[發明專利]一種中低溫高速撞擊試驗裝置及其試驗方法

有效

• 申請號: 202010001052.6
• 申請日: 2020-01-01
• 公開（公告）號: CN111043900B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 呂鋼;劉勇;劉海;葉鑄玉;董尚利;耿洪濱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/52
• 分類號: G01N3/52;F41A31/00
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 宋紅賓

1.一種中低溫高速撞擊的試驗方法，使用一種中低溫高速撞擊試驗裝置，所述的中低溫高速撞擊試驗裝置，包括火藥炮、電磁測速器（9）、靶架（27）、環境箱（22）、溫控系統、防護罐體（19）；

所述防護罐體（19）為彈丸撞擊試驗的安全防護裝置；防護罐體（19）開設有穿引線纜和管道的通孔（21）；防護罐體（19）的一端設有罐門（20）；在防護罐體（19）的側方開有法蘭窗口（44）；

所述防護罐體（19）內部設有一個試驗臺面（18）及為罐內提供照明的燈具（43）；

火藥炮、環境箱（22）安裝在與防護罐體（19）連接的試驗臺面（18）上；環境箱（22）內設置有靶架（27）、液氮蒸發板（33），靶架（27）通過靶架基座（28）與環境箱（22）連接；溫控系統的管線通過穿引法蘭盤（26）與環境箱（22）連接；溫控系統的制冷管路連接自增壓液氮罐（35）；電磁測速器（9）與火藥炮的可拆卸炮管（1）連接，并通過線纜與示波器（42）相連；

所述火藥炮包括可拆卸炮管（1）、彈倉（2）、炮體前端座（3）、炮體尾座（4）、鎖緊螺栓（5）、彈丸（6）、彈藥（7）、撞針（8）、擊發裝置及炮架（17）；

所述可拆卸炮管（1）一端設有外螺紋及沉孔，可拆卸炮管（1）通過螺紋與炮體前端座（3）連接，其沉孔底面與彈倉（2）的小徑端面配合，彈倉（2）大徑端面與炮體前端座（3）的內孔底面配合；

所述彈倉（2）的小徑端中心孔放置彈丸（6）；彈倉（2）的大徑端有一個彈室，彈藥（7）彈身的一部分位于其中；彈倉（2）和可拆卸炮管（1）的中心軸孔在裝配后保持同軸狀態，且二者與炮體尾座（4）的中心軸孔保持非同軸狀態；所述炮體前端座（3）通過炮架（17）與防護罐體（19）連接，炮體前端座（3）通過兩根鎖緊螺栓（5）與炮體尾座（4）連接；所述炮體前端座（3）的一端加工有內螺紋孔，用以連接可拆卸炮管（1），另一端加工有與螺紋孔相通的圓形通孔，彈藥（7）的彈尾部分位于圓形通孔內；

所述炮體尾座（4）沿軸心開有通孔，撞針（8）位于通孔內，并且位置與炮體前端座（3）的圓形通孔相對；炮體尾座（4）與炮體前端座（3）通過兩根鎖緊螺栓（5）連接鎖緊；

所述擊發裝置位于炮體尾座（4）后側，擊發裝置通過底盤（14）與炮體尾座（4）連接；所述擊發裝置包括撞擊桿（10）、螺旋彈簧（11）、導向基座（12）、保險板（13）、底盤（14）、固鎖插銷（15）以及拉手（16）；

所述導向基座（12）安裝在底盤（14）上，導向基座（12）加工有兩個相通的導向軸孔，大孔內放置一個螺旋彈簧（11），螺旋彈簧（11）有三分之一的部分露出導向基座（12）之外；小孔內放置撞擊桿（10）；

所述撞擊桿（10）一端與撞針（8）接觸，撞擊桿（10）的桿身裝配在螺旋彈簧（11）及導向基座（12）小孔內部，撞擊桿（10）另一端的端部加工有拉手（16）；拉動所述拉手（16）可使撞擊桿（10）壓縮螺旋彈簧（11）并沿導向基座（12）的導向軸孔自由伸縮滑動；

在所述撞擊桿（10）上設有第一“U”形槽，導向基座（12）上設有對應的第二“U”形槽；拉動撞擊桿（10）向后滑動時，第一“U”形槽和第二“U”形槽的槽口對齊；將固鎖插銷（15）插在兩個 “U”形槽豁口之間，使螺旋彈簧（11）處于壓縮狀態，撞擊桿（10）固定不動；固鎖插銷（15）尾端的拉繩（45）從防護罐體（19）的側方引出防護罐體（19）外；

