专利名称：发射药燃烧尾气定量测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于火炸药技术领域，主要涉及一种火药性能测试装置，尤其涉 及一种可对枪炮用钝感发射药燃烧尾气进行评价的测量装置，以为各类型枪 炮发射药的使用安全性评估提供数据。
背景技术：
应用越来越多的钝感发射药存在有枪口烟雾大，枪管内残渣量多，尾气 量多等缺点，这是新型发射药发展不能回避的洁净燃烧难题，为此，能否准 确测试发射药燃烧的尾气特性，对于深入研究新型发射药显得尤为重要。尾 气特性通常用其组分及其含量来表征。目前，国内外对发射药燃气的测试都 是利用密闭爆发器或类似装置产生气体，再通过气体采样袋收集，最后采取 气相色谱、气体检测管、吸收光谱等方法完成成份定量分析。由于密闭爆发 器主要是用于研究不同种类发射药在一定条件下压力与时间关系的专用装 置，而将其用于产生火药的燃烧尾气时会带来以下问题第一，在密闭爆发 器中火药样品燃烧的尾气产生过程处于定容状态，而枪炮发射时因弹丸在身 管中的运动使发射药燃烧的尾气产生过程处于变容状态，火药在上述两种不 同状态下燃烧，所产生的尾气组分不是完全一致的，因此，火药在密闭爆发 器燃烧所产生的尾气不能完全表征火药在枪炮发射过程中燃烧所产生的尾气 特性。第二，当用采气袋收集密闭爆发器产生的高温高压气体时，因为温度 压力的突然变化使燃气中的水分凝结，使易溶于水的气体如氨气(NH3)、氮
氧化物(NOx)、氯化氢(HC1)等溶解，严重干扰尾气成份的测试。第三， 由于无法准确控制量化人为取样过程和分析时机，实验数据的重复性很差，
无法满足对燃气成分定量分析的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种发射药燃 烧尾气定量测量装置，该装置不仅能够模拟真实枪炮发射弹丸时的尾气产生 过程，而且还能够对所产生的尾气进行实时定量测试。
为解决上述技术问题，本发明提供的发射药燃烧尾气定量测量装置包括 用于测量发射药燃烧尾气特性的数个传感器、气体测试室、自动控制加热装
置、压力调节装置、电点火头、发射管、T型杆状体活塞、第一压簧、棘爪制 动器，所述气体测试室为双层结构封闭体，其上设有通往内腔的进气孔、排 气孔和相应数量的测试孔，所述自动控制加热装置可为气体测试室加温并使 其保持恒温；所述压力调节装置与气体测试室的排气孔相连，其作用是使气 体测试室的气体压力与外界大气压平衡，所述数个传感器的探头分别安装在 气体测试室的测试孔中；所述的电点火头设有点火凹槽和含有若干气孔的喷 气塞，点火凹槽一端与底火相邻，另一端与喷气塞相邻；所述发射管前端设 有内螺纹，在距发射管前端面约l/4处的内壁上设有定位面，而在距前端面 1/3 1/2的范围内设有一个放气孔，放气孔通过管道与所述气体测试室的进 气孔相连；所述电点火头与所述发射管的前端螺纹连接，所述活塞位于发射 管中，活塞的大端柱面与发射管的内壁滑动配合且密封；所述棘爪制动器含 有棘爪杆、两个棘爪锁定件和棘爪座，棘爪杆上含有无数个大小相同且排列 方向一致的锥台，棘爪锁定件由锁紧螺、锁杆、第三压簧构成，锁杆为一端 带有斜面的杆状体，锁杆位于锁紧螺的中心孔中且两端伸出，第三压簧呈压 縮状态套在锁杆上且两端分别与锁杆和锁紧螺固连，棘爪座带有水平通孔以 及与水平通孔垂直相贯的第一、第二水平台阶通孔并且固定在试验平台上； 所述棘爪杆位于所述棘爪座的水平通孔中，棘爪杆前端与所述活塞的小端固 连，所述第一压簧套在活塞细杆上且第一压簧的两端分别与活塞大端和棘爪 杆前端固连；在本发明测量装置的初始位置时，活塞在第一压簧的簧力作用
