电磁控制加热装置同步撤离的高温靶板侵彻装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术一种电磁控制加热装置同步撤离的高温靶板侵彻装置及方法，属于冲击动力学实验技术领域；包括发射系统、弹体加热与速度传递系统、靶板加热与侵彻发生系统、电磁控制系统，所述电磁控制系统用于控制其他三个系统；发射系统用于发射弹体，并撞击弹体加热与速度传递系统内的侵彻弹体7，将其朝向靶板发射；靶板加热与侵彻发生系统包括两个高温炉盘、回收仓、靶板，靶板设置于侵彻弹体的出射目标位置；两个高温炉盘分别置于靶板的两侧，侵彻弹体7发射时将其撤离；回收仓位于靶板22的后方。本装置有效解决现有技术中受热不均匀导致靶板的温度梯度，与空气冷接触导致加热程度难以控制，以及弹靶温度差异等关键性问题。以及弹靶温度差异等关键性问题。以及弹靶温度差异等关键性问题。

【技术实现步骤摘要】
电磁控制加热装置同步撤离的高温靶板侵彻装置及方法


[0001]本专利技术属于冲击动力学实验
，具体涉及一种电磁控制加热装置同步撤离的高温靶板侵彻装置及方法。

技术介绍

[0002]航空发动机材料通常工作在高温高压高加载速率等极端环境下，难以避免会由于疲劳损伤、外物撞击等因素出现失效甚至断裂破坏。高速旋转的叶片断裂后形成高温高能的碎片会以极高的速度冲击机匣，一旦击穿机匣将会对飞机结构完整性产生巨大威胁，严重影响飞行安全。发动机机匣包容性就是保证发动机在服役期内，转子部件发生断裂后将会被机匣包容而不会击穿造成二次破坏，因此国内外适航管理部门对发动机机匣包容性都有明确规定。
[0003]航空发动机机匣包容过程是一个涉及材料高温高应变率加载下非线性大变形和断裂失效的复杂动力学问题。开展发动机包容性研究，分析机匣材料抵抗高速碎片冲击能力最简单直接的方法就是靶板侵彻实验(打靶试验)。靶板侵彻实验通过发射装置以一定速度发射弹体或真实叶片，冲击机匣材料靶板，能够获得结构/材料的冲击损伤等动态响应特性。
[0004]然而，目前国内外开展机匣包容性研究大多还集中在常温环境中，这与机匣实际服役过程中承受的高温环境有较大差异。尽管部分研究尝试开展高温靶板侵彻试验研究，仍存在靶板温度不均匀、加热程度难以控制、弹体靶板温度差异较大等问题亟待解决。
[0005]文献1申请公布号为CN108918147A的中国专利公开了一种双层打靶试验装置及高温环境的试验方法，靶板和加热结构参照图3。该试验装置主要包括靶板22，靶板支架28，加热装置29。在进行高温环境下的靶板冲击试验时，首先将靶板22固定在支架28上，然后通过加热装置29对靶板22的迎弹面加热；当温度达到试验所需的目标温度后，手动撤走加热装置29，最后实现高速弹体对靶板的高速冲击加载。然而，该装置在实现高温靶板冲击试验时存在一些问题：首先通过仅对靶板22的迎弹面加热很容易导致靶板22因受热不均而出现较大的温度梯度，这将对靶板弹道冲击特性试验结果产生较大误差；其次手动撤走加热装置29会使高温靶板22长时间暴露在室温下，高温靶板22与室温空气间的冷接触将会降低靶板22温度导致加热程度难以控制，如图4所示为实测靶板22温度随冷接触时间下降曲线：在加热装置撤离后的8秒时间内，靶板22温度下降约40～80℃，更重要的是在炮口处手动撤走加热装置会对人身安全有较大威胁；另外，仅加热靶板22而未加热冲击弹体，将会导致弹体与靶板接触瞬间伴随着较大的温度梯度，这也与试验模拟的真实工况存在较大差异。
[0006]文献2“W.H.Xie,S.H.Meng,L.Ding,et al.High
‑
temperature high
‑
velocity impact on honeycomb sandwich panels[J].Composites Part B,2018,138:1
‑
11”提出了一种在线快速电磁加热实现靶板冲击的试验装置，冲击室内结构参照图5。该装置主要包括靶板22，支撑背板30，冲击室防护罩31，冷却水管32，铜电极33，调压器34。在该装置中，将靶板22安装在支撑背板30上，在靶板22左右两侧分别装夹铜电极33，并通过调压器34调节铜
电极33两端电压实现对靶板22的加热。当靶板22温度达到试验所需的目标温度后，无需撤走加热装置即可实现高速弹体对靶板的冲击。该装置虽然能够避免高温靶板22与空气冷接触时间过长导致的温度下降，但仅在靶板22左右两侧安装铜电极33容易导致靶板22中部加热效率低，且与靶板22四周温度不均匀而产生较大的温度梯度；此外，和文献1相同，该装置也仅加热靶板22而忽略了冲击弹体温度影响。

