一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及定容燃烧弹，具体涉及一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统及方法。一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统，该系统包括：定容爆轰燃烧弹弹体，位于定容爆轰燃烧弹弹体内的金属隔板3，进排气系统，高能点火系统。本发明专利技术的定容爆轰燃烧弹系统通过将活塞的替代件—金属隔板放在容弹燃烧室内，对金属隔板进行爆轰破坏试验。试件结构简单，容易加工。

【技术实现步骤摘要】
一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统及方法
：本专利技术涉及定容燃烧弹，具体涉及一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统及方法。
技术介绍
：最近几年能源和环境问题越来越受到世界各国的关注，尤其是温室气体二氧化碳的排放。内燃机作为主要的动力源，一直在应用新的技术去满足排放和能耗要求，比如增压直喷发动机、天然气发动机、柴油甲醇双燃料发动机等。这些新技术的应用，使发动机的环保性和经济性不断提高，然而却会产生烈性爆震，烈性爆震一旦发生就会破坏燃烧室部件。目前的研究表明，烈性爆震不同于常规爆震，烈性爆震在燃烧室内会产生爆轰现象，爆轰波在燃烧室内反射汇聚，威力极大。续晗等人通过定容爆轰燃烧弹实验和数值模拟研究发现，对于锥顶型燃烧室，爆轰波会在活塞中心位置产生汇聚，汇聚压力远远超过缸盖位置采集到的压力。发动机台架上完成活塞破坏试验成本较高，且烈性爆震的产生具有偶然性和随机性，不能及时观察到活塞的破坏情况。
技术实现思路
：为了验证爆轰波汇聚后产生的极强破坏力，本专利技术设计了一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统及方法。具体方案如下：一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统，该系统包括：定容爆轰燃烧弹弹体，缸盖1、缸套7；位于定容爆轰燃烧弹弹体内的金属隔板3，金属隔板与缸盖、缸套组成燃烧室；所述金属隔板的直径与缸套的外径相同；进气系统，用于给容弹定量定态充入可燃混合气，选用乙炔/氧气或者氢气/氧气作为混合气；高能点火系统，包括两部分，分别是控制箱人工点火系统和高能火花塞。在上述定容爆轰燃烧弹系统上实现的一种实现爆轰波破坏活塞材料的方法，过程如下：步骤一：安装好定容爆轰燃烧弹弹体，包括缸盖1、金属隔板3和缸套7，螺栓用力矩扳手紧固；步骤二：将火花塞和进气阀门9安装在定容爆轰燃烧弹弹体上；连接高能点火系统和进气系统；步骤三：试验前检查定容爆轰燃烧弹气密性；打开进气阀门9，将氧气管通过快插接头14接入进气阀门，利用氧气瓶上的减压器调节气管内压力到5bar，关闭进气阀门9，关闭气瓶上的减压器，断开氧气通路；将另一端封闭的气管接入快速插头14，观察智能单回路测控仪示数是否增大，如果测控仪示数为零不增大，说明气阀门9密封性完好；打开气阀门9，观察测控仪示数是否保持定值不变，如果示数不变，则安装好的弹体气密性良好；步骤四：洗气，使燃烧室内的空气排出，充满氧气；将氧气管通过快插接头14接入进气气路，关闭泄压球阀13和进气阀门9；利用氧气瓶上的减压器调节气管内压力到3bar，打开进气阀门9，使气体进入，当智能单回路测控仪显示压力示数不变时，关闭进气阀门9，关闭气瓶上的减压器；打开泄压球阀13，断开氧气通路，打开进气阀门9，将气体排出；如此重复三次，完成洗气；步骤五：利用分压法计算试验所需的纯氧和乙炔的压力；关闭泄压球阀13和进气阀门9，将乙炔管通过快插接头14接入进气阀门，利用乙炔气瓶上的减压器将进气压力调整到需要的数值；打开进气阀门9，使乙炔充入燃烧室，关闭进气阀门9，关闭乙炔减压器，打开泄压球阀13，断开乙炔气路；步骤六：将氧气管通过快插接头14接入气路，关闭泄压球阀13，利用氧气气瓶上的减压器将进气压力调整到需要的数值；打开进气阀门9，当测控仪上的示数不变时，关闭进气阀9，关闭减压器，打开泄压球阀13，断开氧气气路；步骤七：设置示波器为触发状态；步骤八：手动触发高能点火系统控制箱上的开关，高能火花塞放电，燃烧室内混合气直接爆轰；步骤九：拆开定容爆轰燃烧弹弹体，将金属隔板取出，观察记录金属隔板破坏情况。作为优选方案之一，所述金属隔板的形状为如下三种结构之一：第一种结构：金属隔板包括：厚度均匀的爆轰平面311、向缸盖方向延伸的壁面302；第二种结构：金属隔板包括：厚度均匀但在中心位置有一球形凹坑322的爆轰平面321、向缸盖方向延伸的壁面302；第三种结构：金属隔板包括：在中心位置有一球形凹坑332的爆轰平面331、向缸盖方向延伸的壁面302；凹坑背面的厚度从中心位置向周边逐渐变厚。作为优选方案之二，金属隔板的材质选用铝合金。作为优选方案之三，所述定容爆轰燃烧弹弹体的燃烧室缸径为75～85mm，锥角为120°～180°，燃烧室余隙用缸套调整，从0～32mm可变。作为优选方案之三的进一步优选方案，所述定容爆轰燃烧弹弹体的材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti。作为优选方案之四，所述进气系统中，气体组分及当量比通过分压来控制。作为优选方案之四的进一步优选方案，定容爆轰燃烧弹弹体上有进气孔，进气孔孔径1～3mm，进气阀采用内螺纹针型截止阀J13W-350PDN6，外部采用压力变送器确定混合气各组分的分压。作为优选方案之五，所述控制箱人工点火系统输出电压为2500V，点火能量大于10J。本专利技术的有益效果是：(一)在发动机台架上完成活塞破坏试验成本较高。