固定于所述陶瓷底座上；所述加热点火装置由陶瓷支架、电磁铁、陶瓷杠杆、导线、陶瓷夹、陶瓷夹导轨组成；所述收集盘位于陶瓷夹的正下方；所述陶瓷底座为圆柱形，中心开有四个圆孔，用于导线的穿过，放置在移动釜盖内；所述移动釜盖为不锈钢锻造而成，厚度应根据试验釜要求的氧气压力进行计算，但需要考虑试验釜内燃烧生热造成的压力升高；所述移动釜盖底部有四个圆形通孔，与所述陶瓷底座的四个圆孔对中，导线从所述移动釜盖下部穿过通孔进入所述试验釜内，导线与移动釜盖之间有两级密封，密封材料须满足使用温度在250℃以上，燃点在500℃以上，软化温度200℃以上，邵氏硬度在60hd以上，且为电绝缘材料；所述移动釜盖顶部有圆锥形凸台，便于固定釜和移动釜的定位和密封。

上述超高速弹药喉衬烧蚀性能测试试验釜，所述密封圈采用橡胶、铜质或不锈钢材质，材料根据试验釜的设计压力进行选择，橡胶密封圈可承载最大压力为10mpa，铜质密封圈最大可承载压力为30mpa，不锈钢材质可承载压力达40mpa以上，每经过20次试验需要更换一次。

与现有技术相比，本发明的优点是：能够承受高温、高压、耐腐蚀且开合方便。该优点的实现是依靠以下三方面的技术：(1)分为固定釜和移动釜两部分，通过外接动力实现自动开合和加压，移动釜和固定釜接触面通过锥面进行定位，保证在一定位置偏查的情况下移动釜和固定釜能够顺利闭合，通过密封圈和锥面双重密封保证试验釜能够承受最大40mpa的压力；(2)在固定釜内表面镀铜，并且在固定釜内表面进行三元乙丙涂层，易清理、易更换，且耐温耐腐蚀；(3)在固定釜上有红外视窗和高速摄像视窗，在高压条件下视窗夹角为120°时釜内的应力集中值最小，同时为了保证红外视窗对红外线很好的透过性及高速摄像视窗的耐温和耐压，红外视窗的材料为蓝宝石，高速摄像视窗材料为锆石晶体。

附图说明

图1：超高速弹药喉衬烧蚀性能测试试验釜内部结构示意图。

图中1.移动釜、移动釜盖，2.电磁铁，3.陶瓷支架，4.加热点火装置、陶瓷杠杆，5.红外视窗，6.固定釜，7.陶瓷夹导轨，8.陶瓷夹，9.导线，10.涂层，11.高速摄像视窗，12.收集盘，13.锥面、圆锥凸台，14.密封圈，15.陶瓷底座，16.通孔。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

请参阅图1，本发明的一种超高速弹药喉衬烧蚀性能测试试验釜，1为移动釜、5为红外视窗、6为固定釜、10为涂层、11为高速摄像视窗、14为密封圈、15为数据获取系统。

实施例1

此实施例中所述超高速弹药喉衬烧蚀性能测试试验釜，其主要用于w、mo、ta、nb、re等金属的点燃，工作压力为0-10mpa，加热的温度范围为0-1600℃。

经过计算，若w、mo、ta、nb、re等金属的金属样条完全燃烧后试验釜内压力最高可升至36mpa，因此试验釜的设计压力为40mpa，釜内直径为200mm，釜内高度为200mm。固定釜6的壁厚根据计算为42mm，上封盖的厚度为42mm；移动釜1厚度为50mm。

请参阅图1，所述固定釜6内表面有涂层11，由于弹药喉衬烧蚀产生的多为金属氧化物，因此每次试验结束需对涂层11进行擦拭，经过20次试验更换一次。

请参阅图1，所述固定釜6侧壁面开有红外视窗5和高速摄像视窗11；红外视窗5材料为蓝宝石，直径为50mm，视窗厚度为50mm；高速摄像视窗11，材料为锆石晶体，视窗直径为50mm，视窗厚度为30mm；视窗夹角为120°。

请参阅图1，所述移动釜盖1为不锈钢锻造而成，厚度为50mm。

请参阅图1，所述密封圈14采用不锈钢材质，由于本实施例中最大压力为36mpa，因此，密封圈14经过20次试验需要进行更换。

本实施固定釜6与移动釜1外部采用液压装置进行开合和加压。在试验过程中液压装置驱动移动釜1移动，通过锥面13进行定位，当固定釜6与移动釜1即将接触时，密封圈14开始变形，直到液压装置的输出压力达到工作压力。

实施例2

此实施例中所述超高速弹药喉衬烧蚀性能测试试验釜，其主要用于w、mo、ta、nb、re等金属的点燃，工作压力为0-5mpa，加热的温度范围为0-1600℃。

经过计算，若w、mo、ta、nb、re等金属的金属样条完全燃烧后试验釜内压力最高可升至24mpa，因此试验釜的设计压力为28mpa，釜内直径为200mm，釜内高度为200mm。固定釜6的壁厚根据计算为30mm，上封盖的厚度为30mm；移动釜1厚度为35mm。

请参阅图1，所述固定釜6内表面有涂层11，由于弹药喉衬烧蚀产生的多为金属氧化物，因此每次试验结束需对涂层11进行擦拭，经过20次试验更换一次。

请参阅图1，所述固定釜6侧壁面开有红外视窗5和高速摄像视窗11；红外视窗5材料为蓝宝石，直径为50mm，视窗厚度为35mm；高速摄像视窗11，材料为锆石晶体，视窗直径为50mm，视窗厚度为20mm；视窗夹角为120°。

请参阅图1，所述密封圈14采用铜质密封圈，所述导线9与移动釜盖1之间采用聚醚醚酮进行密封。

本实施例移动釜1外部采用电机驱动丝杠对移动釜1进行开合和加压。在试验过程中电机驱动移动釜1移动，通过锥面13进行定位，当固定釜6与移动釜1即将接触时，密封圈14开始变形，直到液压装置的输出压力达到工作压力。

本发明不限于上述实施例，其技术方案已在发明内容部分予以说明。