技术实现思路

[0007]要解决的技术问题：
[0008]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种电磁控制加热装置同步撤离的高温靶板侵彻装置及方法，有效解决现有技术中受热不均匀导致靶板的温度梯度，与空气冷接触导致加热程度难以控制，以及弹靶温度差异等关键性问题。
[0009]本专利技术的技术方案是：一种电磁控制加热装置同步撤离的高温靶板侵彻装置，其特征在于：包括发射系统、弹体加热与速度传递系统、靶板加热与侵彻发生系统、电磁控制系统，所述电磁控制系统用于控制其他三个系统；
[0010]所述发射系统包括高压气室3、炮管4和发射弹体5，炮管4安装于高压气室3的出口，弹体5放置于炮管4内；由所述电磁控制系统控制高压气室3启动，高压气室3释放的高压气体驱动炮管4内的发射弹体5加速运动，使其射入所述弹体加热与速度传递系统内；
[0011]所述弹体加热与速度传递系统包括侵彻弹体高温炉6和侵彻弹体7，侵彻弹体高温炉6为两端贯通结构，将置于其内的侵彻弹体7加热为高温弹体；侵彻弹体7位于发射弹体5的出射路径上，由发射弹体5对侵彻弹体7的撞击产生驱动力，进而实现侵彻弹体7的发射；
[0012]所述靶板加热与侵彻发生系统包括迎弹面高温炉盘8、背弹面高温炉盘11、回收仓12、靶板22，靶板22设置于侵彻弹体7的出射目标位置；迎弹面高温炉盘8和背弹面高温炉盘11分别置于靶板22的两侧，侵彻弹体7发射时将其撤离；回收仓12位于靶板22的后方。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述发射系统还包括增压电磁阀1和减压电磁阀2，高压气室3通过气管与增压电磁阀1、减压电磁阀2连通。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述电磁控制系统包括发射电磁阀13、压力传感器14、减压开关15、增压开关16、数显温控仪17、发射开关18、发射延时继电器19；压力传感器14与高压气室3通过气管连接，用于实时显示高压气室3内的高压气体气压；减压开关15、增压开关16分别通过导线与减压电磁阀2、增压电磁阀1连接，用于控制减压电磁阀2和增压电磁阀1的开启和关闭；数显温控仪17用于控制侵彻弹体高温炉6的加热温度，进而控制侵彻弹体7的温度；发射电磁阀13、发射开关18和发射延时继电器19串联，发射电磁阀13与高压气室3连接，开启发射开关18后，发射延时继电器19延迟启动发射电磁阀13，由发射电磁阀13控制高压气室3将发射弹体5射出。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述发射弹体5与侵彻弹体7为等质量弹体，根据动量守恒，发射弹体5将速度全部传递给侵彻弹体7上，且发射弹体5发射过程中始终保持常温。
[0016]本专利技术的进一步技术方案是：所述靶板加热与侵彻发生系统还包括滚轮滑轨10、推臂23、同步步进气缸24；两组滚轮滑轨10对称设置于靶板22的两侧，分别与迎弹面高温炉盘8、背弹面高温炉盘11配合安装；同步步进气缸24固定于迎弹面高温炉盘8和背弹面高温
