[發明專利]用于研究結構高溫高速撞擊響應的分離式實驗設備

在審

• 申請號: 201810219362.8
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108344552A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 徐偉芳;張方舉;胡文軍;李上明;胡紹全;孫愛軍;呂明;魏曉貞;徐艾民
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

本發明公開了一種用于研究結構高溫高速撞擊響應的分離式實驗設備，屬于結構高溫高速沖擊動力學研究領域，包括從后至前依次安裝的空氣炮、彈托分離器和靶體，所述空氣炮包括從前至后依次連接的炮管、裝彈艙、主氣室和副氣室，所述炮管、所述裝彈艙、所述主氣室和所述副氣室位于同一中軸延長線上。該設備為一套簡單多用途高性能的高速高溫撞擊試驗裝置，能夠確保試樣的碰靶姿態和試驗溫度可調、可控和可測，確保試驗的穩定性，能夠保證實驗對象在給定的溫度和速度條件下，按照預定角度撞擊靶體，整體結構簡單，操作非常方便。

技術領域

本發明屬于結構高溫高速沖擊動力學研究領域，具體涉及一種用于研究結構高溫高速撞擊響應的分離式實驗設備。

背景技術

隨著時代的進步和科學技術的發展，產品的安全性特別是異常事故下的安全性日益受到關注，而且逐漸成為產品研制過程中不可或缺的技術指標之一。異常事故下的安全性是指產品因異常高速碰撞或/和火燒下防止爆炸和有害物質泄漏的能力。如深空探測的放射性同位素熱/電源，在意外再入時可能經歷高溫高速撞擊，致使其外殼體破裂而發生反射性材料泄漏，給生態或人類帶來災害；核電站乏燃料包裝箱的跌落/火燒，也可能誘發嚴重的安全事故等。國內外對此開展了大量的研究。但是在已有產品異常事故下安全性的研究中，通常將高速撞擊和高溫作用下結構的安全性分別研究，但是異常事故中高速碰撞和高溫作用往往是同時發生的，因此開展產品高溫高速撞擊同時作用下的安全性顯得尤為重要。

美國利用同位素能源撞擊試驗機(Isotope Fuels ImpactTester，IFIT)實現了輕質量同位素熱源(LWRHU)和通用熱源同位素電池(GPHS-RTG)單個熱源的高溫高速撞擊試驗。為了防止有害物質的泄漏，IFIT的結構設計異常復雜，主要分為五部分：空氣炮、彈、激發裝置、碰撞室和能量吸收裝置，每部分又由若干小部件組成。對于整個GPHS-RTG，則采用火箭橇加速方法實現了高溫高速撞擊試驗，具體的方法是首先利用電爐將GPHS-RTG加熱至設定溫度(>1000℃)，然后遠程控制將其安裝在火箭橇上，當火箭橇加速到設定速度后，利用阻擋機構使GPHS-RTG與火箭橇分離，最后GPHS-RTG與靶體自由碰撞；或者采用“逆彈道”的方法利用火箭橇將靶體加速到設定速度后，撞擊固定安裝的GPHS-RTG。中國原子能科學研究院發明了“一種用于高溫高速撞擊試驗的裝置”(CN 203849118U)。該裝置為基于壓縮空氣加載的“一種材料性能檢測裝置”，可以“較準確地模擬同位素熱源在假象事故環境下與地面的撞擊過程”，設計“保溫彈托”可以“更為精確地模擬溫度”。

雖然美國的IFIT、火箭橇以及中國原子能研究院的裝置可以實現同位素熱/電源的高速高溫撞擊試驗，但是存在結構復雜、操作不易、測試不便和擴展性差等不足。美國的試驗技術的具體細節未見公開公布，難以在工程實際中應用和推廣。中國原子能科學研究院研發的裝置主要用于研究材料高溫高速撞擊力學性能，難以拓展應用到研究結構高溫高速撞擊響應、特別是不同姿態下的動力學響應；同時因保溫彈托與模擬熱源無法完全分離，彈托分離產生的碎片和粉塵等容易影響試驗件碰靶姿態的控制和沖擊響應的測試。因此，開發一套簡單多用途高性能的高速高溫撞擊試驗裝置已成為工程產品研制中亟待解決問題。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種用于研究結構高溫高速撞擊響應的分離式實驗設備。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種用于研究結構高溫高速撞擊響應的分離式實驗設備，包括從后至前依次安裝的空氣炮、彈托分離器和靶體；

所述空氣炮包括從前至后依次連接的炮管、裝彈艙、主氣室和副氣室，所述炮管、所述裝彈艙、所述主氣室和所述副氣室位于同一中軸延長線上；

所述主氣室與所述副氣室之間安裝有雙頭活塞，所述雙頭活塞沿前后方向布置，其前活塞位于所述主氣室內并作為所述裝彈艙后端口的閥門，其后活塞位于所述副氣室內；