下，其大端面顶在发射管的定位面上，两个棘爪锁定件分别固定在所述的第
一、第二水平台阶通孔中，在第三压簧作用下，所述锁杆的斜面顶在棘爪杆 的其中一个锥面上。
根据本发明，所述的棘爪制动器还包括一个回位丝杠，回位丝杠的前端 与试验平台上的固定支撑固连，其后端则固连一个手柄，在所述棘爪座水平 通孔的下方还设有与水平通孔平行的螺纹通孔，所述回位丝杠与所述螺纹通 孔配合并使棘爪座悬空于试验台上方；转动手柄时，所述棘爪座可以沿着回 位丝杠作平移运动；在本发明测量装置的初始位置时，所述棘爪座位于回位 丝杠的手柄一端，所述棘爪杆的尾段位于所述棘爪座的水平通孔内。
本发明的有益效果体现在以下几个方面。
(一) 本发明通过发射管、活塞以及活塞在发射管中的运动过程来模拟 真实枪炮的身管、弹丸及弹丸从点火到飞出枪炮口的全过程，也就是说，当 被测发射药样品被电点火头点燃后，其产生的高温气体相当于弹丸的尾气， 在尾气推动下活塞开始运动并使发射管中电点火头尾部与活塞的大端面之间 的空间逐渐增大，由此模拟了弹丸发射时的变容过程；当活塞运动越过发射 管上的放气孔时，大量尾气进入气体测试室中，此时发射管内压力突降，由 此模拟了弹丸射出枪炮口的瞬间。
(二) 本发明将用于测量尾气组分及其含量的数个传感器的探头安装在 气体测试室的测试孔中，当尾气由发射管进入气体测试室时，各传感器就可 实时对尾气性能进行测试。此外，通过自动控制加热装置使气体测试室保持 恒定的高温，很好地防止了燃气中的水分凝结；通过压力调节装置使气体测 试室保持与外界压力平衡，从而保证了气体测试室内的气体在统一条件下被 传感器测量。与使用密闭爆发器与采气袋联用的气体分析方法相比，本发明 避免了取样、测量过程中的人为误差，测试结果准确，可重复性好。
(三) 本发明设置的棘爪制动器不仅可以对运动到位的活塞进行锁定， 有效防止了在第一压簧作用下活塞反向运动导致的放气孔堵塞，而且还可以 在测试结束后，先通过转动回位丝杠来释放第一压簧积聚的大部分能量，然后再靠第一压簧的剩余能量将活塞恢复到初始位置，从而防止活塞回位时因 第一压簧的能量过大而使活塞与发射管的定位面产生冲击。
图1是本发明发射药燃烧尾气定量测量装置的总体组成示意图。
图2是图1中电点火头的结构组成示意图。
图3是图1所示棘爪制动器中棘爪锁定件与棘爪杆的作用关系示意图。 图4是图3所示棘爪座的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。 正如图1所示，本发明发射药燃烧尾气定量测量装置的优选实施例包括 电点火头l、活塞2、发射管3、带有中心孔的尾盖、棘爪制动器4、气体测 试室5、第一压簧6、自动控制加热装置8、压力调节装置9、四个测量传感 器(图中未示)。第一压簧6的设计应以火炮内弹道原理和能量守恒定律为基 础，并根据不同的被测发射药样品的理论做功能力及相应的能量散失来设计 并加工成多种规格，第一压簧6由4)5 10mm规格的30CrMnSi材料制作而 成。在本发明测量装置的使用过程中，可根据被测发射药样品的能量大小来 选用相应规格的第一压簧6。气体测试室5是由不锈钢材料制作的双层密闭空 腔圆柱体，其上设有通往内腔的进气孔、排气孔和4> 10 15mm的四个测试孔。 自动控制加热装置8包括商用热油循环泵和加热油箱(型号为Dyx-y)，其控 温精度在土rc。热油循环泵通过截止阀与气体测试室5的上部夹层相通，加 热油箱通过截止阀与体测试室5的下部夹层相通，热油循环泵使加热油箱的 加热油在加热油箱与气体测试室5夹层之间往复循环，从而使气体测试室6 保持在恒定高温状态，本优选实施例气体测试室5内的温度恒定在105i3"C。 压力调节装置9选用市售医用氧气袋(其型号为上海SY-42),压力调节装置