炉盘11的下方，其输出端竖直向上并与推臂23的下端固定连接；推臂23的上端用于固定迎弹面高温炉盘8和背弹面高温炉盘11；通过同步步进气缸24驱动推臂23沿竖直方向移动，进而带动迎弹面高温炉盘8和背弹面高温炉盘11沿两组滚轮滑轨10上下移动；当加热靶板22本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电磁控制加热装置同步撤离的高温靶板侵彻装置，其特征在于：包括发射系统、弹体加热与速度传递系统、靶板加热与侵彻发生系统、电磁控制系统，所述电磁控制系统用于控制其他三个系统；所述发射系统包括高压气室(3)、炮管(4)和发射弹体(5)，炮管(4)安装于高压气室(3)的出口，弹体5放置于炮管(4)内；由所述电磁控制系统控制高压气室(3)启动，高压气室(3)释放的高压气体驱动炮管(4)内的发射弹体(5)加速运动，使其射入所述弹体加热与速度传递系统内；所述弹体加热与速度传递系统包括侵彻弹体高温炉(6)和侵彻弹体(7)，侵彻弹体高温炉(6)为两端贯通结构，将置于其内的侵彻弹体(7)加热为高温弹体；侵彻弹体(7)位于发射弹体(5)的出射路径上，由发射弹体(5)对侵彻弹体(7)的撞击产生驱动力，进而实现侵彻弹体(7)的发射；所述靶板加热与侵彻发生系统包括迎弹面高温炉盘(8)、背弹面高温炉盘(11)、回收仓(12)、靶板(22)，靶板(22)设置于侵彻弹体(7)的出射目标位置；迎弹面高温炉盘(8)和背弹面高温炉盘(11)分别置于靶板(22)的两侧，侵彻弹体(7)发射时将其撤离；回收仓(12)位于靶板(22)的后方。2.根据权利要求1所述电磁控制加热装置同步撤离的高温靶板侵彻装置，其特征在于：所述发射系统还包括增压电磁阀(1)和减压电磁阀(2)，高压气室(3)通过气管与增压电磁阀(1)、减压电磁阀(2)连通。3.根据权利要求2所述电磁控制加热装置同步撤离的高温靶板侵彻装置，其特征在于：所述电磁控制系统包括发射电磁阀(13)、压力传感器(14)、减压开关(15)、增压开关(16)、数显温控仪(17)、发射开关(18)、发射延时继电器(19)；压力传感器(14)与高压气室(3)通过气管连接，用于实时显示高压气室(3)内的高压气体气压；减压开关(15)、增压开关(16)分别通过导线与减压电磁阀(2)、增压电磁阀(1)连接，用于控制减压电磁阀(2)和增压电磁阀(1)的开启和关闭；数显温控仪(17)用于控制侵彻弹体高温炉(6)的加热温度，进而控制侵彻弹体(7)的温度；发射电磁阀(13)、发射开关(18)和发射延时继电器(19)串联，发射电磁阀(13)与高压气室(3)连接，开启发射开关(18)后，发射延时继电器(19)延迟启动发射电磁阀(13)，由发射电磁阀(13)控制高压气室(3)将发射弹体(5)射出。4.根据权利要求1所述电磁控制加热装置同步撤离的高温靶板侵彻装置，其特征在于：所述发射弹体(5)与侵彻弹体(7)为等质量弹体，根据动量守恒，发射弹体(5)将速度全部传递给侵彻弹体(7)上，且发射弹体(5)发射过程中始终保持常温。5.根据权利要求1所述电磁控制加热装置同步撤离的高温靶板侵彻装置，其特征在于：所述靶板加热与侵彻发生系统还包括滚轮滑轨(10)、推臂(23)、同步步进气缸(24)；两组滚轮滑轨(10)对称设置于靶板(22)的两侧，分别与迎弹面高温炉盘(8)、背弹面高温炉盘(11)配合安装；同步步进气缸(24)固定于迎弹面高温炉盘(8)和背弹面高温炉盘(11)的下方，其输出端竖直向上并与推臂(23)的下端固定连接；推臂(23)的上端用于固定迎弹面高温炉盘(8)和背弹面高温炉盘(11)；通过同步步进气缸(24)驱动推臂(23)沿竖直方向移动，进而带动迎弹面高温炉盘(8)和背弹面高温炉盘(11)沿两组滚轮滑轨(10)上下移动；当加热靶板(22)时，控制迎弹面高温炉盘(8)和背弹面高温炉盘(11)移动至与靶板(22)相对，当侵彻弹体(7)发射时，控制迎弹面高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞丰，郭伟国，陈龙洋，赵思晗，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：