利索能及
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专利号: 2016110521593
申请人: 安徽理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电引火药头发火能量测试方法,其特征在于,与所述测试方法配套的测试装置包括:测试管、飞片、固定塞、真空箱、高速摄像机、记录装置、真空泵、数据处理系统和测温装置;所述测试管为一根长550mm,内径10mm,壁厚1.50mm的中空透明石英管,设有量程为

550mm的刻度线,相邻刻度值为1mm;所述飞片为圆片结构,材质为石英,直径9.96mm,厚1mm,所述飞片的侧面等间距设360条刻线,相邻两条刻线对应圆心角为1°;所述固定塞外径

10mm,中轴设孔径8mm的孔,与电引火药头上塑料塞的外径一致;所述真空箱为一长方体透明箱,设有抽气孔、发爆器;所述测试方法包括以下步骤:将电引火药头发火能量转化为飞片所受能量,飞片所受动能与热能之和即为所测电引火药头发火能量;

推导为:

电引火药头发火能量转化为动能的部分,包括飞片转动动能和平动动能:飞片为质量m,半径R、厚h的均质刚性圆片,测试过程中受到冲击,飞片在测试管中一边以圆片中心旋转,一边向前运动;将该过程分解成定轴旋转运动和沿测试管平动两个过程,求解飞片的动能,即电引火药头发火能量转化为动能的部分;

对飞片定轴旋转过程:

将飞片看成由若干薄圆环组成,取任一半径r、宽度dr、质量为dm的薄圆环,此薄圆环的转动惯量dJ为:dJ=r2dm   (1)

其中

dm=ρdV=ρ·2πrhdr   (2)ρ为飞片密度,dV为薄圆环的体积;将式(2)代入式(1),整理得:dJ=2πr3hρdr   (3)

将式(3)在飞片半径范围内进行积分,求解飞片绕中心轴转动惯量J:

将式(5)代入式(4)得:

由式(6)可知:J与h无关,即飞片绕中心轴线旋转的转动惯量与厚度无关;

飞片转动动能:

式中,ER为飞片转动动能,ω为飞片转动角速度;

ω的求解方法:高速摄像机拍摄侧面设有刻线的飞片在测试管内的转动轨迹,采集飞片转动角度与所对应的时间,利用数据处理系统拟合飞片转动角度α与时间T的函数关系,多项式方程:α=A0+A1T1+A2T2+A3T3+A4T4+…AnTn   (8)式(8)中,A0…An为待定系数;式(8)对时间T求导,得飞片绕中心轴线转动角速度ω与时间T的函数关系:

通过式(9),求解任意时刻飞片绕中心轴线旋转的瞬时角速度ω;

将式(6)、(9)代入式(7)得:

通过式(10),求解出飞片绕圆心轴线旋转的转动动能及动态变化;

对飞片沿测试管平动过程:

高速摄像机拍摄测试管内飞片平动轨迹,采集飞片平动距离与所对应的时刻,利用数据处理系统拟合飞片平动距离D与时间T的关系,多项式方程:D=B0+B1T1+B2T2+B3T3+B4T4+…BnTn   (11)式(11)中:B0…Bn为待定系数,式(11)对时间T求导,得飞片平动速度v与时间T的多项式方程:

由动能定理:

将式(12)带入式(13):

由式(14)求解飞片平动动能EL及动态变化;

电引火药头发火能量转化为热能的部分,使测试管升温:设测试管比热容为C、质量为M,室温为t0,用测温装置测量测试管在电引火药头发火过程温度值t的动态变化:t=C0+C1T1+C2T2+C3T3+C4T4+…CnTn   (15)测试过程,测试管温度t与室温之间的温度差Δt随时间的变化为:Δt=t-t0=C0+C1T1+C2T2+C3T3+C4T4+…CnTn-t0   (16)则转化为热能的能量Q为:

Q=C·M·Δt=C·M·(C0+C1T1+C2T2+C3T3+C4T4+…CnTn-t0)   (17)电引火药头发火能量E为:

E=ER+EL+Q   (18)

根据式(8)先拟合出飞片绕圆心轴线旋转的角度α与时间T的函数关系,式(9)求解飞片转动角速度ω与时间T的函数关系,结合式(9)、(10)及飞片质量m、飞片半径R,求解飞片转动动能ER及动态变化;再由式(11)拟合出飞片平动距离D与时间T的函数关系,由式(12)求解飞片平动速度v与时间T的函数关系,结合式(12)、(14)及飞片质量m,求解飞片平动动能EL及动态变化;式(15)、(16)、(17)结合测试管比热容C、测试管质量M、室温t0,求解电引火药头发火能量转化为热能的部分及动态变化;根据式(10)、(14)、(17)及(18),求解电引火药头发火能量E及动态变化。