[发明专利]一种中低温高速撞击试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种中低温高速撞击的试验方法，使用一种中低温高速撞击试验装置，所述的中低温高速撞击试验装置，包括火药炮、电磁测速器（9）、靶架（27）、环境箱（22）、温控系统、防护罐体（19）；

所述防护罐体（19）为弹丸撞击试验的安全防护装置；防护罐体（19）开设有穿引线缆和管道的通孔（21）；防护罐体（19）的一端设有罐门（20）；在防护罐体（19）的侧方开有法兰窗口（44）；

所述防护罐体（19）内部设有一个试验台面（18）及为罐内提供照明的灯具（43）；

火药炮、环境箱（22）安装在与防护罐体（19）连接的试验台面（18）上；环境箱（22）内设置有靶架（27）、液氮蒸发板（33），靶架（27）通过靶架基座（28）与环境箱（22）连接；温控系统的管线通过穿引法兰盘（26）与环境箱（22）连接；温控系统的制冷管路连接自增压液氮罐（35）；电磁测速器（9）与火药炮的可拆卸炮管（1）连接，并通过线缆与示波器（42）相连；

所述火药炮包括可拆卸炮管（1）、弹仓（2）、炮体前端座（3）、炮体尾座（4）、锁紧螺栓（5）、弹丸（6）、弹药（7）、撞针（8）、击发装置及炮架（17）；

所述可拆卸炮管（1）一端设有外螺纹及沉孔，可拆卸炮管（1）通过螺纹与炮体前端座（3）连接，其沉孔底面与弹仓（2）的小径端面配合，弹仓（2）大径端面与炮体前端座（3）的内孔底面配合；

所述弹仓（2）的小径端中心孔放置弹丸（6）；弹仓（2）的大径端有一个弹室，弹药（7）弹身的一部分位于其中；弹仓（2）和可拆卸炮管（1）的中心轴孔在装配后保持同轴状态，且二者与炮体尾座（4）的中心轴孔保持非同轴状态；所述炮体前端座（3）通过炮架（17）与防护罐体（19）连接，炮体前端座（3）通过两根锁紧螺栓（5）与炮体尾座（4）连接；所述炮体前端座（3）的一端加工有内螺纹孔，用以连接可拆卸炮管（1），另一端加工有与螺纹孔相通的圆形通孔，弹药（7）的弹尾部分位于圆形通孔内；

所述炮体尾座（4）沿轴心开有通孔，撞针（8）位于通孔内，并且位置与炮体前端座（3）的圆形通孔相对；炮体尾座（4）与炮体前端座（3）通过两根锁紧螺栓（5）连接锁紧；

所述击发装置位于炮体尾座（4）后侧，击发装置通过底盘（14）与炮体尾座（4）连接；所述击发装置包括撞击杆（10）、螺旋弹簧（11）、导向基座（12）、保险板（13）、底盘（14）、固锁插销（15）以及拉手（16）；

所述导向基座（12）安装在底盘（14）上，导向基座（12）加工有两个相通的导向轴孔，大孔内放置一个螺旋弹簧（11），螺旋弹簧（11）有三分之一的部分露出导向基座（12）之外；小孔内放置撞击杆（10）；

所述撞击杆（10）一端与撞针（8）接触，撞击杆（10）的杆身装配在螺旋弹簧（11）及导向基座（12）小孔内部，撞击杆（10）另一端的端部加工有拉手（16）；拉动所述拉手（16）可使撞击杆（10）压缩螺旋弹簧（11）并沿导向基座（12）的导向轴孔自由伸缩滑动；

在所述撞击杆（10）上设有第一“U”形槽，导向基座（12）上设有对应的第二“U”形槽；拉动撞击杆（10）向后滑动时，第一“U”形槽和第二“U”形槽的槽口对齐；将固锁插销（15）插在两个 “U”形槽豁口之间，使螺旋弹簧（11）处于压缩状态，撞击杆（10）固定不动；固锁插销（15）尾端的拉绳（45）从防护罐体（19）的侧方引出防护罐体（19）外；

所述保险板（13）安装在底盘（14）上，位于在撞针（8）尾部与撞击杆（10）头部之间；

所述靶架（27）固定在环境箱（22）底部的靶架基座（28）上，并可在靶架基座（28）上做水平移动；靶架（27）上装有靶材定位卡盘（29），靶材（30）安装在靶材定位卡盘（29）上；

