研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗裝置及方法，尤其涉及到軍事領(lǐng)域以及油田開發(fā)領(lǐng)域的一種研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗裝置及方法，屬于活性聚能射流實驗研究技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]如果射孔彈藥型罩是由活性金屬材料制成，則生成的射流為活性聚能射流。不同組分活性材料制成的粉末藥型罩，在形成射流時其活性金屬間會在沖擊波的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。一般認(rèn)為，活性射流對靶板侵徹的同時，活性材料間發(fā)生沖擊化學(xué)反應(yīng)，并在極短時間內(nèi)釋放大量熱。這一反應(yīng)能量釋放率與TNT相當(dāng)，大量能量聚集在狹小孔道內(nèi)形成一股高壓(壓力可達(dá)350?550GPa)氣流沖刷孔道，達(dá)到清潔孔道的作用。
[0003]國外研究者在改進(jìn)活性材料配方、活性材料沖擊反應(yīng)機理及釋能規(guī)律以及靶板對活性射流(活性破片)侵徹作用響應(yīng)特征等諸多方面做了大量細(xì)致而深入的工作，使得活性金屬材料研究及其應(yīng)用形成較為完備體系；國內(nèi)對活性材料研究起步較晚且集中于軍用活性破片領(lǐng)域。對于研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性這一領(lǐng)域，由于含能射流速度太快，含能量高，憑肉眼無法直接觀察，目前還沒有一種有效的研究手段。因此，探尋一種有效的實驗手段用以研究活性聚能射流的沖擊反應(yīng)特性，不僅能夠填補國內(nèi)研究的空白，更進(jìn)一步的還能夠為后續(xù)有關(guān)活性射流作用機理、目標(biāo)靶板響應(yīng)機理的研究工作起到支撐作用。為此我們發(fā)明了一種新的研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗裝置及方法，解決了以上技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開的研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗裝置及方法，要解決的技術(shù)問題將高速攝影應(yīng)用于研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性，并實現(xiàn)在抽真空條件下通過高速攝影研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性，能夠區(qū)分含能射流自發(fā)光和射流與空氣摩擦發(fā)光，提高射流圖像、運動軌跡清晰度，進(jìn)而提高研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的精度。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明公開的一種研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗裝置，包括射孔彈、隔爆箱、玻璃瓶、支架、高速攝影儀、起爆器、雷管、導(dǎo)爆索、觀測窗、爆炸洞墻體、抽真空栗和鋼板。所述的隔爆箱底部開有與射孔彈適配的孔。射孔彈、隔爆箱、玻璃瓶、支架、高速攝影儀、起爆器、雷管、導(dǎo)爆索根據(jù)實驗需要布設(shè)爆炸洞墻體內(nèi)，爆炸洞墻體開有用于高速攝影儀觀測的觀測窗。隔爆箱通過支架固定，玻璃瓶固定在支架中部，射孔彈置于防爆箱開口處，射孔彈與玻璃瓶的軸線及鋼板的開口盡量重合。射孔彈通過導(dǎo)爆索與雷管相連，雷管通過導(dǎo)爆索與起爆器相連。為實現(xiàn)遮光效果，在玻璃瓶與隔爆箱之間放置用于遮光的鋼板。玻璃瓶與用于對玻璃瓶抽真空的抽真空栗相連。
[0007]所述的用于遮光的鋼板正中開有可使射流順利通過的孔，所述可使射流順利通過的孔的直徑范圍28?32mm，優(yōu)選為30mm。
[0008]所述的隔爆箱優(yōu)選，體積為30cm X 30cm X 30cm，鋼板厚5mm，隔爆箱一面無蓋，無蓋端向上、所述的隔爆箱底部開有與射孔彈適配的孔，與射孔彈適配的孔為20cmX 10cm的長方形孔。
[0009]所述的玻璃瓶尺寸優(yōu)選60cm X 20cm X 10cm(長X寬X高)。
[0010]為保證觀測的實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，高速攝影儀盡量與玻璃瓶在相同高度。
[0011]基于上述的實驗裝置實現(xiàn)的本發(fā)明公開的一種研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗方法，包括如下步驟，
[0012]步驟一，根據(jù)所述的一種研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗裝置位置關(guān)系布設(shè)實驗裝置。
