[發明專利]電引火藥頭發火壓力測試方法及裝置

有效

• 申請號: 201611056140.6
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106440979B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 劉鋒;朱帥;郭子如;張涵;邢化島;張彥;張濤;錢海;吳紅波
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: F42C21/00
• 分類號: F42C21/00
• 代理公司: 重慶中流知識產權代理事務所(普通合伙)50214
• 代理人: 魏鵬

技術領域

本發明涉及火工品測試技術，特別涉及電引火藥頭發火壓力的測試。

背景技術

常用的延期電雷管，其延期藥的點火方式為電引火藥頭受熱燃燒點火。目前，我國常用的電引火藥頭多為橋絲式、鋼片式，在其上涂有一定量的點火藥，通電后橋絲或鋼片升溫引燃點火藥，為延期藥提供起始能量。電引火藥頭產生的發火壓力會使延期藥的點火時間、燃燒環境壓力和燃燒速度不同，從而影響延期電雷管的延期精度。所以對電引火藥頭發火壓力的測試還是尤為重要的。

發明內容

本發明提供的電引火藥頭發火壓力測試方法及裝置，能夠精確測量出電引火藥頭發火壓力及其動態變化，可作為評估電引火藥頭性能及測量電引火藥頭發火壓力對延期藥延期精度影響的一種測試手段，為提高延期電雷管精度提供理論指導。

本發明采用的技術方案是：真空條件下，設計一個與電引火藥頭接觸的飛片，利用高速攝像機拍攝電引火藥頭發火過程中飛片在測試管中的運動軌跡，簡化成物理模型，利用數學手段處理飛片運動模型的相關數據，求解飛片的受力，即為所測電引火藥頭的發火壓力。

其理論推導為：

飛片為質量m，半徑R、厚h的均質剛性圓片，在下述測試過程中受到沖擊，飛片在測試管中一邊以飛片中心旋轉，一邊向前運動；表明作用于飛片的力包括：使飛片旋轉的扭矩和推動飛片平動的軸向壓力。將飛片運動過程分解成定軸旋轉運動和沿測試管平動兩個過程，分別求解電引火藥頭發火時產生的扭矩和軸向壓力。

對飛片定軸旋轉過程：

將飛片看成由若干薄圓環組成，取任一半徑為r、寬度為dr、質量為dm的薄圓環，此薄圓環的轉動慣量dJ為：

dJ＝r²dm(1)

dm＝ρdV＝ρ·2πrhdr(2)

式(2)中ρ為飛片密度，dV為薄圓環的體積，將式(2)代入式(1)得：

dJ＝2πr³hρdr(3)

將式(3)在飛片半徑范圍內進行積分，求解飛片繞中心軸轉動慣量J：

將式(5)代入式(4)得：

由式(6)可得：J與h無關，即飛片繞圓心軸線的轉動慣量與其厚度無關；

飛片轉動所受合扭矩為：

M＝J·β(7)

式(7)中，M為飛片轉動所受合扭矩，β為飛片轉動角加速度；

β的求解方法：高速攝像機拍攝側面設有刻線的飛片在測試管內的轉動軌跡，采集飛片轉動角度與所對應的時間，利用數據處理系統擬合飛片轉動角度α與時間T的函數關系，其多項式方程:

α＝A₀+A₁T¹+A₂T²+A₃T³+A₄T⁴+…A_nTⁿ(8)

式(8)中，A₀…A_n為待定系數；式(8)對時間T連續兩次求導，得飛片繞圓心軸線轉動角加速度β與時間T的函數關系：

β＝2A₂+6A₃T¹+12A₄T²…(n-1)nA_nT^n-2(9)

通過式(9)，可求解任意時刻飛片繞圓心軸線旋轉的瞬時角加速度β；

將式(6)代入式(7)得：

式(10)中，M值即為電引火藥頭發火過程產生的扭矩；

式(10)中，將飛片旋轉角加速度β，飛片質量m看作常數，變換得：

式(11)可知：合扭矩M與R²成正比，且在飛片半徑范圍內呈連續線性變化，扭矩M單位為N·m，將其對飛片半徑求導，得飛片所受扭矩力F_r沿飛片半徑的分布函數：

式(12)中，將飛片旋轉角加速度β、飛片質量m看作常數，飛片所受扭矩力F_r沿著飛片半徑R呈線性增長，且飛片中心(R＝0)處作用力F_r＝0，則飛片所受扭矩力的平均值為：

飛片及測試管均采用剛性材料，兩者的轉動摩擦力忽略不計，將式(9)帶入式(13)整理，得飛片所受扭矩力的平均值