所述环境箱（22）内层为不锈钢板，外层为聚四氟乙烯隔热板，环境箱（22）顶部有活动盖板（23），在环境箱（22）面向炮口一侧，由窗口法兰（24）及窗口法兰盘（25）组成入射窗口，该入射窗口与可拆卸炮管（1）相对，在窗口法兰（24）与窗口法兰盘（25）之间夹装铝箔；环境箱（22）的背面靠近盖板（23）的位置有一个管线穿引法兰盘（26），液氮输入管（37）和安装装有漏斗（39）的排气管从管线穿引法兰盘（26）穿过，进入环境箱（22）内部；液氮输入管（37）与自增压液氮罐（35）连接，环境箱（22）下部设有冷却介质排放管，由环境箱（22）内部延伸至防护罐体（19）外部，管头上安装一个手动低温阀门（40）；

在所述环境箱（22）内设置钢制的防护屏（34），防护屏（34）将靶架（27）围在其中，其面向窗口法兰（24）的一侧开有与窗口法兰等直径圆孔，该圆孔中心与窗口法兰（24）中心同轴；

所述温控系统包括自增压液氮罐（35）、低温电磁阀（36）、液氮输入管（37）、液氮喷头（38）、液氮蒸发板（33）、双输出数显温控仪（41）；液氮经自增压液氮罐（35）流经低温电磁阀（36）、液氮输入管（37）再经过液氮喷头（38）喷射到液氮蒸发板（33）上，液氮蒸发板（33）位于环境箱（22）内的靶架基座（28）上；双输出数显温控仪（41）上有两块控温仪表，分别为第一温控仪表和第二温控仪表；所述的第一温控仪表用于控制环境箱（22）内温度，第一温控仪表的第一热电偶（32）探头的位置距离靶材（30）中心10~20mm；第二温控仪表用于监控靶材（30）的温度，第二温控仪表的第二热电偶（31）探头贴合在靶材（30）上；

所述温控系统还包括用于中温控制的红外加热灯组；在做中温试验时，在环境箱（22）内侧放置两个红外灯组，红外灯组固定在防护屏（34）上，靶架（27）放置在防护屏（34）中间；

其特征在于，在中温或低温进行高速撞击试验的方法，中温为室温至250℃；低温为-196℃至室温，包括如下步骤：

（1）、安装靶材（30）：在所述防护罐体（19）内的试验台面（18）上，将所述靶材（30）装卡到靶材定位卡盘（29）上，然后再将靶材定位卡盘（29）装配到靶架（27）上；调整靶材（30）与入射窗口的位置关系，使待测靶材（30）的预碰撞部位与入射窗口中心同轴，使靶材（30）平面与入射方向垂直；

（2）、低温环境的准备，对于低温高速撞击试验，执行此步：调整所述液氮蒸发板（33）与靶材（30）的距离及角度，调整液氮喷头（38）与液氮蒸发板（33）之间的距离；并将第一温控仪表的第一热电偶（32）放置在距离靶材（30）中心10~20mm的位置，将第二热电偶（31）贴合在靶材（30）上；分别将低温电磁阀（36）输出导线、第一温控仪表的第一热电偶（32）和第二温控仪表的第二热电偶（31）的补偿导线与双输出数显温控仪（41）连接；

将所述防护屏（34）放到所述环境箱（22）内，使靶架（27）置于防护屏（34）中；盖上环境箱（22）的活动盖板（23）；

（3）、中温环境的准备，对于中温高速撞击试验，跳过第（2）步，并执行此部：将两组红外加热灯组安装到防护屏（34）上；并将第一温控仪表的第一热电偶（32）放置在距离靶材（30）中心10~20mm的位置，将第二温控仪表的第二热电偶（31）贴合在靶材（30）上；在环境箱（22）内，分别将红外加热灯组的电源线、第一温控仪表的第一热电偶（32）和第二温控仪表的第二热电偶（31）的补偿导线与双输出数显温控仪（41）连接；盖上环境箱（22）的活动盖板（23）；

（4）、装弹丸：将所述弹丸（6）涂抹上真空脂后从弹仓（2）的小径端孔塞入，用细杆将弹丸（6）推到弹仓（2）底部；将所述弹仓（2）小径端与可拆卸炮管（1）入射口沉孔装配；

