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CN108061788A - 一种模拟深水爆炸试验用炸药能量输出性能测试方法 - Google Patents

一种模拟深水爆炸试验用炸药能量输出性能测试方法 Download PDF

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CN108061788A
CN108061788A CN201711201661.0A CN201711201661A CN108061788A CN 108061788 A CN108061788 A CN 108061788A CN 201711201661 A CN201711201661 A CN 201711201661A CN 108061788 A CN108061788 A CN 108061788A
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CN
China
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water
gas
test
pressure
closed
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Pending
Application number
CN201711201661.0A
Other languages
English (en)
Inventor
聂建新
梁晓爱
焦清介
郭学永
王秋实
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/22—Fuels; Explosives
    • G01N33/227—Explosives, e.g. combustive properties thereof

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Abstract

本发明涉及一种模拟深水爆炸试验用炸药能量输出性能测试方法，其方法原理为利用点火药包产生高压气体通过活塞实现密闭水罐加压，模拟深水环境；该测试系统包括活塞密闭罐体、注排水系统、测试系统以及压缩气体系统；结合相关理论知识可根据药剂装药质量求解得到压缩水体后的平衡压力，进而通过改变药剂质量调节密闭水罐试验压力。该测试系统与方法具有加压时间短、操作简单、高效安全等特点。

Description

一种模拟深水爆炸试验用炸药能量输出性能测试方法
技术领域
本发明属于水下爆炸威力测试领域。具体涉及一种模拟深水爆炸试验用炸药能量输出性能测试方法。
背景技术
随着深水中资源的逐步开发，利用炸药水下爆破进行水下施工也不断增多，对深水中水下爆炸的威力研究成为一个重要的课题。为了模拟深水环境，已有研究者对密闭高压水罐开展了研究。
魏晓对深水高压环境模拟系统进行了详细的设计(魏晓.深海高压环境模拟系统的设计与研究[D].青岛科技大学,2014.)，使用加压泵对水进行加压，为了保持压力，又加入气体压缩装置对舱内水压进行平衡。此类装置结构复杂，且由于气体的反复卸压和加压，易发生爆炸事故。
钟冬望等使用试压泵通过高压水管和水罐连接，利用电动球阀对进水接口、排水接口、加压接口和卸压接口进行控制(钟冬望,司剑峰,李琳娜,何理,朱宽,刘建程,黄小武,殷秀红,操鹏.模拟深水环境爆炸试验用容器的加压系统及其使用方法[P].湖北：CN103823037A,2014-05-28.)。
总结发现，利用加压泵方式模拟深水环境，试验周期长，实验成本高，设计系统复杂，加压泵需要较大的供水流量。故目前急需一种可便捷安全地模拟深水中高压环境的装置。
发明内容
本发明给出一种利用爆炸产生高压气体对液体进行加压模拟深水环境的方法；为实现上述目的，本发明在如图1的一种模拟深水水下爆炸试验中水罐测试装置中，采用的技术方案为：
步骤一、活塞通过固定销(2)固定，通过放物口(17)在固定架(4)中心悬挂炸药(5)，炸药通过起爆线，与起爆器(6)连接，其他位置悬挂爆炸测试传感器(7)，同时在壁面放置一静水压传感器(8)，传感器连接信号调节仪(9)与数据采集计算机(10)组成测试装置；
步骤二、关闭排水阀门(14)，通过注水口(11)向下罐体(3)注满水后保持密闭；
步骤三、通过顶盖(18)向上罐体(12)放入理论计算合适质量的高产气药剂(13)，点火装置通过导线与起爆器(6)连接，随后关闭排气口(16)，使其密闭；
步骤四、进行上罐体燃烧实验，起爆器(6)启动高产气药剂(13)的点火装置，高产气药剂(13)产生的高压气体膨胀，并和上罐体(12)内气体混合，形成稳定高压气体。
步骤五、拔出固定销(2)，高压气体作用于活塞(1)，对下罐体(3)内水体加压，水体压力增加，当数据采集计算机(10)接收到静水压传感器(8)测得水体压力达到试验要求的预设压力，即可通过采集计算机(10)发送信号给起爆器(6)，从而引爆炸药(5)，进行模拟深水爆炸实验。
步骤六、试验结束后可将废水通过排水口(14)排到废水池(15)进行处理，废气通过排气口(16)排出。
根据药剂质量计算压缩水体平衡压力的方法如下：
抽象实体模型为几何模型，设h1为气体空腔的高度，h2为液体初始高度，r为罐体半径。初始气体与水压力均为p0，上罐体气体空腔燃烧后平衡压力为p1，水压缩后气体与水的压力为p1'和p2'，腔体改变的高度为Δh。
针对气体膨胀，根据真实气体的状态方程：采用范德华方程
式中a，b称为范德华常数。
若气体进行的是一个绝热过程：
pVγ＝C (2)
其中C为常数，代入
V＝Sxh (3)
可得
phγ＝C (4)
对于膨胀前后的气体，若横截面积S不变，有：
针对液体压缩，液体压缩体积模量k为：
方程中Δp为液体变化的压强，ΔV为变化的体积，V0为原始体积。
根据压缩前后
p′1＝p′2
可计算得到p2′。
附图说明
图1是本发明涉及的一种模拟深水爆炸试验用气体压缩密闭水罐测试装置图。
具体实施方式
下面结合实例给出本发明的进一步描述。
算例1：
已知一Φ2x2.2m圆柱形罐，
h1＝0.2m，h2＝2m，r＝1m
初始空气体积p0＝105Pa，水的体积模量k＝2.18×109Pa，绝热系数γ＝1.4，则上罐体体积，
V0，a＝πR2h1＝0.6283m3
某高产气药剂9.45Kg在0.027m3(V1，a)体积可产生500MPa(p1，g)压力，
p1，g＝500MPa，V1，a＝0.027m3
将该质量药剂放入上罐体，计算水压缩后高度变化Δh与平衡压力气体p′2。
上罐体燃烧后平衡压力为：
设水压缩后气体与水的压力为p′1和p′2，
由气体状态方程：
和水压缩方程：
求解得到：
Δh＝0.018m
p′2＝19.2MPa
通过计算，水压缩达到平衡状态时压力19.2MPa，相当于1920m水深内的水压，满足模拟深水爆炸试验需求。

