[發明專利]一種實現爆轟波破壞活塞材料的定容爆轟燃燒彈系統及方法

在審

• 申請號: 201710676269.5
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107271192A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 姚春德;高健;姚安仁;續晗;馮魯煜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01M15/04
• 分類號: G01M15/04
• 代理公司: 天津津專知識產權代理事務所(特殊普通合伙)12220
• 代理人: 梁軍

技術領域：

本發明涉及定容燃燒彈，具體涉及一種實現爆轟波破壞活塞材料的定容爆轟燃燒彈系統及方法。

背景技術：

最近幾年能源和環境問題越來越受到世界各國的關注，尤其是溫室氣體二氧化碳的排放。內燃機作為主要的動力源，一直在應用新的技術去滿足排放和能耗要求，比如增壓直噴發動機、天然氣發動機、柴油甲醇雙燃料發動機等。這些新技術的應用，使發動機的環保性和經濟性不斷提高，然而卻會產生烈性爆震，烈性爆震一旦發生就會破壞燃燒室部件。目前的研究表明，烈性爆震不同于常規爆震，烈性爆震在燃燒室內會產生爆轟現象，爆轟波在燃燒室內反射匯聚，威力極大。續晗等人通過定容爆轟燃燒彈實驗和數值模擬研究發現，對于錐頂型燃燒室，爆轟波會在活塞中心位置產生匯聚，匯聚壓力遠遠超過缸蓋位置采集到的壓力。發動機臺架上完成活塞破壞試驗成本較高，且烈性爆震的產生具有偶然性和隨機性，不能及時觀察到活塞的破壞情況。

發明內容：

為了驗證爆轟波匯聚后產生的極強破壞力，本發明設計了一種實現爆轟波破壞活塞材料的定容爆轟燃燒彈系統及方法。具體方案如下：

一種實現爆轟波破壞活塞材料的定容爆轟燃燒彈系統，該系統包括：

定容爆轟燃燒彈彈體，缸蓋1、缸套7；位于定容爆轟燃燒彈彈體內的金屬隔板3，金屬隔板與缸蓋、缸套組成燃燒室；所述金屬隔板的直徑與缸套的外徑相同；進氣系統，用于給容彈定量定態充入可燃混合氣，選用乙炔/氧氣或者氫氣/氧氣作為混合氣；高能點火系統，包括兩部分，分別是控制箱人工點火系統和高能火花塞。

在上述定容爆轟燃燒彈系統上實現的一種實現爆轟波破壞活塞材料的方法，過程如下：

步驟一：安裝好定容爆轟燃燒彈彈體，包括缸蓋1、金屬隔板3和缸套7，螺栓用力矩扳手緊固；

步驟二：將火花塞和進氣閥門9安裝在定容爆轟燃燒彈彈體上；連接高能點火系統和進氣系統；

步驟三：試驗前檢查定容爆轟燃燒彈氣密性；打開進氣閥門9，將氧氣管通過快插接頭14接入進氣閥門，利用氧氣瓶上的減壓器調節氣管內壓力到5bar，關閉進氣閥門9，關閉氣瓶上的減壓器，斷開氧氣通路；將另一端封閉的氣管接入快速插頭14，觀察智能單回路測控儀示數是否增大，如果測控儀示數為零不增大，說明氣閥門9密封性完好；打開氣閥門9，觀察測控儀示數是否保持定值不變，如果示數不變，則安裝好的彈體氣密性良好；

步驟四：洗氣，使燃燒室內的空氣排出，充滿氧氣；將氧氣管通過快插接頭14接入進氣氣路，關閉泄壓球閥13和進氣閥門9；利用氧氣瓶上的減壓器調節氣管內壓力到3bar，打開進氣閥門9，使氣體進入，當智能單回路測控儀顯示壓力示數不變時，關閉進氣閥門9，關閉氣瓶上的減壓器；打開泄壓球閥13，斷開氧氣通路，打開進氣閥門9，將氣體排出；如此重復三次，完成洗氣；

步驟五：利用分壓法計算試驗所需的純氧和乙炔的壓力；關閉泄壓球閥13和進氣閥門9，將乙炔管通過快插接頭14接入進氣閥門，利用乙炔氣瓶上的減壓器將進氣壓力調整到需要的數值；打開進氣閥門9，使乙炔充入燃燒室，關閉進氣閥門9，關閉乙炔減壓器，打開泄壓球閥13，斷開乙炔氣路；

步驟六：將氧氣管通過快插接頭14接入氣路，關閉泄壓球閥13，利用氧氣氣瓶上的減壓器將進氣壓力調整到需要的數值；打開進氣閥門9，當測控儀上的示數不變時，關閉進氣閥9，關閉減壓器，打開泄壓球閥13，斷開氧氣氣路；

步驟七：設置示波器為觸發狀態；

步驟八：手動觸發高能點火系統控制箱上的開關，高能火花塞放電，燃燒室內混合氣直接爆轟；

步驟九：拆開定容爆轟燃燒彈彈體，將金屬隔板取出，觀察記錄金屬隔板破壞情況。

作為優選方案之一，所述金屬隔板的形狀為如下三種結構之一：

第一種結構：金屬隔板包括：厚度均勻的爆轟平面311、向缸蓋方向延伸的壁面302；

第二種結構：金屬隔板包括：厚度均勻但在中心位置有一球形凹坑322的爆轟平面321、向缸蓋方向延伸的壁面302；

第三種結構：金屬隔板包括：在中心位置有一球形凹坑332的爆轟平面331、向缸蓋方向延伸的壁面302；凹坑背面的厚度從中心位置向周邊逐漸變厚。

作為優選方案之二，金屬隔板的材質選用鋁合金。

作為優選方案之三，所述定容爆轟燃燒彈彈體的燃燒室缸徑為75～85mm，錐角為120°～180°，燃燒室余隙用缸套調整，從0～32mm可變。作為優選方案之三的進一步優選方案，所述定容爆轟燃燒彈彈體的材料為不銹鋼1Cr18Ni9Ti。