一种应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置

本发明涉及光点火反应演化效应的观测装置设计领域，特别是涉及一种应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置。

背景技术：

1、在含能材料安全性分析方面，人们普遍关注的对象一般只有“爆”与“不爆”，却忽略了热点产生与热点传播的过程，这种惯性思维阻碍了我们对安全性机理的探索与研究。

2、在点火的整个过程中，目前普遍接受的理论是输运理论：外在的刺激源包括撞击、火花、摩擦、边界热或冲击等过程将局部或整个爆炸材料温度提高到某个临界点，从而生成气体产物并发展称为自持反应，通常将导致自持反应的过程称为预点火阶段，而将自持反应后的状态称为后点火阶段。不同种类、不同组分配比的含能材料对于刺激的响应程度不同，同样，由于其自身材料属性以及外界结构因素的影响，热点传播的“能力”也不同，因此，应该将这两个阶段分别展开进行研究。

3、含能材料作为战斗部装药的核心部件，在受到意外刺激下可能发生点火，炸药点火后传导燃烧，甚至可进一步发展为对流燃烧。通过调研国内外相关研究可知，含能材料裂纹扩展以及基体断裂和破碎是导致反应烈度进一步升级的关键机制，但是也可能成为抑制反应扩展甚至导致其失效的重要因素。因此，研究影响裂纹的扩展机制是探究点火后效的重要因素。

4、现阶段针对含能材料点火后反应增长的研究主要仍依托于实验，关于探究点火后的燃烧反应演化机理实验，前人设计了很多实验装置，以及不断改进实验方法。

5、dickson等设计了可视化的约束烤燃实验观察密实炸药内部点火后的燃烧反应演化，通过高速摄相机发现了燃烧反应与炸药的裂纹损伤的关系，提出了裂纹损伤为燃烧反应提供了路径，从而促进反应扩展到整个试样的观点。

6、中国工程物理研究院的尚海林等设计了针对对流燃烧的缝隙增压实验。他将两块长条薄片炸药安装到约束外罩中，在两块薄片炸药之间形成具有一定长度和宽度的裂缝，裂缝一端封闭，另一端与点火腔相通，在裂缝的一端设置透明窗口，可通过该窗口实时观测裂缝中的燃烧反应发展过程，在裂缝的另一侧安装压力传感器，可实时记录裂缝燃烧过程中的压力。

7、国防科技大学的王硕、卢芳云等设计了炸药中心点火反应烈度演化实验。该实验使用上下端盖、钢化玻璃底座、窗口、垫片和金属圆环组合形成的密闭空间来约束炸药药片，通过直流电源对电热丝进行通电加热，进而点燃电热丝附近的炸药。该实验通过使用三种不同的约束环来设置变量。

8、目前现有的用于观察含能材料热点产生后反应后效的实验装置，存在着实验过程操作比较复杂、获取的点火过程量数据太少的问题，仅能通过高速摄像机主观观察反应后效演化过程，缺乏定量的数据来验证结论。此外，这些装置还未形成一套标准体系，研究者只针对自己研究的方面来设计实验装置或进行改进，整体提升的方案较少，每台装置可控变量也较少，未能充分多因素耦合分析热点传播的机制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，实验过程操作简单，能够获取较多的点火过程量数据，充分多因素耦合分析热点传播的机制。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置包括上金属圆柱、下金属圆柱、第一摄像机、第二摄像机、第一反光板、第二反光板、激光点火器和液压机；

4、所述上金属圆柱表面开设有第一观察窗口和第一激光照射窗口，所述第一反光板位于所述第一观察窗口内，所述第一摄像机位于所述第一观察窗口外，所述上金属圆柱下底设有第一透明窗；

5、所述下金属圆柱表面开设有第二观察窗口和第二激光照射窗口，所述第二反光板位于所述第二观察窗口内，所述第二摄像机位于所述第二观察窗口外，所述下金属圆柱上顶设有第二透明窗；

6、所述第一透明窗和所述第二透明窗之间放置实验样品；

7、所述下金属圆柱下方设有液压机；

8、所述激光点火器在所述第一激光照射窗口和所述第二激光照射窗口外对所述实验样品进行点火。

9、可选地，所述上金属圆柱表面的两侧分别开设补光灯照射窗口和螺孔，所述补光灯照射窗口用于补光灯照射实验样品表面，所述螺孔用于在上金属柱内部固定补光灯；所述下金属圆柱表面的两侧分别开设补光灯照射窗口和螺孔，所述补光灯照射窗口用于补光灯照射实验样品表面，所述螺孔用于在上金属柱内部固定补光灯。