本专利技术的定容爆轰燃烧弹系统通过将活塞的替代件—金属隔板放在容弹燃烧室内，对金属隔板进行爆轰破坏试验。试件结构简单，容易加工。(二)在发动机台架上进行活塞破坏实验，烈性爆震的产生具有偶然性和随机性，不能及时观察到活塞的破坏情况，且拆装发动机费时费力。本专利技术的定容爆轰燃烧弹系统拆装简便，爆轰一次或者多次后便可以拆开容弹观察试件的破坏情况。(三)试件的材料、形状和结构可变，通过破坏试验，对比破坏情况，来优化活塞，为实际发动机活塞设计提供指导建议，进而减轻甚至避免烈性爆震对活塞的破坏作用。附图说明：图1是本专利技术定容爆轰燃烧弹的示意图；1代表缸盖，2代表盖板，3代表金属隔板，4代表燃烧室，5代表火花塞安装孔，7代表缸套，8代表螺栓安装孔。图2是本专利技术定容爆轰燃烧弹进气气路的示意图；9代表进气阀门，10代表压力变送器，11代表三通一，12代表三通二，13代表泄压球阀，14代表快速接头。图3是实施例1中的金属隔板的结构剖面示意图；图中，302代表壁面，311代表爆轰平面。图4是实施例2中的金属隔板的结构剖面示意图；图中，302代表壁面，321代表爆轰平面，322代表球形凹坑。图5是实施例3中的金属隔板的结构剖面示意图；图中，302代表壁面，331代表爆轰平面，332代表球形凹坑。具体实施方式：下面通过具体的实施例对本专利技术作进一步详细描述，以下具体的实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不以任何形式限制本专利技术。实施例1：本专利技术的定容爆轰燃烧弹系统包括：定容爆轰燃烧弹弹体，进气系统，高能点火系统和铝合金材质的金属隔板。下面阐述具体组成部分：所述定容爆轰燃烧弹弹体，弹体由不锈钢材料1Cr18Ni9Ti制成。其燃烧室形状可变，4为锥顶型燃烧室，内腔形状与内燃机燃烧室形状基本相同，铝合金材质的金属隔板3固定在容弹燃烧室内。缸盖1，铝合金材质的金属隔板3和缸套7组成了燃烧室，将铝合金材质的金属隔板视为活塞。燃烧室缸径为75～85mm，锥角为120°～180°，余隙从0mm～32mm可变。在缸盖1上加工进气孔6，外接进气截止阀9。所述进气系统，用于给容弹定量定态充入可燃混合气。为了能稳定、方便地引入爆轰波，本研究选用乙炔/氧气或者氢气/氧气等极易爆轰的反应物作为混合气。组分及当量比则通过分压来控制。容弹上的进气孔6孔径为1～3mm，进气阀9采用内螺纹针型截止阀J13W-350PDN6。外部采用压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统，其特征在于，该系统包括：定容爆轰燃烧弹弹体，缸盖(1)、缸套(7)；位于定容爆轰燃烧弹弹体内的金属隔板(3)，金属隔板与缸盖、缸套组成燃烧室；所述金属隔板的直径与缸套的外径相同；进气系统，用于给容弹定量定态充入可燃混合气，选用乙炔/氧气或者氢气/氧气作为混合气；高能点火系统，包括两部分，分别是控制箱人工点火系统和高能火花塞。

【技术特征摘要】
1.一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统，其特征在于，该系统包括：定容爆轰燃烧弹弹体，缸盖(1)、缸套(7)；位于定容爆轰燃烧弹弹体内的金属隔板(3)，金属隔板与缸盖、缸套组成燃烧室；所述金属隔板的直径与缸套的外径相同；进气系统，用于给容弹定量定态充入可燃混合气，选用乙炔/氧气或者氢气/氧气作为混合气；高能点火系统，包括两部分，分别是控制箱人工点火系统和高能火花塞。2.根据权利要求1所述一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统，其特征在于，所述金属隔板的形状为如下三种结构之一：第一种结构：金属隔板包括：厚度均匀的爆轰平面(311)、向缸盖方向延伸的壁面(302)；第二种结构：金属隔板包括：厚度均匀但在中心位置有一球形凹坑(322)的爆轰平面(321)、向缸盖方向延伸的壁面(302)；第三种结构：金属隔板包括：在中心位置有一球形凹坑(332)的爆轰平面(331)、向缸盖方向延伸的壁面(302)；凹坑背面的厚度从中心位置向周边逐渐变厚。3.根据权利要求1所述一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统，其特征在于，金属隔板的材质选用铝合金。4.根据权利要求1所述一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统，其特征在于，所述定容爆轰燃烧弹弹体的燃烧室缸径为75～85mm，锥角为120°～180°，燃烧室余隙用缸套调整，从0～32mm可变。5.根据权利要求4所述一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统，其特征在于，所述定容爆轰燃烧弹弹体的材料为不锈钢1Cr18Ni9Ti。6.根据权利要求1所述一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统，其特征在于，所述进气系统中，气体组分及当量比通过分压来控制。7.根据权利要求6所述一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统，其特征在于，定容爆轰燃烧弹弹体上有进气孔，进气孔孔径1～3mm，进气阀采用内螺纹针型截止阀J13W-350PDN6，外部采用压力变送器确定混合气各组分的分压。8.根据权利要求1所述一种实现爆轰波破坏活塞材料的定容爆轰燃烧弹系统，其特征在于，所述控制箱人工点火系统输出电压为2500V，点...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚春德，高健，姚安仁，续晗，冯鲁煜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12