炸药可控约束高压密封环境反应演化试验方法及装置与流程

本发明涉及含能材料安全性评估领域，更具体的说是涉及一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验方法及装置。

背景技术：

1、炸药是武器装备的重要能源和部件，其安全性是武器系统非常关心的问题。炸药意外事故点火后，装药可能发生燃烧、爆燃、爆炸甚至爆轰反应，其反应演化是一个多物理、多阶段复杂过程，主要涉及到初始点火条件、装药结构约束以及炸药断裂等重要影响因素。

2、通常，炸药安装在带有一定约束壳体的结构中，事故反应后会生成大量的高温燃烧产物，其所占据的体积将远大于反应前对应的固相炸药的体积，进而在密闭约束结构中形成高压，其是主导装药事故反应演化的动力学因素。装药结构的约束强度进一步决定了炸药反应产物压力，约束压力越大，驱动反应演化的压力越大。

3、炸药在高温高压燃烧产物作用下可能形成缝隙或裂纹。气态高温产物在高压驱动下进入结构间隙或炸药基体中裂纹，会引燃炸药缝隙壁面而生成新的燃烧产物，其会因无法从大长度的狭小缝隙快速流出导致拥塞，进一步形成高压，急剧增长的压力将造成炸药基体快速变形、破裂，不断分叉形成枝状裂纹，裂纹扩展和燃烧耦合的正反馈作用导致装药反应燃烧表面剧增。这是引发高密度成型炸药发生高烈度反应的直接原因，但需要装药约束强度为其创造条件。

4、因此，认识不同约束条件下装药的反应演化特性对评估武器装药安全性具有十分重要的意义。故需要一种可对炸药件提供约束力可控的密封环境，同时对燃烧产物传播、燃烧产物驱动裂纹扩展以及断裂与燃烧耦合等反应演化过程可视化的试验方法。

5、目前，研究炸药安全性广泛的做法是：将炸药件装入一定厚度的金属壳体中，装药在外界热、力的刺激下发生反应后，通过测量获得的物理特征参数以及试验件的应残骸来认识装药的安全性。其不足之处，一是试验件不同部位约束强度存在差异，无法量化可控；二是外界刺激下装药点火起源位置存在不确定性，对后续反应演化影响较大，导致试验重复性较差；三是试验件重在表征装药最终的反应烈度，对装药反应传播及演化过程无法直观表征，对装药安全性重要影响机制及因素认识存在一定的局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验方法及装置，以期解决背景技术中的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验装置，包括：底座，底座上方固定约束框架，约束框架顶部安装固定板，固定板连接上加载观测组件，约束框架底部安装约束加压单元固定件，约束加载单元固定件内部安装约束加载单元，约束加压单元固定件顶部连接下加载观测组件，下加载观测组件上方连接样品约束件和防护板，防护板上方安装激光输出头。

4、在一些实施例中，所述的样品约束件包括上窗口连接件、上窗口片、密封环、下窗口片、下窗口连接件、约束环、压力传感器；上窗口连接件与上窗口片连接，下窗口连接件与下窗口片连接，约束环内部安装试验样品，约束环侧面安装压力传感器，约束环安装在上窗口片和下窗口片之间，且分别与上窗口片和下窗口片之间密封。

5、在一些实施例中，所述约束环的上、下表面均有环形刃口结构，约束环的环形刃口上安装密封环，通过上窗口片和下窗口片挤压约束环的环形刃口中的密封环实现密封。

6、在一些实施例中，所述密封环为石墨材质。

7、在一些实施例中，所述的上加载观测组件包括上加载环，上加载环通过上加载环连接与固定板连接，上加载环下方用于安装上窗口连接件，上加载环安装上环形光源，上加载环连接板连接上反射镜镜架、上反射镜镜架连接上反射镜、上反射镜通过上反射镜固定板固定在上反射镜镜架上。

8、在一些实施例中，所述的下加载观测组件包括下加载环，下加载环通过下加载环连接板与约束加载单元固定件连接，下加载环上方用于连接下窗口连接件，下加载环安装下环形光源，下加载环连接板安装下反射镜镜架、下反射镜镜架连接下反射镜、下反射镜通过下反射镜固定板固定在下反射镜镜架上。

9、在一些实施例中，所述的约束加载单元为液压油缸。

10、本实施例还提供了一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验方法，包括以下步骤：

11、a.约束加载单元驱动下加载观测组件向下运动，使下窗口片和上窗口片之间的距离大于约束环的高度；

12、b.约束环安装试验样品、密封环和压力传感器；

13、c.约束环安装在下窗口片中心；

14、d.调整激光输出头位置，使激光指示光斑通过反射镜再透射过上窗口片到达试验样品表面目标位置处；

15、e.约束加载单元驱动下加载观测组件向上运动，使上窗口片挤压约束环上方的密封环形成密封约束，调节约束加载单元调压阀，至压力表约束压力达到目标值，完成样品约束件目标约束压力的试验环境建立。