9通过4> 10 20mm的内抛光不锈钢管与气体测试室5上的排气孔相连，以保 证气体测试室5内与外界气压平衡(约为l.Oatm)。四个测量传感器分别是用 于测量一氧化碳、二氧化碳、 一氧化氮、氧气浓度的传感器。上述四个传感 器的探头7分别安装在气体测试室5的四个测试孔中，测量结果通过传感器 的数据终端显示。
根据图2所示，电点火头l主要包括本体l-l、导电栓l-2、底火组件l-3、 喷气塞l-4。本体l-l为凸形圆柱体并由优质耐压钢料制作，其小圆柱体上设有 外螺纹，沿本体l-l中心轴线还依次设有安装导电栓l-2的组合孔、安装底火组 件l-3的台阶孔、放置被测发射药样品的点火凹槽以及安装喷气塞l-4的螺纹 孔。导电栓l-2含有栓体、导火杆、点火针、第二压簧、压盖、第一绝缘套、 第二绝缘套、锥形套。栓体为小端带有锥头的凸形柱体，其中心设有相应形 状的安装孔，小圆柱体上设有外螺纹。第二压簧套在点火针上且两者与压盖 一起放置在导火杆的中心孔中，点火针一端由压盖中心孔伸出；导火杆外部 套上第一绝缘套后放入栓体的安装孔中且点火针一端由锥头中心伸出，伸出 的点火针套有第二绝缘套。栓体大端面上装有接线螺钉且由栓体大端面伸出 的导火杆上装有接线螺母，栓体的锥头套有锥形套。导电栓放置在本体的组 合孔中且栓体的外螺纹与本体螺纹连接，锥头部位安置在组合孔的锥孔中， 第二绝缘套放置在组合孔的直孔处。底火组件l-3含有底火、垫圈、压盖，底 火选用硝化棉药剂，底火和垫圈位于本体l-l台阶孔的小孔内且点火针头部穿 过垫圈中心与底火接触，压盖与本体l-l台阶孔的大孔螺纹连接。喷气塞l-4 端面的中圆周上均布有四个气孔，喷气塞1-4与本体1-1的螺纹孔连接。
再参见图1,发射管3由金属材料制作，其前端和尾端分别设有内螺纹和 外螺纹，在距前端约1/5 1/4处的内壁上设有环形定位面，在距前端1/3 1/2范围内的管壁上设有一个带螺纹的放气孔。发射管3上的放气孔通过金属 管道与气体测试室5的进气孔相连，电点火头1的本体1-1和尾盖分别与发射 管3的前端和尾端螺纹连接。活塞2是由金属材料制作的T型杆状体，其大端圆柱体上设有密封槽和密封圈，活塞2位于发射管3中，活塞2的大端柱 面与发射管3的内壁滑动配合，活塞2的小端与棘爪制动器4中的棘爪杆4-1 (参见图3)前端固连且棘爪杆4-l由尾盖的中心孔伸出。第一压簧6套在活 塞2的细杆上且第一压簧6的两端分别焊接在活塞2的大端和棘爪杆的前端。 在本发明的初始位置时，活塞2的大端端面与发射管3中的环形定位面接触 且第一压簧6呈放松状态。在发射管3内，电点火头1的喷气塞1-4与活塞2 的大端面之间所形成的空间被称为燃烧室。
根据图3所示，棘爪制动器4含有棘爪杆4-1、两个棘爪锁定件4-2、棘 爪座4-3和回位丝杠4-4。棘爪杆4-1上排列有无数个方向一致的棘爪且尾部 设有防脱块，每个棘爪均为锥台与两个圆柱的组合体即锥台的大小端分别与 各自等直径的圆柱连接，两个圆柱的高度小于锥台的高度。棘爪锁定件4-2 由锁紧螺、锁杆、第三压簧构成锁紧螺选用蝶形螺栓，其内设有中心台阶 通孔；锁杆的一端带有与棘爪锥面和小圆柱面对应的折线面；锁杆位于锁紧 螺的中心台阶通孔中且两端伸出，第三压簧呈压縮状态套在锁杆上且两端分 别焊接在锁杆和锁紧螺的内孔。第三压簧的作用是，在没有外力作用下，始 终给锁杆向着其折线面方向运动的作用力即锁紧力。