[发明专利]电引火药头发火能量测试方法及装置

摘要

本发明提供的电引火药头发火能量测试方法及装置，包括测试管、飞片、固定塞、真空箱、高速摄像机、记录装置、真空泵、数据处理系统和测温装置；利用转化思想将电引火药头发火能量转化为飞片所受能量，真空条件下拍摄电引火药头发火过程中飞片在测试管中的运动轨迹，简化成物理模型，利用数学手段处理飞片运动模型的相关数据，求解飞片的动能，即电引火药头发火能量转化为动能的部分；测温装置测量测试管在电引火药头发火过程的温度变化，求解电引火药头发火能量转化为热能的部分；动能与热能之和即为所测电引火药头发火能量。本发明解决了电引火药头发火能量动态测量的难题，有可靠的理论依据，操作方便，测量结果精确。

主权项

一种电引火药头发火能量测试方法及装置，其特征在于：将电引火药头发火能量转化为飞片所受能量，飞片所受动能与热能之和即为所测电引火药头发火能量；推导为：电引火药头发火能量转化为动能的部分，包括飞片转动动能和平动动能：飞片为质量m，半径R、厚h的均质刚性圆片，测试过程中受到冲击，飞片在测试管中一边以圆片中心旋转，一边向前运动；将该过程分解成定轴旋转运动和沿测试管平动两个过程，求解飞片的动能，即电引火药头发火能量转化为动能的部分；对飞片定轴旋转过程：将飞片看成由若干薄圆环组成，取任一半径r、宽度dr、质量为dm的薄圆环，此薄圆环的转动惯量dJ为：dJ＝r2dm   (1)其中dm＝ρdV＝ρ·2πrhdr     (2)ρ为飞片密度，dV为薄圆环的体积；将式(2)代入式(1)，整理得：dJ＝2πr3hρdr    (3)将式(3)在飞片半径范围内进行积分，求解飞片绕中心轴转动惯量J：J=∫dJ=∫0R2πr3hρdr=12πR4h·ρ---(4)]]>ρ=mπR2h---(5)]]>将式(5)代入式(4)得：J=12mR2---(6)]]>由式(6)可知：J与h无关，即飞片绕中心轴线旋转的转动惯量与厚度无关；飞片转动动能：ER=12J·ω2---(7)]]>式中，ER为飞片转动动能，ω为飞片转动角速度；ω的求解方法：高速摄像机拍摄侧面设有刻线的飞片在测试管内的转动轨迹，采集飞片转动角度与所对应的时间，利用数据处理系统拟合飞片转动角度α与时间T的函数关系，多项式方程:α＝A0+A1T1+A2T2+A3T3+A4T4+…AnTn   (8)式(8)中，A0…An为待定系数；式(8)对时间T求导，得飞片绕中心轴线转动角速度ω与时间T的函数关系：ω=dαdT=A1+2A2T1+3A3T2+...nAnTn-1---(9)]]>通过式(9)，求解任意时刻飞片绕中心轴线旋转的瞬时角速度ω；将式(6)、(9)代入式(7)得：ER=14mR2(A1+2A2T1+3A3T2+...nAnTn-1)2---(10)]]>通过式(10)，求解出飞片绕圆心轴线旋转的转动动能及动态变化；对飞片沿测试管平动过程：高速摄像机拍摄测试管内飞片平动轨迹，采集飞片平动距离与所对应的时刻，利用数据处理系统拟合飞片平动距离D与时间T的关系，多项式方程:D＝B0+B1T1+B2T2+B3T3+B4T4+…BnTn   (11)式(11)中：B0…Bn为待定系数，式(11)对时间T求导，得飞片平动速度v与时间T的多项式方程：v=dDdT=B1+2B2T1+3B3T2+4B4T3+...nBnTn-1---(12)]]>由动能定理：EL=12mv2---(13)]]>将式(12)带入式(13)：EL=12m(B1+2B2T1+3B3T2+4B4T3+...nBnTn-1)2---(14)]]>由式(14)求解飞片平动动能EL及动态变化；电引火药头发火能量转化为热能的部分，使测试管升温：设测试管比热容为C、质量为M，室温为t0，用测温装置测量测试管在电引火药头发火过程温度值t的动态变化：t＝C0+C1T1+C2T2+C3T3+C4T4+…CnTn    (15)测试过程，测试管温度t与室温之间的温度差Δt随时间的变化为：Δt＝t‑t0＝C0+C1T1+C2T2+C3T3+C4T4+…CnTn‑t0    (16)则转化为热能的能量Q为：Q＝C·M·Δt＝C·M·(C0+C1T1+C2T2+C3T3+C4T4+…CnTn‑t0)   (17)电引火药头发火能量E为：E＝ER+EL+Q      (18)根据式(8)先拟合出飞片绕圆心轴线旋转的角度α与时间T的函数关系，式(9)求解飞片转动角速度ω与时间T的函数关系，结合式(9)、(10)及飞片质量m、飞片半径R，求解飞片转动动能ER及动态变化；再由式(11)拟合出飞片平动距离D与时间T的函数关系，由式(12)求解飞片平动速度v与时间T的函数关系，结合式(12)、(14)及飞片质量m，求解飞片平动动能EL及动态变化；式(15)、(16)、(17)结合测试管比热容C、测试管质量M、室温t0，求解电引火药头发火能量转化为热能的部分及动态变化；根据式(10)、(14)、(17)及(18)，求解电引火药头发火能量E及动态变化。