本發(fā)明涉及一種彈藥烤燃實驗系統(tǒng)，特別是一種彈藥快速烤燃實驗系統(tǒng)，屬于彈藥熱安全性研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

彈藥熱安全性一直是彈藥安全性評估中的重點。美軍標中最早的不敏感彈藥WR-50標準中，快速烤燃就作為了三項易損性實驗之一。經(jīng)歷了十多次的不敏感彈藥政策、標準的制定和修訂，快速烤燃始終作為不敏感彈藥實驗項目之一。國內(nèi)不敏感彈藥研究起步較晚，但在已有相關(guān)標準中，熱安全性始終是武器炸藥等的一項重要要求。

近年來，環(huán)境污染問題越來越嚴重，而傳統(tǒng)的液體燃料油池進行彈藥快速烤燃實驗的污染特別嚴重。油池燃燒過程中會產(chǎn)生大量的煤煙、灰塵，污染空氣；巨大的敞口燃料池會產(chǎn)生燃料飛濺，污染土壤；實驗準備工作復雜繁重，清理工作繁雜，用時較長，且浪費較為嚴重，因此，選擇清潔燃料替代傳統(tǒng)油池進行快速烤燃實驗是必然趨勢。而選用清潔燃料則必須有相應的新型快速烤燃裝置，目前，美國、荷蘭、瑞典以及德國等一些國家已驗證丙烷燃燒器產(chǎn)生的火焰可替代傳統(tǒng)的油池火焰，也設計了一些不同樣式的新型裝置，但哪種裝置更優(yōu)卻沒有定論。且國外所設計的裝置火焰噴射軌跡一般都是固定的，且設計的裝置都是針對小型彈藥或者彈藥組件的熱安全性研究，對于大型的彈藥，尤其是長徑比較大的彈藥是不適用的。而在國內(nèi)，對于采用清潔燃料的新型快速烤燃實驗系統(tǒng)的研究更是鮮有報道。

2009年，德國Meppen，WTD 91建立了液態(tài)丙烷注射燃燒器，該裝置在地面固定環(huán)繞四個方向的基座，在基座上固定一定數(shù)量的噴嘴，噴射液態(tài)丙烷液滴，液滴在空中蒸發(fā)燃燒，并測試了火焰溫度及熱通量，結(jié)果表明與油池火焰基本相似。但這種裝置的局限性很大，首先是四個方向的基座固聯(lián)且固定在地面上，其烤燃的實驗樣品的大小有限；其次水平噴射丙烷液滴，在重力作用下，液滴下降，無法保證實驗彈藥完全吞沒于火焰當中；且四邊同時噴射丙烷液滴，若四邊長度不等，會造成彈藥周圍燃料密度不均，進而產(chǎn)生的空間溫度場不均，而絕大多數(shù)彈藥都是長徑比較大的彈藥，因而這種裝置也不適用于彈藥實驗。2013年，荷蘭應用研究所和國防部聯(lián)合改進了快速烤燃裝置，這種裝置雖然具備了可調(diào)節(jié)角度的優(yōu)點，但這種調(diào)節(jié)是微小的，且調(diào)節(jié)不方便，需要拆卸固定等多項繁瑣過程。2015年瑞典Jon Toreheim等人展示了THE BOFORS HELLFLUTE的新型快速烤燃裝置，這項快速烤燃裝置與美國所設計的燃燒器類似，是在實驗樣品下方排布一系列具有小孔的鋼管作為火焰噴射裝置，這種裝置無法改變火焰噴射的角度，對大型彈藥烤燃需要設計足夠長的鋼管，且這種裝置排布面積越大，中心區(qū)域越容易缺少氧氣而造成燃燒不充足，影響整個溫度場的分布。

可以說，現(xiàn)有的丙烷快速烤燃裝置，還處于探索研究優(yōu)化當中，究竟哪種裝置更優(yōu)，哪種實驗系統(tǒng)更完善，尚不可下結(jié)論。但不敏感彈藥實驗標準中對快速烤燃實驗火焰有明確要求，即30s內(nèi)達到550℃，且達到550℃之后直到實驗結(jié)束的平均溫度不低于800℃。而隨著軍備技術(shù)的不斷進步，標準也會不斷修訂，最可靠的標準就是根據(jù)威脅危險性分析進行判斷，即實驗中的樣品所處的環(huán)境與其真實作戰(zhàn)環(huán)境一致。因此，在彈藥快速烤燃實驗系統(tǒng)的設計中，需要考慮現(xiàn)有標準的要求，也要根據(jù)實驗對象的真實作戰(zhàn)環(huán)境而做適當調(diào)整，這種條件下所做的實驗才具有實際指導意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述的種種不足和局限，設計出一種適用于彈藥的清潔燃料快速烤燃實驗系統(tǒng)，本發(fā)明提出采用丙烷匯流排為烤燃裝置提供氣體燃料，設計一種可調(diào)節(jié)角度，可拆卸可組裝的燃燒器提供實驗所需的火場環(huán)境，配合合適的熱電偶、數(shù)據(jù)采集器、高速攝影以及紅外攝像，可用于彈藥快速烤燃實驗的進行及圖像和數(shù)據(jù)的測量。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

