一种基于快速压缩机的炸药粉末离散化自着火实验方法技术

本发明专利技术一种基于快速压缩机的炸药粉末离散化自着火实验方法，包括：1)确定快速压缩机燃烧室内环境气体的组分、比例和总压p，计算出各自分压；2)将固体炸药粉末装入快速压缩机可视化燃烧室端盖喷射系统的喷射管内；3)使压缩活塞在高油压的作用下锁在压缩下止点位置；4)将燃烧室内环境抽真空，通过配气系统向燃烧室内依次充入p1的氩气及p2的氮气；5)在高压气罐内压缩空气的驱动下，迅速从下止点压缩至上止点；6)固体炸药粉末在高压喷气的作用下通过喷射器上的喷粉孔在燃烧室内形成离散化粉末，利用高速相机和压力传感器记录压缩过程的可视化图像及动态压力变化；7)分析固体炸药粉末在离散化状态下的自着火行为，并建立燃烧模型。并建立燃烧模型。并建立燃烧模型。

【技术实现步骤摘要】
一种基于快速压缩机的炸药粉末离散化自着火实验方法


[0001]本专利技术属于炸药点火/起爆及燃烧化学领域，具体涉及一种基于快速压缩机的炸药粉末离散化自着火实验方法，用于研究炸药准零维热刺激下的点火、燃烧行为，建立炸药点火模型及燃烧反应动力学机理等方面。