所述保險板（13）安裝在底盤（14）上，位于在撞針（8）尾部與撞擊桿（10）頭部之間；

所述靶架（27）固定在環境箱（22）底部的靶架基座（28）上，并可在靶架基座（28）上做水平移動；靶架（27）上裝有靶材定位卡盤（29），靶材（30）安裝在靶材定位卡盤（29）上；

所述環境箱（22）內層為不銹鋼板，外層為聚四氟乙烯隔熱板，環境箱（22）頂部有活動蓋板（23），在環境箱（22）面向炮口一側，由窗口法蘭（24）及窗口法蘭盤（25）組成入射窗口，該入射窗口與可拆卸炮管（1）相對，在窗口法蘭（24）與窗口法蘭盤（25）之間夾裝鋁箔；環境箱（22）的背面靠近蓋板（23）的位置有一個管線穿引法蘭盤（26），液氮輸入管（37）和安裝裝有漏斗（39）的排氣管從管線穿引法蘭盤（26）穿過，進入環境箱（22）內部；液氮輸入管（37）與自增壓液氮罐（35）連接，環境箱（22）下部設有冷卻介質排放管，由環境箱（22）內部延伸至防護罐體（19）外部，管頭上安裝一個手動低溫閥門（40）；

在所述環境箱（22）內設置鋼制的防護屏（34），防護屏（34）將靶架（27）圍在其中，其面向窗口法蘭（24）的一側開有與窗口法蘭等直徑圓孔，該圓孔中心與窗口法蘭（24）中心同軸；

所述溫控系統包括自增壓液氮罐（35）、低溫電磁閥（36）、液氮輸入管（37）、液氮噴頭（38）、液氮蒸發板（33）、雙輸出數顯溫控儀（41）；液氮經自增壓液氮罐（35）流經低溫電磁閥（36）、液氮輸入管（37）再經過液氮噴頭（38）噴射到液氮蒸發板（33）上，液氮蒸發板（33）位于環境箱（22）內的靶架基座（28）上；雙輸出數顯溫控儀（41）上有兩塊控溫儀表，分別為第一溫控儀表和第二溫控儀表；所述的第一溫控儀表用于控制環境箱（22）內溫度，第一溫控儀表的第一熱電偶（32）探頭的位置距離靶材（30）中心10~20mm；第二溫控儀表用于監控靶材（30）的溫度，第二溫控儀表的第二熱電偶（31）探頭貼合在靶材（30）上；

所述溫控系統還包括用于中溫控制的紅外加熱燈組；在做中溫試驗時，在環境箱（22）內側放置兩個紅外燈組，紅外燈組固定在防護屏（34）上，靶架（27）放置在防護屏（34）中間；

其特征在于，在中溫或低溫進行高速撞擊試驗的方法，中溫為室溫至250℃；低溫為-196℃至室溫，包括如下步驟：

（1）、安裝靶材（30）：在所述防護罐體（19）內的試驗臺面（18）上，將所述靶材（30）裝卡到靶材定位卡盤（29）上，然后再將靶材定位卡盤（29）裝配到靶架（27）上；調整靶材（30）與入射窗口的位置關系，使待測靶材（30）的預碰撞部位與入射窗口中心同軸，使靶材（30）平面與入射方向垂直；

（2）、低溫環境的準備，對于低溫高速撞擊試驗，執行此步：調整所述液氮蒸發板（33）與靶材（30）的距離及角度，調整液氮噴頭（38）與液氮蒸發板（33）之間的距離；并將第一溫控儀表的第一熱電偶（32）放置在距離靶材（30）中心10~20mm的位置，將第二熱電偶（31）貼合在靶材（30）上；分別將低溫電磁閥（36）輸出導線、第一溫控儀表的第一熱電偶（32）和第二溫控儀表的第二熱電偶（31）的補償導線與雙輸出數顯溫控儀（41）連接；

將所述防護屏（34）放到所述環境箱（22）內，使靶架（27）置于防護屏（34）中；蓋上環境箱（22）的活動蓋板（23）；

（3）、中溫環境的準備，對于中溫高速撞擊試驗，跳過第（2）步，并執行此部：將兩組紅外加熱燈組安裝到防護屏（34）上；并將第一溫控儀表的第一熱電偶（32）放置在距離靶材（30）中心10~20mm的位置，將第二溫控儀表的第二熱電偶（31）貼合在靶材（30）上；在環境箱（22）內，分別將紅外加熱燈組的電源線、第一溫控儀表的第一熱電偶（32）和第二溫控儀表的第二熱電偶（31）的補償導線與雙輸出數顯溫控儀（41）連接；蓋上環境箱（22）的活動蓋板（23）；

（4）、裝彈丸：將所述彈丸（6）涂抹上真空脂后從彈倉（2）的小徑端孔塞入，用細桿將彈丸（6）推到彈倉（2）底部；將所述彈倉（2）小徑端與可拆卸炮管（1）入射口沉孔裝配；