按照本發(fā)明提供的實驗思路，設計一個彈藥快速烤燃實驗系統(tǒng)，其組成主要包括氣體燃料儲存運輸裝置、氣體燃料火焰噴射裝置、氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具、彈藥支撐懸掛裝置、彈藥實驗樣品、烤燃實驗系統(tǒng)固定支撐架、水泥基座、熱電偶、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集器、紅外熱像儀、高速攝影機及計算機，其中進行快速烤燃實驗的彈藥通過彈藥支撐懸掛裝置支撐或懸掛于氣體燃料火焰噴射裝置上方，彈藥中心水平面及豎直面四周放置若干個熱電偶，所述熱電偶分別與信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集器連接，計算機分別與數(shù)據(jù)采集器和紅外熱像儀、高速攝影機連接，紅外熱像儀與高速攝影機放置在彈藥側(cè)方，紅外攝像儀用于拍攝火焰，觀察整個過程中火焰溫度分布情況，高速攝像儀用于拍攝烤燃過程。

所述氣體燃料儲存運輸裝置選用可燃氣體丙烷、甲烷、庚烷等新型清潔燃料，本發(fā)明選用丙烷氣體作具體說明。

所述氣體燃料儲存運輸裝置選用不銹鋼單側(cè)式匯流排，通過匯流排配置的減壓裝置控制氣體燃料流速。

所述氣體燃料火焰噴射裝置沿彈藥實驗樣品長度方向排布兩側(cè)，尾端與氣體燃料儲存運輸裝置相連，點火后，氣體燃料火焰噴射裝置噴射火焰，產(chǎn)生彈藥快速烤燃實驗的火場。

所述氣體燃料火焰噴射裝置上端通過氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具的凹槽桿支撐卡位，下端通過預制帶孔面板的預制溝槽孔卡位，氣體燃料火焰噴射裝置與氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具組合成連桿機構(gòu)，隨著預制帶孔面板繞角度調(diào)節(jié)器中心軸連續(xù)改變角度，進而改變兩則氣體燃料火焰噴射裝置之間的角度夾角，氣體燃料火焰噴射裝置角度調(diào)節(jié)范圍為30°～60°。

所述氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具固定于烤燃實驗系統(tǒng)固定支撐架上，包括凹槽桿、滑動機構(gòu)、角度調(diào)節(jié)器、預制帶孔面板和卡扣，其中凹槽桿與滑動機構(gòu)相連，滑動機構(gòu)可沿烤燃實驗系統(tǒng)固定支撐架預留的豎直導軌上下滑動，同時帶動水平凹槽桿上下移動，角度調(diào)節(jié)器固定在烤燃實驗系統(tǒng)固定支撐架上，預制帶孔面板的一端與角度調(diào)節(jié)器連接，可以連續(xù)改變與水平面的夾角，預制帶孔面板上有預制的溝槽孔，溝槽孔與氣體燃料火焰噴射裝置管道配合，可卡住氣體燃料火焰噴射裝置，預制帶孔面板之間通過卡扣相互連接固定。

所述氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具的預制帶孔面板可規(guī)格化，預制溝槽孔的中心距離即氣體燃料火焰噴射裝置之間的距離，可通過不同寬度的預制帶孔面板調(diào)整實驗系統(tǒng)中氣體燃料火焰噴射裝置的水平間隙，本發(fā)明的預制帶孔面板的寬度可選范圍為10cm～30cm，可與角度調(diào)節(jié)器以及相互之間組裝和拆卸，進而調(diào)整氣體燃料火焰噴射裝置的排布長度。

所述彈藥支撐懸掛裝置固定于地面水泥板上，可懸掛可支撐彈藥實驗樣品，彈藥實驗樣品選用的約束形式應與符合其實際工作剖面，且距離火焰初始高度可調(diào)節(jié)。

所述烤燃實驗系統(tǒng)固定支撐架為鋼制框架，用地腳螺栓固定于地面水泥板上，對氣體燃料火焰噴射裝置及氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具起固定支撐作用。

所述熱電偶采用封裝在二氧化硅內(nèi)的30號規(guī)格K型熱電偶，采用鋼絲分別固定于彈藥上下左右前后六個方向上，距離彈體40-60mm，若彈藥實驗樣品長徑比較大，沿長度方向應適當增加熱電偶數(shù)量。

本發(fā)明與現(xiàn)有快速烤燃實驗系統(tǒng)相比，其顯著優(yōu)點在于：(1)采用清潔氣體燃料為快速烤燃裝置燃料，實驗準備程序更方便快捷，污染、浪費大幅度降低；(2)采用可懸掛可支撐并且可調(diào)節(jié)高度的彈藥支撐懸掛裝置，可根據(jù)實驗樣品威脅危險性分析采取更符合實際的邊界約束；(3)采用可組裝可調(diào)節(jié)角度的氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具，使得該快速烤燃實驗系統(tǒng)可廣泛應用于不同大小彈藥的快速烤燃實驗中；(4)增加紅外攝影儀以及熱電偶數(shù)量觀測火場溫度，更利于實驗者對快速烤燃實驗過程彈藥反應與火場溫度變化關(guān)系的分析。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的彈藥快速烤燃實驗系統(tǒng)組成示意圖。