棘爪座4-3带有水平通孔 4-31以及与水平通孔垂直相贯的第一、第二水平台阶通孔4-32、 4-33 (参见 图4)，第一、第二水平台阶通孔4-32、 4-33的大孔设有内螺纹，同时，在水 平通孔4-31的下方还设有与之平行的螺纹通孔4-34。棘爪杆4-1位于棘爪座 4-3的水平通孔4-31中，两个棘爪锁定件4-2分别放置在第一、第二水平台阶 通孔4-32、 4-33中，其锁紧螺分别与棘爪座第一、第二水平台阶通孔4-32、 4-33的大孔螺纹连接，在第三压簧的作用下，锁杆4-1的折线面锁在一个棘 爪的小圆柱面和圆锥面上。回位丝杠4-4与棘爪座4-3上的螺纹通孔配合连接， 回位丝杠4-4的前端固连在试验平台上的一个固定支撑上，另一端固连有手 柄，转动手柄，棘爪座4-3可以沿着回位丝杠4-4做平移运动。在本发明测量 装置的初始位置时，棘爪座4-3位于回位丝杠4-4的手柄一端，且棘爪杆4-1 的尾段位于棘爪座4-3的水平通孔4-31中。
下面结合优选实施例叙述本发明的使用及作用过程。
首先，打开自动控制加热装置8和压力调节装置9，使气体测试室5的温 度保持在105士3i:，且压力与外界气压平衡。然后，将点火药包好放入点火头 1中底火垫圈与底火压盖形成的小仓内，将被测发射药样品切成小段称量后放 入电点火头1的点火凹槽内并盖好喷气塞1-4;将电点火头1拧入发射管3的 前端，并将电源线接到电点火头1的接线螺钉和接线螺母上。在电流的作用 下，底火引燃点火凹槽中的被测发射药样品，其产生的高温燃气从喷气塞的 气孔中喷向发射管3的燃烧室中。伴随着燃烧过程，燃烧室中的气体压力不 断上升，当气体压力达到一定值时，就推动活塞2开始快速滑动并使第一压 簧开始聚积能量，与此同时，棘爪杆上被两个锁杆锁定的棘爪在其锥面的移 动中推动两个锁杆向外滑动而离开锁定位置，使活塞2得以顺利滑动。当活 塞2的大端面滑过发射管3的放气孔位置时，燃烧室中的大量高温燃气通过 金属管道进入气体测试室5。此时，安装在测试孔中的四个传感器探头7将探 测到的燃气信号不断送入相应的传感器，从而得到被测发射药样品的燃烧尾 气中各组分的含量值。随着活塞2的不断滑动，第一压簧6聚积的能量在不 断增加，而伴随着气体不断流入气体测试室5，燃烧室中的尾气压力却逐渐减 弱，当第一压簧6因压縮产生的反向作用力与燃烧室的尾气压力达到平衡时， 活塞2带动棘爪杆4-l的运动会出现瞬时停止状态，此时，两个锁杆在第三压 簧的作用下，伸向其所正对的一个棘爪的锥面而将棘爪杆锁定，以防在传感 器测试过程中，活塞2回弹堵塞放气孔。当测试结束后，转动回位丝杠4-4 手柄，使得棘爪座4-3平移到回位丝杠4-4的前端，从而带动活塞2向初始位 置方向运动，由此释放掉第一压簧6聚积的大部分能量，然后，松开蝶形螺 栓，靠第一压簧6的剩余能量将活塞2推到发射管3中的环形定位面处，再 反方向转动手柄，使棘爪座4-3平移到手柄处和棘爪杆4-l尾段，随即拧紧蝶 形螺栓使锁杆锁定棘爪杆，等待对下一个发射药样品的测试。
权利要求
1.一种发射药燃烧尾气定量测量装置，包括用于测量发射药燃烧尾气特性的数个传感器、气体测试室[5]，其特征在于还包括自动控制加热装置[8]、压力调节装置[9]、电点火头[1]、发射管[3]、T型杆状体活塞[2]、第一压簧[6]、棘爪制动器[4]，所述气体测试室[5]为双层结构封闭体，其上设有通往内腔的进气孔、排气孔和相应数量的测试孔，所述自动控制加热装置[8]可为气体测试室[5]加温并使其保持恒温；所述压力调节装置[9]与气体测试室[5]的排气孔相连，其作用是使气体测试室[5]的气体压力