（5）、安装炮管：将装上弹仓（2）和弹丸（6）的可拆卸炮管（1）拧入炮体前端座（3）；

（6）、装弹药：将弹药（7）塞入炮体前端座（3）和弹仓（2）大径端所形成的弹室内，并使弹尾底面与弹仓（2）尾端面齐平；

（7）将所述炮体尾座（4）通过锁紧螺栓（5）与炮体前端座（3）装配；

（8）、将装配好的炮体前端座（3）和炮体尾座（4）安装到炮架（17）上；调节炮管（1）的出口，使其对准靶材（30）；将电磁测速器（9）连接到炮管（1）的出口端；再次校准测速管口与靶材（30）的位置关系；（9）将所述撞针（8）放入炮体尾座（4）沿轴心开的通孔内，使撞针（8）接触到弹药（7）底部边缘；

（10）、将保险板（13）安装在底盘（14）上，防止在操作过程中可能对撞针（8）产生误撞击；

（11）、调整击发装置：首先拉动撞击杆（10）尾端拉手（16），使撞击杆（10）向后退至撞击杆（10）上的横向第一“U”形槽与导向基座（12）上的横向第二“U”形槽对齐；将固锁插销（15）插入两个“U”形槽中，限定撞击杆（10）的位置，此时螺旋弹簧（11）处于被压缩的状态；

（12）将调整好的击发装置安装到炮体尾座（4）上；

（13）冷却靶材（30）：对于低温高速撞击试验，执行此步：开启所述自增压液氮罐（35）的排液阀，启动双输出数显温控仪（41）；液氮流进低温电磁阀（36）、液氮输入管（37）和液氮喷头（38）被喷射至液氮蒸发板（33）的表面，液氮被雾化，从而对靶材（30）和环境箱（22）实施冷却；同时启动双输出数显温控仪（41），对靶材（30）实施降温；

（14）、加热靶材（30），对于中温高速撞击试验，跳过第（13）步，并执行此步：开启红外加热灯组，加热靶材（30）；同时启动双输出数显温控仪（41），对靶材（30）实施升温；

（15）、调整所述示波器（42）的控制界面，保持初始测量状态；监控靶材（30）温度和保温时间；

（16）、待靶材（30）到达预设温度并保温足够时间后，关闭防护罐体（19）的罐门（20），实验人员撤离至防护罐体（19）侧面；

（17）、通过防护罐体（19）侧方的法兰窗口（44）拉动保险板（13）回到初始位置；

（18）、拉动从防护罐体（19）的侧方法兰窗口（44）引出的拉绳（45），将固锁插销（15）从“U”形槽中拉出并脱离导向基座（12）；此时，处于压缩状态的螺旋弹簧（11）被释放并推动撞击杆（10）撞击撞针（8），撞针（8）触发弹药（7）瞬燃，导致高温、高压气体膨胀，驱动弹丸（6）从炮口射出，撞击靶材（30）；

（19）、计算弹丸（6）的飞行速度V，弹丸速度利用公式V=L/t技算，其中，L为电磁测速器（9）的两个法拉第环之间的距离，t为弹丸（6）飞过两个法拉第环所产生电信号的时间间隔，即弹丸（6）在电磁测速器（9）中的飞行时间；利用示波器（42）采集电磁测速器（9）发出的电信号，并记录弹丸（6）的飞行时间t；计算弹丸速度；

（20）、停止制冷或加热，使环境箱（22）和靶材（30）的温度自然恢复至室温；对于低温撞击试验，关闭冷却介质输送管路上的低温电磁阀（36），打开环境箱（22）的手动低温阀门（40），将残余冷却介质放出并回收；对于中温撞击试验，关闭红外加热灯组的电源；

（21）、待环境箱（22）和靶材（30）的温度恢复至接近室温后，打开环境箱（22）的活动盖板（23），从靶材定位卡盘（29）上取下靶材（30）；

（22）、从火药炮的可拆卸炮管（1）取下电磁测速器（9）；

（23）、从炮架（17）上取下火药炮，依次卸下击发装置、撞针（8）、锁紧螺栓（5），将炮体尾座（4）与炮体前端座（3）分离；卸下可拆卸炮管（1），取出弹仓（2）；

（24）、从弹仓（2）里取出弹药（7）的空弹壳，清理弹仓（2）和可拆卸炮管（1）；

（25）、试验完毕，重复上述步骤，进行下一次试验。