[发明专利]用于研究结构高温高速撞击响应的分离式实验设备

说明书

本发明公开了一种用于研究结构高温高速撞击响应的分离式实验设备，属于结构高温高速冲击动力学研究领域，包括从后至前依次安装的空气炮、弹托分离器和靶体，所述空气炮包括从前至后依次连接的炮管、装弹舱、主气室和副气室，所述炮管、所述装弹舱、所述主气室和所述副气室位于同一中轴延长线上。该设备为一套简单多用途高性能的高速高温撞击试验装置，能够确保试样的碰靶姿态和试验温度可调、可控和可测，确保试验的稳定性，能够保证实验对象在给定的温度和速度条件下，按照预定角度撞击靶体，整体结构简单，操作非常方便。

技术领域

本发明属于结构高温高速冲击动力学研究领域，具体涉及一种用于研究结构高温高速撞击响应的分离式实验设备。

背景技术

随着时代的进步和科学技术的发展，产品的安全性特别是异常事故下的安全性日益受到关注，而且逐渐成为产品研制过程中不可或缺的技术指标之一。异常事故下的安全性是指产品因异常高速碰撞或/和火烧下防止爆炸和有害物质泄漏的能力。如深空探测的放射性同位素热/电源，在意外再入时可能经历高温高速撞击，致使其外壳体破裂而发生反射性材料泄漏，给生态或人类带来灾害；核电站乏燃料包装箱的跌落/火烧，也可能诱发严重的安全事故等。国内外对此开展了大量的研究。但是在已有产品异常事故下安全性的研究中，通常将高速撞击和高温作用下结构的安全性分别研究，但是异常事故中高速碰撞和高温作用往往是同时发生的，因此开展产品高温高速撞击同时作用下的安全性显得尤为重要。

美国利用同位素能源撞击试验机(Isotope Fuels ImpactTester，IFIT)实现了轻质量同位素热源(LWRHU)和通用热源同位素电池(GPHS-RTG)单个热源的高温高速撞击试验。为了防止有害物质的泄漏，IFIT的结构设计异常复杂，主要分为五部分：空气炮、弹、激发装置、碰撞室和能量吸收装置，每部分又由若干小部件组成。对于整个GPHS-RTG，则采用火箭橇加速方法实现了高温高速撞击试验，具体的方法是首先利用电炉将GPHS-RTG加热至设定温度(>1000℃)，然后远程控制将其安装在火箭橇上，当火箭橇加速到设定速度后，利用阻挡机构使GPHS-RTG与火箭橇分离，最后GPHS-RTG与靶体自由碰撞；或者采用“逆弹道”的方法利用火箭橇将靶体加速到设定速度后，撞击固定安装的GPHS-RTG。中国原子能科学研究院发明了“一种用于高温高速撞击试验的装置”(CN 203849118U)。该装置为基于压缩空气加载的“一种材料性能检测装置”，可以“较准确地模拟同位素热源在假象事故环境下与地面的撞击过程”，设计“保温弹托”可以“更为精确地模拟温度”。

虽然美国的IFIT、火箭橇以及中国原子能研究院的装置可以实现同位素热/电源的高速高温撞击试验，但是存在结构复杂、操作不易、测试不便和扩展性差等不足。美国的试验技术的具体细节未见公开公布，难以在工程实际中应用和推广。中国原子能科学研究院研发的装置主要用于研究材料高温高速撞击力学性能，难以拓展应用到研究结构高温高速撞击响应、特别是不同姿态下的动力学响应；同时因保温弹托与模拟热源无法完全分离，弹托分离产生的碎片和粉尘等容易影响试验件碰靶姿态的控制和冲击响应的测试。因此，开发一套简单多用途高性能的高速高温撞击试验装置已成为工程产品研制中亟待解决问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于研究结构高温高速撞击响应的分离式实验设备。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种用于研究结构高温高速撞击响应的分离式实验设备，包括从后至前依次安装的空气炮、弹托分离器和靶体；

所述空气炮包括从前至后依次连接的炮管、装弹舱、主气室和副气室，所述炮管、所述装弹舱、所述主气室和所述副气室位于同一中轴延长线上；

所述主气室与所述副气室之间安装有双头活塞，所述双头活塞沿前后方向布置，其前活塞位于所述主气室内并作为所述装弹舱后端口的阀门，其后活塞位于所述副气室内；