爆发器内壁温度测试的实验研究

　　1　引　言

　　爆发器是内弹道实验研究中经常采用的装置,可以获得模拟的内弹道过程。以测试压力-时间曲线(即p-t曲线)为主的爆发器测试技术一直是火药燃烧性能测试研究的主要手段之一,其研究的成果对弹道参数、弹道模拟以及火药的配方、工艺研究、生产的质量检验、贮存使用等均具有重要的指导意义[1]。随着科学技术的进步,特别是计算机技术和现代传感器技术的应用,爆发器内壁温度测试技术的测试精度已接近1×10-2量级[2],但爆发器内温度测试问题的研究至今还未见到公开报道。对爆发器内壁温度进行测试,是研究火炮身管内壁烧蚀、身管弯曲、射弹留膛自燃引发自爆等问题的基础,具有重要的理论价值与巨大的经济效益。

　　目前获得爆发器内壁温度的方法主要是采用传热学理论进行计算。首先利用内弹道模型获得火药燃烧形成热气流的温度-时间曲线(即T-t曲线),然后运用对流换热的经验公式,求解爆发器壁内温度分布,获得内壁温度。由于该方法涉及到内弹道模型与求解,模型建立过程对真实物理过程进行了简化处理,求解过程存在微分方程离散化处理误差以及经验对流换热关系式本身的误差,使求解得到的内壁温度与真实温度差别较大。因此对爆发器内壁温度测试技术进行研究具有重要意义。

　　2　实验装置与原理

　　由于爆发器内火药燃烧过程的强瞬态性,内壁温度的变化必然也要经历瞬态性较强的过程,因此对测试传感器的动态特性提出了很高的要求。本实验中采用专门设计的温度传感器,其结构如图1所示,热电偶丝端部与封套为面接触,H1为传感器封装厚度,其值要求很小,因此测试的延时可忽略不计。

　　测试爆发器内壁温度的实验装置如图2所示。在爆发器侧壁上开一个盲孔和一个通孔。将专用传感器S1(H1=0·298 mm)旋入通孔中,传感器S2旋入盲孔中。然后分别外接到多通道瞬态测试仪,再接到记录仪器(由PC机及专用软件构成)。通孔中传感器S1的端面位置与爆发器内壁面持平;盲孔中传感器S2与盲孔端面充分接触,尽量减小传感器端面与盲孔接触之间的间隙,H2为传感器S2实际感温元件距爆发器内壁的距离,加工时要求盲孔底部的厚度为5.0 mm,H2的具体数值由S1、S2的测试结果计算确定(下文将详细叙述);K为开关,用于启动点燃点火药A所需的电流;连线1-2将旋入式压力传感器D与多通道瞬态测试仪接通,用于测试爆发器内压力随时间的变化规律,即测试压力-时间曲线,以确定燃烧过程的开始,即内壁温度变化的起始时刻。

　　闭合开关K的同时接通多通道瞬态测试仪以及记录仪,接通电流使点火药A点燃,从而点燃火药B,B着火燃烧产生的热空气压力及其随时间变化的规律由D及记录仪记录,产生的温度由温度传感器S1、S2及记录仪记录,直到压力达到一定值后,排气装置C被冲开进行排气,完成一次实验过程。