[发明专利]发射药变容燃速测试装置

说明书

技术领域

本发明属于火炸药性能测试领域，主要涉及一种发射药的燃烧性能测试装置，尤其涉及一种可在密闭变容条件下对身管武器发射药的燃速进行测试的装置。

背景技术

发射药是身管武器完成弹丸发射的动力源，它的燃烧性能直接决定了弹丸的初速、武器身管的寿命以及身管武器发射的稳定性。在身管武器发射药的研制过程中，一般采用密闭爆发器试验法对发射药的燃速进行测试，以对发射药的燃烧性能进行评估。由于试验中所采用的密闭爆发器是一种定容测试装置，一般有100ml、200ml、500ml和800ml等型号，这些不同型号的密闭爆发器可以测试出发射药在不同压力段内的燃速分布，放在每个型号密闭爆发器内的发射药都可以认为是静止的，而且发射药在燃烧过程中所处的容积始终不变。然而，发射药在身管武器的膛内的燃烧是伴随着发射药及燃气的高速运动以及燃烧室容积的急剧变化。因此，用爆发器试验法测试发射药的燃烧速度存在以下问题：(1)发射药处于定容状态下燃烧，与实际应用过程中的变容过程相差太大；(2)发射药燃烧时，基本保持静止状态，与实际应用中发射药在一定运动速度下燃烧的条件不相符。可见，通过爆发器试验法获得的发射药燃速不能真实的反映出发射药的燃烧性能，因而也不能直接应用于身管武器的内弹道设计及装药设计。国内到目前为止，在身管武器的内弹道设计及装药设计中，还普遍采用发射药燃速的经验值作为设计输入值，这在一定程度上增大了设计值和试验值之间的误差，最终影响到身管武器的性能。

随着身管武器向更高、更快、更准的目标方向发展，对内弹道设计和装药设计也提出了更高的要求，因此，能否获得接近膛内环境即变容条件下，发射药的真实燃速数据显得尤为重要。从目前检索的技术资料中，尚未见有关在密闭变容条件下对发射药进行燃速测试的公开报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有发射药燃速测试装置存在的不足，提供一种发射药变容燃速测试装置，具体而言，该装置可以模拟身管武器膛内的变容环境，并能够获得发射药在变容和运动条件下的燃速数据，从而为发射药的研制和武器装药设计提供较可靠的输入数据。

为解决上述技术问题，本发明提供的发射药变容燃速测试装置包括本体组件、点火组件、第一压力传感器、第二压力传感器和数据采集与处理系统；所述本体组件含有本体、第一密封堵头、第二密封堵头、第一垫圈、第二垫圈和活塞：所述本体带有燃烧室和活塞工作腔，活塞工作腔的孔壁上设有与外部相通的第一安装孔，燃烧室的直径大于活塞工作腔的直径且两者通过锥面过渡，活塞工作腔在与锥面交界处设有一个环形定位台；所述第一密封堵头的两端面之间设有两个过线孔，所述本体的燃烧室一端用第一密封堵头和第一垫圈密封；所述活塞为圆柱体，其外径与所述活塞工作腔滑动配合，活塞一端定位于所述环形定位台处；所述第二密封堵头带有两端相通的第二安装孔，所述本体的活塞工作腔一端用第二密封堵头和第二垫圈密封；所述点火组件含有点火电极、点火丝、点火药包和点火器，点火电极的正极插在所述第一密封堵头的一个过线孔中，负极插在第一密封堵头的另一过线孔中，点火电极位于燃烧室中的正、负极端头与穿过所述点火药包的所述点火丝两端对应相接；点火电极暴露在本体之外的正、负极端头分别通过导线与所述点火器相连；所述第一压力传感器、第二压力传感器对应密封安装在所述第一安装孔和所述第二安装孔中，第一压力传感器和第二压力传感器的信号输出端均通过电缆与所述数据采集与处理系统相连；测试时，将被测发射药放在所述点火药包的周围，当所述数据采集与处理系统控制点火器输出点火信号时，第一压力传感器和第二压力传感器被同步触发，且第一压力传感器记录燃烧室变容燃烧过程中的压力-时间曲线即第一p-t曲线，第二压力传感器记录活塞工作腔变容过程中的压力-时间曲线即第二p-t曲线；所述数据采集与处理系统的功能是，接收通过键盘输入的已知参数；在被测发射药燃烧过程结束后，通过数据采集卡采集第一、第二压力传感器分别记录的p₁-t曲线、p₂-t曲线；根据内置的算法公式依次完成以下计算与处理步骤：根据气体定律方程，将p₂-t曲线转换成随时间变化的活塞工作腔容积曲线即V₂-t曲线；根据活塞工作腔容积与活塞运动速度关系式，将V₂-t曲线转换成随时间变化的活塞运动速度曲线即v-t曲线；根据内弹道理论的能量平衡方程式，将v-t曲线转换成随时间变化的发射药燃烧百分数曲线即ψ-t曲线；根据发射药燃烧定律中燃烧百分数与燃烧厚度的关系式，将ψ-t曲线转换成随时间变化的发射药燃烧厚度曲线即Z-t曲线；根据发射药燃烧定律中燃烧厚度与燃速的关系式，将Z-t曲线转换成随时间变化的发射药变容燃速曲线即u-t曲线；通过获取p₁-t曲线上每两个相邻时刻的平均压力数据而构成随时间变化的燃烧室压力曲线即曲线；将u-t曲线和曲线转换成随燃烧室压力变化的发射药变容燃速曲线即曲线：根据u＝u₁pⁿ指数关系式对曲线进行拟合，最终获得被测发射药的燃速压力系数u₁和燃速压力指数n。