[发明专利]电引火药头发火压力测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及火工品测试技术，特别涉及电引火药头发火压力的测试。

背景技术

常用的延期电雷管，其延期药的点火方式为电引火药头受热燃烧点火。目前，我国常用的电引火药头多为桥丝式、钢片式，在其上涂有一定量的点火药，通电后桥丝或钢片升温引燃点火药，为延期药提供起始能量。电引火药头产生的发火压力会使延期药的点火时间、燃烧环境压力和燃烧速度不同，从而影响延期电雷管的延期精度。所以对电引火药头发火压力的测试还是尤为重要的。

发明内容

本发明提供的电引火药头发火压力测试方法及装置，能够精确测量出电引火药头发火压力及其动态变化，可作为评估电引火药头性能及测量电引火药头发火压力对延期药延期精度影响的一种测试手段，为提高延期电雷管精度提供理论指导。

本发明采用的技术方案是：真空条件下，设计一个与电引火药头接触的飞片，利用高速摄像机拍摄电引火药头发火过程中飞片在测试管中的运动轨迹，简化成物理模型，利用数学手段处理飞片运动模型的相关数据，求解飞片的受力，即为所测电引火药头的发火压力。

其理论推导为：

飞片为质量m，半径R、厚h的均质刚性圆片，在下述测试过程中受到冲击，飞片在测试管中一边以飞片中心旋转，一边向前运动；表明作用于飞片的力包括：使飞片旋转的扭矩和推动飞片平动的轴向压力。将飞片运动过程分解成定轴旋转运动和沿测试管平动两个过程，分别求解电引火药头发火时产生的扭矩和轴向压力。

对飞片定轴旋转过程：

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

dJ＝r²dm(1)

dm＝ρdV＝ρ·2πrhdr(2)

式(2)中ρ为飞片密度，dV为薄圆环的体积，将式(2)代入式(1)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)可得：J与h无关，即飞片绕圆心轴线的转动惯量与其厚度无关；

飞片转动所受合扭矩为：

M＝J·β(7)

式(7)中，M为飞片转动所受合扭矩，β为飞片转动角加速度；

β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，其多项式方程:

α＝A₀+A₁T¹+A₂T²+A₃T³+A₄T⁴+…A_nTⁿ(8)

式(8)中，A₀…A_n为待定系数；式(8)对时间T连续两次求导，得飞片绕圆心轴线转动角加速度β与时间T的函数关系：

β＝2A₂+6A₃T¹+12A₄T²…(n-1)nA_nT^n-2(9)

通过式(9)，可求解任意时刻飞片绕圆心轴线旋转的瞬时角加速度β；

将式(6)代入式(7)得：

式(10)中，M值即为电引火药头发火过程产生的扭矩；

式(10)中，将飞片旋转角加速度β，飞片质量m看作常数，变换得：

式(11)可知：合扭矩M与R²成正比，且在飞片半径范围内呈连续线性变化，扭矩M单位为N·m，将其对飞片半径求导，得飞片所受扭矩力F_r沿飞片半径的分布函数：

式(12)中，将飞片旋转角加速度β、飞片质量m看作常数，飞片所受扭矩力F_r沿着飞片半径R呈线性增长，且飞片中心(R＝0)处作用力F_r＝0，则飞片所受扭矩力的平均值为：

飞片及测试管均采用刚性材料，两者的转动摩擦力忽略不计，将式(9)带入式(13)整理，得飞片所受扭矩力的平均值