盒式裝藥火燒溫度的測試范文

本站小編為你精心準備了盒式裝藥火燒溫度的測試參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《火工品雜志》2016年第一期

摘要：

為了測試盒式裝藥在受到火焰燃燒時的安全性能，運用自行設計的測控裝置系統，實時監測盒式裝藥在受到外界火焰燃燒時盒內的溫度變化以及盒外(距盒50mm)火焰燃燒的溫度變化，分析研究了裝藥盒內外溫度與時間的變化，并針對裝藥盒的密封性做了對比實驗。研究發現在相同裝藥條件下，相比不密封的裝藥A，完全密封的裝藥B熱分解峰值溫度較高，裝藥發生燃燒反應的劇烈程度也較大。同時，通過計算其表觀活化能，驗證了自發火溫度與實驗測得結果的一致性，進一步證明了密封裝藥B的熱安定性以及此套測控裝置的可用性。

關鍵詞：

盒式裝藥；溫度；熱分解；測試

混合裝藥在熱作用下，具有自加熱和自催化分解燃燒的危險性[1]。目前，國內關于裝藥的安全性能做了各方面的研究。王淑萍[2]等利用大型沖擊模擬加載裝置對不同密度的高能炸藥藥柱進行了安全性模擬實驗；孫寶平[3]等對侵徹過程中彈體內壁與裝藥摩擦使局部裝藥所能達到的最高溫度做了研究。在此基礎上，本文運用自行設計的測控裝置實時監測盒式裝藥在受到外界火焰燃燒時其裝藥層的溫度變化，并針對裝藥盒的密封性做了具體的對比實驗，測得了不同密封條件下裝藥的反應過程和響應規律，進而反映其安全性能。

1測試系統設計

1.1測試系統組成該測試系統可實現現場實時的信息采集和存儲，之后由計算機處理并再現被存儲數據信號。該測試系統主要由信號調理電路、A/D轉化電路、控制器、電源模塊和時鐘模塊組成。熱電偶和壓力傳感器將測得的外界溫度和壓力信號轉換為微弱的電壓信號，通過信號調理電路將電壓信號放大和濾波，再經A/D轉換電路將模擬信號轉換為數字信號，然后存入存儲器，計算機通過以太網接口電路對數據進行事后讀取。其原理框圖如圖1所示。

1.2傳感器模塊本實驗選用耐高溫、熱響應時間快的WRNK-131K型鎧裝熱電偶。作為測量溫度的傳感器，熱電偶的測溫原理是基于熱電效應[4]。該電偶完全能夠滿足爆炸場溫度測試的需要，具體特征如表1所示。

1.3溫度補償模塊在實際應用中，熱電偶冷端溫度測的一般是環境溫度，無法保持0℃，使用分度表計算會引進誤差，此時選用AD590[5]作為補償傳感器，環境溫度近似看作恒定值。AD590是美國ANALOGDEVICES公司的單片集成兩端感溫電流源，當溫度增加時，流過AD590的電流線性增加，通過在AD590上串聯一個電阻就可顯示出其電流變化。基本性能參數如表2所示。當AD590環境溫度輸出為零時，溫度每增加1℃，其輸出電流增加1μA。按此原理，在AD590旁外接一個42Ω的電阻對熱電偶測得的環境溫度進行補償，并與放大電路的VIN+端相連，通過放大電路的VREF端輸出其環境溫度。

1.4信號調理電路模塊因熱電偶采集的溫度信號非常微弱，故需信號調理電路將微弱的溫度信號放大到合適的量程范圍內。考慮到盒式裝藥燃燒爆炸過程中會受到電磁干擾、工頻干擾等因素的影響，因此信號調理電路放大部分需要選用放大倍數和共模抑制都較高的芯片。本系統選用INA128芯片作放大器。INA128是低功耗、高精度的放大器。其電源電壓低至±2.25V，靜態電流只有700μA，具有非常低的偏置電壓（50mV）、溫度漂移（0.5µV/°C）和高共模抑制（在G=100時，120dB）式（1）中：G為放大倍數，50kΩ是兩個內部反饋電阻之和，這些片內金屬薄膜電阻采用激光進行微調至絕對精度值。對于K型熱電偶，A/D轉換輸入電壓為-2.5～2.5V，輸入溫度信號1000℃時輸出的電勢信號為41.276mV，在此，選擇在引腳1和引腳8之間外接1個電阻RG=0.83kΩ，則對應的放大倍數利用式（1）計算可知為60。

1.5數據采集存儲模塊數據的采集存儲模塊采用北京阿爾泰科技發展有限公司的USB2851數據采集卡。本實驗測試系統使用以太網進行采集，選擇AD模擬量輸入，輸入量程為±2.5V，通道設置為3通道，系統采用AD連續采集功能對3通道的數據進行連續不間斷的采集。在內時鐘模式下，置采樣頻率為25kHz，采樣周期為40μs。