技术介绍

[0002]炸药是一类能够在极短时间内剧烈燃烧/爆炸的物质，由于自身含氧，在受到外界环境刺激时，会发生氧化还原反应释放大量能量，对周围事物造成毁伤和破坏。随着战场的现代化发展，新式武器弹药更迭换代迅速。从炸药合成及应用的角度出发，高能量密度和钝感是当前国内外研究的重心。然而，炸药的高能和钝感是一种“Trade off”关系，即炸药的能量密度越高其钝感性就会越低，在受到外界刺激特别是热刺激时容易发生意外着火甚至爆炸。炸药在热刺激下的响应特征及反应机理直接影响着其实际安全应用和新型钝感炸药的研发。因此，研究炸药在热刺激下的自着火行为探究其燃烧反应机理非常有必要。
[0003]炸药所处的热刺激环境根据其升温速率不同，可以分为慢升温速率、快升温速率及超快升温速率条件。目前国际上主要关注慢升温速率(<10K/h)和快升温速率(<20K/s)下的炸药响应测试，即慢速烤燃试验和快速烤燃试验。慢速烤燃试验主要用于模拟炸药在贮存、运输和战备状态下，环境温度缓慢升高时发生反应的温度、时间和响应程度。快速烤燃试验用来模拟炸药在贮存、运输和战备状态下出现意外失火所发生反应的温度、时间和响应。在战场上遇到邻近炸药爆炸、敌方导弹袭击等情况时，武器弹药就会受到超快的热刺激(升温速率在1000K/s以上)，而对于超快升温速率条件下炸药的响应及自着火行为研究涉及较少。现有的炸药热刺激试验热力学状态(温度和压力)难以精确描述，且外界干扰因素多不利于建立炸药燃烧反应模型。
[0004]综上所述，建立超快热刺激加载方式，保证炸药所处环境的热力学状态能够明确描述；剔除外界干扰因素能够实现无接触式自着火试验观察，进而创造一个准零维系统；对解释自着火现象建立燃烧反应模型具有重要的理论和应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于快速压缩机的炸药粉末离散化自着火实验方法。该方法利用快速压缩机装置在极短时间内产生高温环境的特性实现了2
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104K/s的升温速率；使炸药粉末离散在热力学状态明确的气体氛围中形成无接触式自着火，达到准零维系统；试验炸药粒径小、样品用量安全等。
[0006]本专利技术采用如下的技术方案来实现：
[0007]一种基于快速压缩机的炸药粉末离散化自着火实验方法，包括以下步骤：
[0008]1)确定快速压缩机燃烧室内环境气体的组分、比例和总压p，即确定稀释气氩气和氮气的体积分数A1和A2；利用分压公式pi＝p
×
A
i
,i＝1,2，计算出各自分压；
[0009]2)将固体炸药粉末装入快速压缩机可视化燃烧室端盖喷射系统的喷射管内，并利
用端盖将可视化燃烧室密封；
[0010]3)通过液压泵将液压油泵入液压段，使压缩活塞在高油压的作用下锁在压缩下止点位置；
[0011]4)利用真空泵通过管路将燃烧室内环境抽真空，通过配气系统向燃烧室内依次充入p1的氩气及p2的氮气；
[0012]5)通过控制系统开启高压油泵的泄压阀，液压段内油压迅速下降，压缩活塞
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连杆
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液压活塞
‑
连杆
‑
驱动活塞结构在高压气罐内压缩空气的驱动下，迅速从下止点压缩至上止点；
[0013]6)控制系统开启泄压阀时，同步控制喷射系统、压力采集系统和高速摄像系统信号，位于喷射系统内的固体炸药粉末在高压喷气的作用下通过喷射器上的喷粉孔在燃烧室内形成离散化粉末，利用高速相机和压力传感器记录压缩过程的可视化图像及动态压力变化；
[0014]7)利用已知的压力数据，通过理想气体等熵状态方程计算出对应的温度，根据压力曲线及可视化图像，分析固体炸药粉末在离散化状态下的自着火行为，并建立燃烧模型。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，固体炸药粉末为1
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30mg微米/纳米级的环三亚甲基三硝胺RDX、环四亚甲基四硝胺HMX或六硝基六氮杂异戊兹烷CL
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20单质及混合炸药。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，燃烧室端盖喷射系统包括高压气源、减压阀、压力表、喷射器、带有喷口的载物卡套以及喷射器控制驱动模块，其中高压气源与减压阀、压力表相连，喷射器与带有喷口的载物卡套利用螺纹密封配合，通过喷射器控制驱动模块发出信号，高压气源配合减压阀和压力表，向喷射器输入设定压力的高压气体，将粉末喷出。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，所述的控制系统基于LabVIEW软件编程，能够同步控制泄压阀、喷射器、压力采集系统和高速相机。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，炸药粉末离散化是指炸药通过高压喷射器后形成的散布在燃烧室内的离散粉末。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，炸药粉末自着火行为是指离散化粉末在准零维超快热刺激环境下的着火过程，并通过压力采集系统及高速相机记录。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，准零维超快热刺激环境下的升温速率为2
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104K/s。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，理想气体等熵状态方程为其中T
c
为压缩上止点温度，T0为初始温度，γ为比热比，p
c
为压缩上止点压力，p0为初始压力。
[0022]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0023]1)本专利技术所用炸药为RDX、HMX及CL
‑
20等，样品合成技术成熟，简单易得；样品粒径为微米/纳米级，用量仅为1
‑
30mg，燃烧爆发压力和温度较低，实验风险低。
[0024]2)本专利技术重点在于利用粉末喷射系统将炸药充分离散化，实现无接触式准零维着火过程。将炸药粉末喷入可视化燃烧室，样品在快速热刺激环境中发生反应，系统干净无干扰，无多余的热耗散，有利于对炸药粉末自着火过程的热力学状态和燃烧反应动力学模型的精准描述与构建。
[0025]3)本专利技术方法通过图形模块化LabVIEW同步控制泄压阀、喷射器、压力采集系统、高速相机，出发信号电压上升沿触发，同步率高，无延迟，可实现多通道实时记录与存储。
[0026]4)本专利技术利用氩气和氮气作为燃烧室环境气体，无氧气等氧化剂参与炸药粉末的自着火过程，有利于直接判断炸药自身的含氧量、氧化反应能力及反应程度。
附图说明
[0027]图1为本专利技术使用的快速压缩机结构示意图。
[0028]图2为本专利技术使用的带有粉末喷射系统的可视化燃烧室结构示意图。
[0029]图3中(a)和(b)为本专利技术实施例1在4MPa，863K时炸药粉末离散化结果
[0030]图4为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于快速压缩机的炸药粉末离散化自着火实验方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定快速压缩机燃烧室内环境气体的组分、比例和总压p，即确定稀释气氩气和氮气的体积分数A1和A2；利用分压公式pi＝p
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A
i
,i＝1,2，计算出各自分压；2)将固体炸药粉末装入快速压缩机可视化燃烧室端盖喷射系统的喷射管内，并利用端盖将可视化燃烧室密封；3)通过液压泵将液压油泵入液压段，使压缩活塞在高油压的作用下锁在压缩下止点位置；4)利用真空泵通过管路将燃烧室内环境抽真空，通过配气系统向燃烧室内依次充入p1的氩气及p2的氮气；5)通过控制系统开启高压油泵的泄压阀，液压段内油压迅速下降，压缩活塞
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连杆
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液压活塞
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连杆
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驱动活塞结构在高压气罐内压缩空气的驱动下，迅速从下止点压缩至上止点；6)控制系统开启泄压阀时，同步控制喷射系统、压力采集系统和高速摄像系统信号，位于喷射系统内的固体炸药粉末在高压喷气的作用下通过喷射器上的喷粉孔在燃烧室内形成离散化粉末，利用高速相机和压力传感器记录压缩过程的可视化图像及动态压力变化；7)利用已知的压力数据，通过理想气体等熵状态方程计算出对应的温度，根据压力曲线及可视化图像，分析固体炸药粉末在离散化状态下的自着火行为，并建立燃烧模型。2.根据权利要求1所述的一种基于快速压缩机的炸药粉末离散化自着火实验方法，其特征在于，固体炸药粉末为1
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30mg微米/纳米级的环三亚甲基三硝胺RDX、环四亚甲基四硝胺H...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤成龙，杨猛，余涛，麦棹铭，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：