一种基于平面碰撞冲击实验的样品快速组装加温系统的制作方法

本发明涉及火炮或气炮高温试验领域，特别是设计一种基于平面碰撞冲击实验的样品快速组装加温系统。

背景技术：

温度是影响材料物性参数变化的重要影响因素之一，在许多研究材料热学特性与热强度试验中往往需要建立特定的温度场，控制方法研究是建立稳定的温度场的核心问题。pid控制是过程控制中应用最为广泛的控制方法，作为一种基本的控制算法已经比较成熟，被广泛应用于工业过程控制。该方法具有易于实现、适用范围广、参数整定简单、鲁棒性强等优势，在温度控制中被广泛采用。目前结构在高温热载荷下的动力学特性研究吸引了众多研究人员的关注。由于实验结构和测试结构的原因，一般来说要求样品处于开放状态，这使得对样品进行加温变得困难，升温速率较慢，且加热均匀性偏差较大。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现在应用于火炮或气炮加温系统中的加热速率慢，加热均匀性偏差较大的问题，提供一种基于平面碰撞冲击实验的样品快速组装加温系统的结构设计方法，使加热样品加温速率更快，样品上各点的加热温度偏差更小，均匀性更好。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于平面碰撞冲击实验的样品快速组装加温系统，包括发射控制器、炮管、中央控制器、加热腔，所述中央控制器的信号线连接到发射控制器，包括伸缩器，所述加热腔设置在炮管管口的侧面，所述伸缩器上设置有样品，样品在伸缩器的作用下由加热腔内移动到炮管管口的正对面，所述中央控制器的信号线分别连接到伸缩器和样品上。

在上述技术方案中，所述加热腔为一面开口的封闭腔体。

在上述技术方案中，所述加热腔上开口面上设置有用于封闭的腔体的门。

在上述技术方案中，其加温方法包括以下步骤：

步骤一：初始化各类数据，将样品固定与伸缩器上；

步骤二：试验开始后，通过伸缩器将样品送至加热腔内进行加热；

步骤三：中央控制器采集样品上的温度，当加热一段时间后，温度稳定在试验温度后，由中央控制器控制伸缩器复位，并将样品停放在炮管管口的正对面，并同步控制发射控制器发射；

步骤四：炮管中的飞片在飞片托架的作用下，快速的射出炮管并撞击到样品上，中央控制器在撞击的同时采集样品上的温度信号。

在上述技术方案中，所述样品从加热腔到炮管管口正对面的时间为百毫秒量级，所述飞片从发射到撞击时间为毫秒量级。

在上述技术方案中，所述样品离开热源暴露于真空的时间约为百毫秒量级，在百毫秒时间内由于热辐射产生的温度降低为1k～2k。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：相对于常规的碰撞试验，改变了热源，从以前的开放式热源开成现有的封闭式热源，减少样品杂加温过程中的温度不均匀性，使样品上各点的加热温度偏差更小，具有更好的试验效果。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是现有的测试系统示意图；

图2是本发明的测试系统示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

如图1所示，是现有的测试系统结构示意图，其中包括发射控制器、炮管、中央控制器、加热腔，所述中央控制器的信号线连接到发射控制器，其中加热腔是设置在炮管管口的正对面的，并且始终处于加热状态，而样品设置在加热腔内，并通过伸缩器支撑住，这样设置的话就在于样品始终处于在加热腔内。但是因为这种设置必须需要有两个侧面开口，其中一个侧面需要面对炮管管口，另一个侧面需要用于支撑样品，而加热腔如果具有了两个开口的侧面，那么就意味着空气可以在两个侧面上形成对流。这也就意味着整个样品的加热成为开放式的加热，空气的流动使得样品表面的温度升高具有明显的不均匀性，而且因为空气的流动使得温度不能稳定在某一特定温度，这样的温度使得最终的试验效果精度不高，误差相当的大。

如图2所示，为了改变上述的情况，本发明在其基础上做出改进，将加热腔不在设置在炮管管口的正对面，而是将加热腔设置在炮管管口的侧面，将伸缩器设置在炮管管口的另一个侧面，加热腔面对伸缩器的侧面为开口面，伸缩器可以将样品在炮管管口正对面与加热腔内伸缩。为了解决掉样品加热的不均匀性，加热腔采用密封设置，并且在开口的一面上设置一个门，当其样品在加热的时候，加热腔的六个面都是密封的，这样的话整个样品可以处以一个稳定的加热环境，使得样品均匀加热。

在本方案具体试验时，具体步骤如下：

首先，由中央控制器给出控制信号，控制伸缩器伸缩，将其上的样品送入到加热腔体内，送入加热腔体后并控制其上的门进行管壁，使得加热腔处于内部密封状态；

其次，由中央控制器控制加热腔对于其中的样品进行加热，并对样品表面的温度进行监控，当样品表面的温度稳定到某一特定温度后，维持一段时间后，控制加热腔开门，并使得伸缩器复位，将其样品送到炮管管口的正对面；

同时，中央控制器控制发射控制器发射飞片，飞片在飞片托架的带动下迅速的从炮管内发射出去，并撞击到样品表面，在撞击的同时由中央控制器采集样品表面的温度，完成试验。

整个过程中，火炮或气炮发射到飞片击靶时间约为几毫秒，样品从加热完成到回到实验位置的时间为百毫秒，即实验过程中，样品离开热源暴露于真空的时间约为百毫秒量级。根据斯特番-波尔兹曼热辐射热量公式计算，在百毫秒时间内由于热辐射产生的温度降低约为1k～2k，这个温差对实验结果的影响是很小的。

本方案中使用的加热方法，具有加温速率快；样品上各点的加热温度偏差小，均匀性好，试验精度高等优点。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于平面碰撞冲击实验的样品快速组装加温系统，包括发射控制器、炮管、中央控制器、加热腔，所述中央控制器的信号线连接到发射控制器，包括伸缩器，所述加热腔设置在炮管管口的侧面，所述伸缩器上设置有样品，样品在伸缩器的作用下由加热腔内移动到炮管管口的正对面，所述中央控制器的信号线分别连接到伸缩器和样品上；相对于常规的碰撞试验，改变了热源，从以前的开放式热源开成现有的封闭式热源，减少样品杂加温过程中的温度不均匀性，使样品上各点的加热温度偏差更小，具有更好的试验效果。

技术研发人员：李亚维;张祖根;张毅;康龙飞;张信;张林;李英华;蓝欣
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院流体物理研究所
技术研发日：2017.08.18
技术公布日：2017.11.03