2實驗

2.1實驗裝置實驗選擇在空曠的野外進行。實驗裝置主要由加熱裝置、測試裝置和監控裝置組成，如圖2所示。加熱裝置由柴油桶、裝藥盒（20mm×15mm×10mm）組成。在裝藥盒側面鉆孔插入一根1m的熱電偶，插入深度2mm；另一根0.5m的細鋼管外接壓力傳感器，并在熱電偶和細鋼管之間外接一根φ50mm的鋼管，中間填充石棉，以達到保溫防護的目的。同時，在柴油桶與裝藥盒之間放置插入一根熱電偶以測火焰溫度。為了防止測控設備的毀損，在距離燃燒裝置1m處放置測試裝置。將兩根熱電偶連接線與壓力傳感器連線接于測試裝置。

2.2實驗方案將鈍化HMX（HMX96%，其他5.6%，密度1.84g/cm3）壓制成φ20mm×14mm×6mm的盒式裝藥，壓制兩組。為了研究約束條件對實驗的影響，對比分析密封裝藥與未密封裝藥的裝藥層溫度變化趨勢。本實驗采用前后端分布式控制方式。前端設備為測控任務的“執行者”，燃燒柴油使裝藥盒受熱，傳感器將測得的溫度信號和壓力信號傳到測試裝置處。后端設備為測控任務的“決策者”，通過以太網線將測試裝置與距離其100m處的計算機相連。以太網線作為發送測控任務指令和回傳任務執行結果的信號通道，由人在遠端的主控計算機發出各種主控指令，控制模擬適配放大電路的信號轉換和接收，數據采集存儲模塊將采集到的溫度、壓力信號上傳至計算機進行儲存。該方案有效保證了信號交互的準確性，同時，由于操作人員遠離被測對象，確保了人員的安全。

3實驗結果及數據分析

實驗中測試了不密封裝藥A和密封裝藥B的裝藥層溫度及火焰溫度。圖3為測得的裝藥A裝藥層溫度和火焰溫度的曲線圖。從圖3中可以看出，盒內炸藥溫度上升分為3個階段：第1階段為反應滯期，當溫度達到48.06℃，升溫速率為21℃/min時，火焰溫度通過底板熱傳導至炸藥下表面溫升，說明HMX已開始固態的部分分解；第2階段為HMX的自加速期。當溫度達到191.2℃時，HMX達到了自加速期。因炸藥的熱分解反應是放熱反應，而裝藥盒散熱條件不好，就會形成熱的積累，使其裝藥盒內溫度、壓力一直處于上升趨勢，分解放熱速度加快，溫度升高地更快。隨著溫度的增加，HMX的分解完全連續且劇烈并且伴隨著強烈的自加熱和自催化反應，使凝聚相溫度驟升。第3階段為HMX的燃燒期。當溫度加速到一定程度時，溫度達到裝藥的燃點，即321.71℃。圖3中柴油火焰溫度一直處于上升趨勢，著火之后，瞬態溫度上升較快，而柴油桶內溫度并不高。

從著火143s開始，柴油全部燃燒，桶內瞬態高溫和平均溫度達到較高水平。隨著燃燒的持續，放熱量增加，對裝藥盒提供更多的熱量。根據測得的兩組裝藥溫度——時間曲線和數據繪制出不密封裝藥A和密封裝藥B的溫度——時間對比曲線圖，見圖4。由圖4可看出，隨著時間的增加，兩種裝藥的溫度均為上升趨勢，當溫度達到48.6℃時，裝藥A開始以21℃/min的速率升溫，裝藥B開始以41.8℃/min的速率升溫，進入熱分解的延滯期，即Al-A2（B1-B2）。因裝藥B密封，盒內的散熱量遠遠低于不密封的裝藥A，故裝藥B溫度上升的持續時間長，不會很快達到熱分解加速期。裝藥A與B開始進入加速期的起始溫度相差不大，但在加速期A2-A3（B2-B3）內，不密封裝藥A的分解速率明顯大于密封裝藥B的分解速率，裝藥A開始燃燒的臨界溫度為320.71℃，而裝藥B為382.4℃；隨著時間的增加，不密封裝藥A的分解峰溫為307.4℃，而密封裝藥B為369.2℃，提高了61.8℃。不密封裝藥A因盒內產生的氣體散發出去，沒有發生形變；密封裝藥B盒內熱積累導致溫度升高，壓力也隨之增加，最終導致裝藥盒變形，上層殼體撐開。通過對比兩組實驗可表明：裝藥盒的密封性在一定程度上影響了裝藥的熱安定性。密封裝藥B的熱安定性在一定程度上優于不密封裝藥A的熱安定性。通過分析HMX的熱分解特性，計算其表觀活化能，并驗證其自發火溫度，采用式（2）計算HMX的表觀活化能，其結果見表3。

4結論

通過對不同密封性的盒式裝藥溫度測試的結果進行分析和研究，可以得到以下結論：（1）通過自行設計的測控裝置能夠精確采集溫度—時間變化曲線，結合理論分析裝藥盒受熱分解的反應程度，確定了裝藥的自發火溫度值。（2）密封裝藥B的熱安定性優于不密封裝藥A的熱安定性。（3）改變裝藥盒的密封性在一定程度上影響了裝藥的熱安定性。通過分析HMX的熱分解特性，驗證了自發火溫度與實驗測得結果的一致性，并進一步證明了密封裝藥B的熱安定性。

作者：楊曉波 王鳳英 單位：中北大學化工與環境學院