Claims (3)

1.一种模拟深水爆炸试验用炸药能量输出性能测试方法，其特征在于：一种模拟水下爆炸试验用水罐爆炸威力测试装置，其使用方法为：
步骤一、活塞通过固定销(2)固定，通过放物口(17)在固定架(4)中心悬挂炸药(5)，炸药通过起爆线，与起爆器(6)连接，其他位置悬挂爆炸测试传感器(7)，同时在壁面放置一静水压传感器(8)，传感器连接信号调节仪(9)与数据采集计算机(10)组成测试装置；
步骤二、关闭排水阀门(14)，通过注水口(11)向下罐体(3)注满水后保持密闭；
步骤三、通过顶盖(18)向上罐体(12)放入理论计算合适质量的高产气药剂(13)，点火装置通过导线与起爆器(6)连接，随后关闭排气口(16)，使其密闭；
步骤四、进行上罐体燃烧实验，起爆器(6)启动高产气药剂(13)的点火装置，高产气药剂(13)产生的高压气体膨胀，并和上罐体(12)内气体混合，形成稳定高压气体；
步骤五、拔出固定销(2)，高压气体作用于活塞(1)，对下罐体(3)内水体加压，水体压力增加，当数据采集计算机(10)接收到静水压传感器(8)测得水体压力达到试验要求的预设压力，即可通过采集计算机(10)发送信号给起爆器(6)，从而引爆炸药(5)，进行模拟深水爆炸实验；
步骤六、试验结束后可将废水通过排水口(14)排到废水池(15)进行处理，废气通过排气口(16)排出。
2.如权利要求1所述一种模拟深水爆炸试验用气体压缩密闭水罐测试系统与方法，其特征在于：步骤三所述通过理论计算得到满足试验要求合适药剂质量的方法。
3.如权利要求1所述一种模拟深水爆炸试验用气体压缩密闭水罐测试系统与方法，其特征在于：步骤五所述测量水压传感器信号触发炸药引爆方法。
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