（5）、安裝炮管：將裝上彈倉（2）和彈丸（6）的可拆卸炮管（1）擰入炮體前端座（3）；

（6）、裝彈藥：將彈藥（7）塞入炮體前端座（3）和彈倉（2）大徑端所形成的彈室內，并使彈尾底面與彈倉（2）尾端面齊平；

（7）將所述炮體尾座（4）通過鎖緊螺栓（5）與炮體前端座（3）裝配；

（8）、將裝配好的炮體前端座（3）和炮體尾座（4）安裝到炮架（17）上；調節炮管（1）的出口，使其對準靶材（30）；將電磁測速器（9）連接到炮管（1）的出口端；再次校準測速管口與靶材（30）的位置關系；（9）將所述撞針（8）放入炮體尾座（4）沿軸心開的通孔內，使撞針（8）接觸到彈藥（7）底部邊緣；

（10）、將保險板（13）安裝在底盤（14）上，防止在操作過程中可能對撞針（8）產生誤撞擊；

（11）、調整擊發裝置：首先拉動撞擊桿（10）尾端拉手（16），使撞擊桿（10）向后退至撞擊桿（10）上的橫向第一“U”形槽與導向基座（12）上的橫向第二“U”形槽對齊；將固鎖插銷（15）插入兩個“U”形槽中，限定撞擊桿（10）的位置，此時螺旋彈簧（11）處于被壓縮的狀態；

（12）將調整好的擊發裝置安裝到炮體尾座（4）上；

（13）冷卻靶材（30）：對于低溫高速撞擊試驗，執行此步：開啟所述自增壓液氮罐（35）的排液閥，啟動雙輸出數顯溫控儀（41）；液氮流進低溫電磁閥（36）、液氮輸入管（37）和液氮噴頭（38）被噴射至液氮蒸發板（33）的表面，液氮被霧化，從而對靶材（30）和環境箱（22）實施冷卻；同時啟動雙輸出數顯溫控儀（41），對靶材（30）實施降溫；

（14）、加熱靶材（30），對于中溫高速撞擊試驗，跳過第（13）步，并執行此步：開啟紅外加熱燈組，加熱靶材（30）；同時啟動雙輸出數顯溫控儀（41），對靶材（30）實施升溫；

（15）、調整所述示波器（42）的控制界面，保持初始測量狀態；監控靶材（30）溫度和保溫時間；

（16）、待靶材（30）到達預設溫度并保溫足夠時間后，關閉防護罐體（19）的罐門（20），實驗人員撤離至防護罐體（19）側面；

（17）、通過防護罐體（19）側方的法蘭窗口（44）拉動保險板（13）回到初始位置；

（18）、拉動從防護罐體（19）的側方法蘭窗口（44）引出的拉繩（45），將固鎖插銷（15）從“U”形槽中拉出并脫離導向基座（12）；此時，處于壓縮狀態的螺旋彈簧（11）被釋放并推動撞擊桿（10）撞擊撞針（8），撞針（8）觸發彈藥（7）瞬燃，導致高溫、高壓氣體膨脹，驅動彈丸（6）從炮口射出，撞擊靶材（30）；

（19）、計算彈丸（6）的飛行速度V，彈丸速度利用公式V=L/t技算，其中，L為電磁測速器（9）的兩個法拉第環之間的距離，t為彈丸（6）飛過兩個法拉第環所產生電信號的時間間隔，即彈丸（6）在電磁測速器（9）中的飛行時間；利用示波器（42）采集電磁測速器（9）發出的電信號，并記錄彈丸（6）的飛行時間t；計算彈丸速度；

（20）、停止制冷或加熱，使環境箱（22）和靶材（30）的溫度自然恢復至室溫；對于低溫撞擊試驗，關閉冷卻介質輸送管路上的低溫電磁閥（36），打開環境箱（22）的手動低溫閥門（40），將殘余冷卻介質放出并回收；對于中溫撞擊試驗，關閉紅外加熱燈組的電源；

（21）、待環境箱（22）和靶材（30）的溫度恢復至接近室溫后，打開環境箱（22）的活動蓋板（23），從靶材定位卡盤（29）上取下靶材（30）；

（22）、從火藥炮的可拆卸炮管（1）取下電磁測速器（9）；

（23）、從炮架（17）上取下火藥炮，依次卸下擊發裝置、撞針（8）、鎖緊螺栓（5），將炮體尾座（4）與炮體前端座（3）分離；卸下可拆卸炮管（1），取出彈倉（2）；

（24）、從彈倉（2）里取出彈藥（7）的空彈殼，清理彈倉（2）和可拆卸炮管（1）；

（25）、試驗完畢，重復上述步驟，進行下一次試驗。