16、f.连接压力测试单元、高速摄影单元和激光点火单元，并同时与信号同步触发器连接；

17、g.激光信号发出点火，点火信号触发信号同步触发器，压力测试单元和高速摄影单元在同步信号触发器触发下采集压力数据和反应演化过程图像。

18、本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

19、本发明采用激光通过窗口直接作用到炸药表面的方式进行点火，实现炸药点火位置可调、点火能量可控加载，试验重复性好；采用液压驱动上、下加载观测组件与样品约束件挤压，自动快速建立密闭约束环境，通过液压压力反馈控制，实现约束力可调的高精度稳定加载，试验重复精度高，并且采用密封环刀刃密封，实现高压可靠密封与约束瞬间失效控制。

20、采用上、下窗口片与约束环形成的约束结构，通过窗口片对光透射以及反射镜对光的反射作用，实现炸药反应演化过程上下表面的物理过程图像可视化观测。采用本发明的方法和装置，获得了不同约束强度下炸药在不同位置点火后的反应演化物理过程，评估了装药在不同状态下的安全性。

技术特征：

1.一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验装置，其特征在于，包括：底座(1)，底座(1)上方固定约束框架(3)，约束框架(3)顶部安装固定板(4)，固定板(4)连接上加载观测组件(5)，约束框架(3)底部安装约束加压单元固定件(10)，约束加载单元固定件(10)内部安装约束加载单元(11)，约束加压单元固定件(10)顶部连接下加载观测组件(9)，下加载观测组件(9)上方连接样品约束件(7)和防护板(8)，防护板(8)上方安装激光输出头(6)。

2.根据权利要求1所述的一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验装置，其特征在于，所述的样品约束件(7)包括上窗口连接件(16)、上窗口片(15)、密封环(14)、下窗口片(13)、下窗口连接件(12)、约束环(17)、压力传感器(18)；上窗口连接件(16)与上窗口片(15)连接，下窗口连接件(12)与下窗口片(13)连接，约束环(17)内部安装试验样品(19)，约束环(17)侧面安装压力传感器(18)，约束环(17)安装在上窗口片(15)和下窗口片(13)之间，且分别与上窗口片(15)和下窗口片(13)之间密封。

3.根据权利要求2所述的一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验装置，其特征在于，所述约束环(17)的上、下表面均有环形刃口结构，约束环(17)的环形刃口上安装密封环(14)，通过上窗口片(15)和下窗口片(13)挤压约束环(17)的环形刃口中的密封环(14)实现密封。

4.根据权利要求3所述的一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验装置，其特征在于，所述密封环为石墨材质。

5.根据权利要求3所述的一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验装置，其特征在于，所述的上加载观测组件(5)包括上加载环(20)，上加载环(20)通过上加载环连接板(21)与固定板(4)连接，上加载环(20)下方用于安装上窗口连接件(16)，上加载环(20)安装上环形光源(25)，上加载环连接板(21)连接上反射镜镜架(22)、上反射镜镜架(22)连接上反射镜(23)、上反射镜(23)通过上反射镜固定板(24)固定在上反射镜镜架(22)上。

6.根据权利要求2所述的一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验装置，其特征在于，所述的下加载观测组件(9)包括下加载环(27)，下加载环(27)通过下加载环连接板(26)与约束加载单元固定件(10)连接，下加载环(27)上方用于连接下窗口连接件(12)，下加载环(27)安装下环形光源(251)，下加载环连接板(26)安装下反射镜镜架(221)、下反射镜镜架(221)连接下反射镜(231)、下反射镜(231)通过下反射镜固定板(241)固定在下反射镜镜架(221)上。

7.根据权利要求3所述的一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验装置，其特征在于，所述的约束加载单元为液压油缸。

8.一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种炸药可控约束高压密封环境反应演化试验方法及装置，包括：底座，底座上方固定约束框架，约束框架顶部安装固定板，固定板连接上加载观测组件，约束框架底部安装约束加压单元固定件，约束加载单元固定件内部安装约束加载单元，约束加压单元固定件顶部连接下加载观测组件，下加载观测组件上方连接样品约束件和防护板，防护板上方安装激光输出头。本发明采用激光通过窗口直接作用到炸药表面的方式进行点火，实现炸药点火位置可调、点火能量可控加载，试验重复性好。

技术研发人员：姚奎光,周兴,樊星,代晓淦,薛鹏伊,赵学峰
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院化工材料研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21