[0013]步驟二，通過抽真空栗將玻璃瓶抽真空。
[0014]步驟三，在起爆器起爆同時觸發(fā)高速攝影儀，高速攝影儀通過觀測窗測得含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性，由于在抽真空條件下通過高速攝影儀測得含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性，能夠區(qū)分含能射流自發(fā)光和射流與空氣摩擦發(fā)光，提高射流圖像、運動軌跡清晰度，進(jìn)而提高研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的精度。
[0015]對于高溫氣體來說，折射率的變化主要受氣體的溫度和組分的影響，而一般常溫氣體的光學(xué)折射性取決于流場的密度分布。在本實驗非真空工況下，可以認(rèn)為金屬射流高速侵徹玻璃瓶中空氣。高速運動的射流會因為與空氣摩擦而發(fā)光發(fā)熱，本實驗中射流運動速度可達(dá)4000m/s以上，射流運動速度遠(yuǎn)大于摩擦熱的傳播速度，因此可以認(rèn)為瓶中空氣為常溫氣體。同時高速運動的射流使得其周圍空氣形成激波層，大大改變了瓶中空氣密度的分布。這樣一來，瓶中空氣的折射率分布就變的極為復(fù)雜，從而使得真空工況下的射流圖像及運動軌跡比非真空中射流圖像、運動軌跡更為清晰。從側(cè)面印證了真空中射流發(fā)光是因為射流自身，受外界環(huán)境影響可以忽略不計。
[0016]有益效果:
[0017]1、本發(fā)明公開的研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗裝置及方法，首次將高速攝影應(yīng)用于研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性，能夠更全面、精確地獲得研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的信息；
[0018]2、本發(fā)明公開的研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗裝置及方法，首次實現(xiàn)在抽真空條件下通過高速攝影研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性，能夠區(qū)分含能射流自發(fā)光和射流與空氣摩擦發(fā)光，提高射流圖像、運動軌跡清晰度，進(jìn)而提高研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的精度。
[0019]3、本發(fā)明公開的研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗裝置及方法，可以解決在非真空環(huán)境中射流發(fā)光很劇烈并較難從圖像中分辨出射流形貌的難題。
【附圖說明】
[0020]圖1為高速攝影實驗系統(tǒng)布局圖；
[0021 ]其中，包括1-射孔彈、2-隔爆箱、3-玻璃瓶、4-支架、5-高速攝影儀、6_起爆器、7_雷管、8-導(dǎo)爆索、9-觀測窗、10-爆炸洞墻體、11 -抽真空栗、12-鋼板。
[0022]圖2(a)為射流在抽真空條件下10us時刻形態(tài)；
[0023]圖2(b)為射流在抽真空條件下30us時刻形態(tài)；
[0024]圖2(c)為射流在抽真空條件下50us時刻形態(tài)；
[0025]圖3(a)為射流在未抽真空條件下10us時刻形態(tài)；
[0026]圖3(b)為射流在未抽真空條件下30us時刻形態(tài)；
[0027]圖3(c)為射流在未抽真空條件下50us時刻形態(tài)。
【具體實施方式】
[0028]為了更好地說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和實施例將本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029]實施例
[0030]如圖1所示，本實施例公開的一種研究含能射流材料沖擊化學(xué)反應(yīng)特性的實驗裝置，包括射孔彈1、隔爆箱2、玻璃瓶3、支架4、高速攝影儀5、起爆器6、雷管7、導(dǎo)爆索8、觀測窗
9、爆炸洞墻體10、抽真空栗11、鋼板12。所述的隔爆箱2底部開有與射孔彈1適配的20cmX10cm的孔。射孔彈1、隔爆箱2、玻璃瓶3、支架4、高速攝影儀5、起爆器6、雷管7、導(dǎo)爆索8根據(jù)實驗需要布設(shè)爆炸洞墻體10內(nèi)，爆炸洞墻體10開有用于高速攝影儀5觀測的觀測窗口。隔爆箱2通過支架4固定，隔爆箱2尺寸約為30cm X 30cm X 30cm，鋼板厚5mm，一面無蓋，相對的一面正中間開一個20cmX 10cm的長方形口，無蓋端向上、開口端向下與支架4頂部焊接。玻璃瓶3固定在支架4中部，玻璃瓶3尺寸約為60cm X 20cm X 10cm(長X寬X高)，密閉良好。玻璃瓶3—端開有一閥門，用以在實驗開始前將玻璃瓶3抽真空。
[0031]射孔彈1置于防爆箱2開口處，與玻璃瓶3的的軸線及鋼板12的開口盡量重合。射孔彈1通過導(dǎo)爆索8與雷管7相連，雷管7通過導(dǎo)爆索8與起爆器6相連。玻璃瓶3與用于對玻