与外界大气压平衡，所述数个传感器的探头[7]分别安装在气体测试室[5]的测试孔中；所述的电点火头[1]设有点火凹槽和含有若干气孔的喷气塞[1-4]，点火凹槽一端与底火相邻，另一端与喷气塞[1-4]相邻；所述发射管[3]前端设有内螺纹，在距发射管[3]前端面约1/4处的内壁上设有定位面，而在距前端面1/3～1/2的范围内设有一个放气孔，放气孔通过管道与所述气体测试室[5]的进气孔相连；所述电点火头[1]与所述发射管[3]的前端螺纹连接，所述活塞[2]位于发射管[3]中，活塞[2]的大端柱面与发射管[3]的内壁滑动配合且密封；所述棘爪制动器[4]含有棘爪杆[4-1]、两个棘爪锁定件[4-2]和棘爪座[4-3]，棘爪杆[4-1]上含有无数个大小相同且排列方向一致的锥台，棘爪锁定件[4-2]由锁紧螺、锁杆、第三压簧构成，锁杆为一端带有斜面的杆状体，锁杆位于锁紧螺的中心孔中且两端伸出，第三压簧呈压缩状态套在锁杆上且两端分别与锁杆和锁紧螺固连，棘爪座[4-3]带有水平通孔[4-31]以及与水平通孔[4-31]垂直相贯的第一、第二水平台阶通孔[4-32、4-33]并且固定在试验平台上；所述棘爪杆[4-1]位于所述棘爪座[4-3]的水平通孔[4-31]中，棘爪杆[4-1]前端与所述活塞[2]的小端固连，所述第一压簧[6]套在活塞[2]的细杆上且第一压簧[6]的两端分别与活塞[2]大端和棘爪杆[4-1]前端固连；在本发明测量装置的初始位置时，活塞[2]在第一压簧[6]的簧力作用下，其大端面顶在发射管[3]的定位面上，两个棘爪锁定件[4-2]分别固定在所述的第一、第二水平台阶通孔[4-32、4-33]中，在第三压簧作用下，所述锁杆的斜面顶在所述棘爪杆[4-1]的其中一个锥面上。
2.根据权利要求l所述的发射药燃烧尾气定量测量装置，其特征在于 所述的棘爪制动器[4]还包括一个回位丝杠[4-4],回位丝杠[4-4]的前端与试 验平台上的固定支撑固连，其后端则固连一个手柄，在所述棘爪座[4-3]水平 通孔[4-31]的下方还设有与水平通孔[4-31]平行的螺纹通孔，所述回位丝杠 [4-4]与所述螺纹通孔配合并使棘爪座[4-3]悬空于试验平台上方；转动手柄 时，所述棘爪座[4-3]可以沿着回位丝杠[4-4]作平移运动；在本发明测量装 置的初始位置时，所述棘爪座[4-3]位于回位丝杠[4-4]的手柄一端，所述棘 爪杆[4-l]的尾段位于所述棘爪座[4-3]的水平通孔[4-31]内。
全文摘要
本发明公开了一种发射药燃烧尾气组分定量测量装置，其特点是，发射管一端与带有点火凹槽的电点火头连接；活塞大端与发射管内壁滑动配合，小端与棘爪制动器连接；采用自控加热装置和压力调节装置确保气体测试室的恒定高温和稳定气压；发射管的放气孔与气体测试室的进气孔相连。当放置在点火凹槽中的被测发射药样品被点燃后，其燃气推动活塞运动直到活塞大端滑过放气孔，燃气才能进入气体测试室，这一过程较真实地模拟了弹丸由点火到飞出枪炮口的全过程，当活塞运动到燃气最大做功行程处棘爪制动器将活塞锁定。进入气体测试室的燃气直接被相关传感器的探头实时探测，最终由各传感器得出相应的发射药燃烧尾气组分定量数据。本发明不仅测试结果准确，且可重复性好。
文档编号G01N33/22GK101339182SQ20081015068
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月20日 优先权日2008年8月20日
发明者岚 周, 周文静, 婷 张, 皋 张, 王婧娜, 岚 胡, 林 郑, 高朗华 申请人:西安近代化学研究所