10、可选地，所述液压机采用可远程操控的准静态液压机，所述准静态液压机最大输出压力为20mpa。

11、可选地，所述液压机的液压端口处设有压电式压力传感器，所述压电式压力传感器用于测量爆炸反应向液压机传递的动态压力脉冲；所述液压机的液压端口处设有压阻式压力传感器，所述压阻式压力传感器用于测量液压机对样品施加的准静态压力载荷，结合位移传感器记录所述实验样品的预加载应力-应变状态。

12、可选地，所述激光点火器的最大输出功率为3000w，最大脉冲长度为10ms。

13、可选地，所述激光点火器在使用时，将激光点火器的激光点火头对准提前嵌入在所述实验样品里面的石墨，远程启动点火器，完成点火。

14、可选地，所述第一透明窗和所述第二透明窗均采用蓝宝石玻璃。

15、可选地，还包括上金属端盖和下金属端盖；

16、所述上金属端盖位于所述上金属圆柱下底，在所述上金属端盖的顶部开设第一沟槽，将蓝宝石玻璃放在所述第一沟槽中；

17、所述下金属端盖位于所述下金属圆柱上顶，在所述下金属端盖的底部开设第二沟槽，将蓝宝石玻璃放在所述第二沟槽中。

18、可选地，还包括固定框架，所述固定框架包括上顶框架、下底框架和边框架。

19、可选地，还包括底座，所述底座设置在所述固定框架下方。

20、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

21、本发明的应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置设计了一种通过激光诱导热点产生的含能材料反应后效试验设备，采用多种测试技术，可以获取各种数据量以及高速图像，结合这些实验结果有利于分析反应热点传播机理。此外，本发明还可以施加轴向可控准静态预载荷，以及可以设置不同的约束条件等等方法实现控制多个变量，从多角度研究影响反应增长过程的因素。激光点火的方式操作方便快捷，简化实验过程，同时远程操控点火的方式也能保证实验人员的安全。

技术特征：

1.一种应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，其特征在于，包括上金属圆柱、下金属圆柱、第一摄像机、第二摄像机、第一反光板、第二反光板、激光点火器和液压机；

2.根据权利要求1所述的应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，其特征在于，所述上金属圆柱表面的两侧分别开设补光灯照射窗口和螺孔，所述补光灯照射窗口用于补光灯照射实验样品表面，所述螺孔用于在上金属柱内部固定补光灯；所述下金属圆柱表面的两侧分别开设补光灯照射窗口和螺孔，所述补光灯照射窗口用于补光灯照射实验样品表面，所述螺孔用于在上金属柱内部固定补光灯。

3.根据权利要求1所述的应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，其特征在于，所述液压机采用可远程操控的准静态液压机，所述准静态液压机最大输出压力为20mpa。

4.根据权利要求1所述的应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，其特征在于，所述液压机的液压端口处设有压电式压力传感器，所述压电式压力传感器用于测量爆炸反应向液压机传递的动态压力脉冲；所述液压机的液压端口处设有压阻式压力传感器，所述压阻式压力传感器用于测量液压机对样品施加的准静态压力载荷，结合位移传感器记录所述实验样品的预加载应力-应变状态。

5.根据权利要求1所述的应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，其特征在于，所述激光点火器的最大输出功率为3000w，最大脉冲长度为10ms。

6.根据权利要求1所述的应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，其特征在于，所述激光点火器在使用时，将激光点火器的激光点火头对准提前嵌入在所述实验样品里面的石墨，远程启动点火器，完成点火。

7.根据权利要求1所述的应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，其特征在于，所述第一透明窗和所述第二透明窗均采用蓝宝石玻璃。

8.根据权利要求7所述的应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，其特征在于，还包括上金属端盖和下金属端盖；

9.根据权利要求1所述的应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，其特征在于，还包括固定框架，所述固定框架包括上顶框架、下底框架和边框架。

10.根据权利要求1所述的应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，其特征在于，还包括底座，所述底座设置在所述固定框架下方。

技术总结
本发明涉及一种应用于含能材料激光点火反应演化效应的观测装置，其特征在于，包括上金属圆柱、下金属圆柱、第一摄像机、第二摄像机、第一反光板、第二反光板、激光点火器和液压机；上金属圆柱表面开设有第一观察窗口和第一激光照射窗口，第一反光板位于第一观察窗口内，第一摄像机位于第一观察窗口外，上金属圆柱下底设有第一透明窗；下金属圆柱和上金属圆柱相同；第一透明窗和第二透明窗之间放置实验样品；下金属圆柱下方设有液压机；激光点火器在第一激光照射窗口和第二激光照射窗口外对实验样品进行点火。本发明实验过程操作简单，能够获取较多的点火过程量数据，充分多因素耦合分析热点传播的机制。

技术研发人员：吴兴中,吴艳青,侯晓
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13