圖2為本發(fā)明的彈藥快速烤燃實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具面板部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具凹槽桿部分結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

結(jié)合圖1，一種彈藥快速烤燃實驗系統(tǒng)，包括彈藥支撐懸掛裝置1、彈藥實驗樣品2、熱電偶3、氣體燃料儲存運輸裝置4、計算機5、信號調(diào)理器6、數(shù)據(jù)采集器7、氣體燃料火焰噴射裝置8、氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具9、烤燃實驗系統(tǒng)固定支撐架10、紅外熱像儀11、高速攝影機12以及水泥基座13；彈藥實驗樣品2通過彈藥支撐懸掛裝置1懸掛或支撐在兩側(cè)氣體燃料火焰噴射裝置8夾角中心線正上方，距離彈藥實驗樣品2中心線的上下左右前后六個方向40～60mm處分別設置若干個熱電偶3，熱電偶3的數(shù)目與彈藥實驗樣品2的大小尺寸相關(guān)，一般小型彈在中心線的上下左右前后六個方向各設置一個，長徑比較大的彈則需要才長度方向按一定比例設置多個；所述熱電偶3分別與數(shù)據(jù)采集器7連接，數(shù)據(jù)采集器7與信號調(diào)理器6連接，計算機5分別與信號調(diào)理器6、紅外熱像儀11和高速攝影機12連接，紅外熱像儀11和高速攝影機12分別位于彈藥實驗樣品2的側(cè)方，分別用于觀察整個過程中火焰溫度分布情況和拍攝烤燃過程。氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具9固定氣體燃料火焰噴射裝置8，所述氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具9與烤燃實驗系統(tǒng)固定支撐架10相連，烤燃實驗系統(tǒng)固定支撐架10用地腳螺栓固定在水泥基座13上。

結(jié)合圖2和圖3，所述彈藥支撐懸掛裝置1和烤燃實驗系統(tǒng)固定支撐架10均通過地腳螺栓固定在水泥基座13上，氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具9包括凹槽桿9-1、滑動機構(gòu)9-2、角度調(diào)節(jié)器9-3、預制帶孔面板9-4、卡扣9-5，所述滑動控制器9-2與角度調(diào)節(jié)器9-3連接在烤燃實驗系統(tǒng)固定支撐架10上，氣體燃料火焰噴射裝置8的桿件與氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具9的預制帶孔面板9-4上的溝槽孔9-6相互配合卡位。氣體燃料火焰噴射裝置8下部穿過溝槽孔9-6，上部卡在凹槽桿9-1之上，形成連桿運動機構(gòu)。當預制帶孔面板9-4以角度調(diào)節(jié)器9-3為軸旋轉(zhuǎn)時，帶動氣體燃料火焰噴射裝置8改變角度，同時支撐氣體燃料火焰噴射裝置8上半部分的凹槽桿9-1則隨著滑動機構(gòu)9-2沿豎直方向運動。

所述預制帶孔面板9-4與角度調(diào)節(jié)器9-3為可拆卸連接，預制帶孔面板9-4之間通過雙卡扣9-5相互固定。預制帶孔面板9-4的寬度決定了氣體燃料火焰噴射裝置8水平排布距離，因此可制作不同寬度標準的預制帶孔面板9-4來調(diào)節(jié)氣體燃料火焰噴射裝置8火焰噴射的密集程度。

工作過程：

將預先準備好的彈藥實驗樣品2通過彈藥支撐懸掛裝置1，懸掛或支撐于氣體燃料火焰噴射裝置8雙排中心線正上方一定高度，通過氣體燃料火焰噴射裝置固定夾具9調(diào)節(jié)氣體燃料火焰噴射裝置8與彈藥實驗樣品2之間的夾角，氣體燃料儲存運輸裝置4向氣體燃料火焰噴射裝置8輸送燃料，通過氣體燃料儲存運輸裝置4的壓力控制器調(diào)節(jié)丙烷流量，進而控制火焰大小，燃料燃燒形成均勻火場，可通過紅外攝像儀觀測火場溫度的基本分布，由熱電偶3測量彈藥實驗樣品2各個方向的溫度，數(shù)據(jù)采集器7采集熱電偶3測量的溫度數(shù)據(jù)，通過信號調(diào)理器6放大，同時高速攝影機對烤燃過程進行拍攝，將烤燃過程的溫度數(shù)據(jù)和圖像分別傳到計算機5中，從而可以得到烤燃過程中彈藥實驗樣品2周圍各特征點溫度隨時間的變化曲線以及對應不同時刻的實驗現(xiàn)象，便于對彈藥快速烤燃實驗特性進行分析。