CN118391680B - 基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置 - Google Patents
基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118391680B CN118391680B CN202410676926.6A CN202410676926A CN118391680B CN 118391680 B CN118391680 B CN 118391680B CN 202410676926 A CN202410676926 A CN 202410676926A CN 118391680 B CN118391680 B CN 118391680B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wire mesh
- combustion
- combustion pipe
- assembly
- mesh
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005474 detonation Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 129
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 31
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 103
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 103
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 36
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 23
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 16
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 9
- 230000009172 bursting Effects 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 SUS304 Substances 0.000 claims description 3
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 3
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 claims description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 46
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 44
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 2
- 101001121408 Homo sapiens L-amino-acid oxidase Proteins 0.000 description 1
- 101000827703 Homo sapiens Polyphosphoinositide phosphatase Proteins 0.000 description 1
- 102100026388 L-amino-acid oxidase Human genes 0.000 description 1
- 102100023591 Polyphosphoinositide phosphatase Human genes 0.000 description 1
- 101100012902 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) FIG2 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100233916 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) KAR5 gene Proteins 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
- F23Q3/00—Igniters using electrically-produced sparks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置,包括配气组件、与配气组件连接的燃烧管道组件、设置在燃烧管道组件内的金属丝网和点火组件以及与燃烧管道组件末端连接的发射组件。本发明首次采用金属丝网触发可燃气体爆轰,极大增加了可燃气体燃烧时所产生的瞬时超压与火焰传播速度;并结合化学助燃法,在金属丝网表面涂覆强氧化剂涂层(高锰酸钾),当气体燃烧时的火焰经过涂有强氧化剂涂层的金属丝网时,会促进燃烧反应速度,进一步提高气体燃烧时产生的超压与火焰速度,从物理(湍流作用)和化学(助燃)两方面强化燃烧的瞬时能量释放,产生强大推力,实现超高速发射。
Description
技术领域
本发明涉及气体爆轰技术领域,特别涉及一种基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置。
背景技术
爆轰是一种高速释放能量的化学反应过程,在这一过程中会产生高压和高速的爆轰波。目前,利用爆轰过程中产生的高压和高速爆轰波作为超高速发射系统的动力源是一项热点研究,因为相比之下爆轰发射系统产生的推力远高于传统发射装置。
目前,触发气体爆轰的实验方法主要有利用风洞技术将可燃气体加速至高速后再点燃起爆,以及采用多级点燃的方法逐级加压可燃气体使其达到高压态从而引发爆轰。然而,不论利用风洞技术将可燃气体加速从而实现爆轰还是采用多级点燃逐级加压可燃气体实现爆轰都存在很大缺点。前者对实验条件要求较高很难实现大规模利用,后者在相同实验工况下消耗燃料较多,经济性较差,也不利于普及运用。
所以,现在有必要对现有技术进行改进,以提供更可靠的方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置。鉴于目前各类触发气体爆轰实验方法的种种缺陷,本发明专利首次采用金属丝网结构触发可燃气体爆轰,在同工况下,极大增加了可燃气体在燃烧时所产生的瞬时超压与火焰速度。并结合化学助燃法,在金属丝网表面涂覆强氧化剂(高锰酸钾等),当火焰经过涂有氧化剂涂层的金属丝网时,会促进燃烧反应加速火焰传播,能够进一步提高气体燃烧时产生的超压与火焰速度,从物理(湍流作用)和化学(助燃)两方面促进燃烧,增强瞬时能量释放,产生强大推力。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置,包括配气组件、与所述配气组件连接的燃烧管道组件、设置在所述燃烧管道组件内的金属丝网和点火组件以及与燃烧管道组件末端连接的发射组件;
所述配气组件用以向所述燃烧管道组件中提供燃料;
所述燃烧管道组件包括前端燃烧管道和后端燃烧管道,所述后端燃烧管道内部末端设置有压力积蓄元件,所述压力积蓄元件用以为燃烧管道提供积蓄压力的作用,并能够在压力达到压力阈值后,通过打开压力积蓄元件或是使压力积蓄元件破裂而释放压力,从而为所述发射组件提供推动力;
所述金属丝网密封连接在前端燃烧管道和后端燃烧管道之间,所述金属丝网上密集设置有连通所述前端燃烧管道和后端燃烧管道的丝网孔;
所述发射组件包括与所述后端燃烧管道末端连接的发射件主体、设置在所述发射件主体内且可相对所述发射件主体滑动的滑件,待发射物设置在所述发射件主体内处于所述滑件前方的位置;
进行发射时,所述配气组件向燃烧管道组件输送燃料,通过点火组件点燃后,火焰向后传播,通过金属丝网后在后端燃烧管道内加速至爆轰状态,当后端燃烧管道内的压力达到压力阈值后,燃烧产生的气流突破所述压力积蓄元件,推动滑片将待发射物射出,完成发射。
优选的是,所述配气组件包括燃料储存容器、连通所述燃料储存容器至所述前端燃烧管道的燃料输送管道以及设置在所述燃料输送管道上的阀门;
所述燃料储存容器中的燃料为气体燃料。
优选的是,所述压力积蓄元件为爆破片、膜片或压力触发阀门。
优选的是,所述点火组件包括插入所述前端燃烧管道内部的点火电极以及与所述点火电极连接的点火器,通过所述点火器控制点火电极产生电火花来点燃所述前端燃烧管道内的燃料。
优选的是,所述金属丝网固定连接在前端燃烧管道和后端燃烧管道之间;
所述前端燃烧管道和后端燃烧管道的内径相同,两者之间通过法兰连接,连接处通过密封件密封。
优选的是,所述金属丝网上的所述丝网孔为无序且不规则的开放孔结构,所述丝网孔的孔隙率在60%~95%之间,长径在1:1~5:1之间。
优选的是,所述金属丝网是按照前端燃烧管道和后端燃烧管道的内径,通过将丝网编制、压制成型后得到;
所述丝网的材质为FeCrAl合金、SUS304、黄铜或铝合金。
优选的是,所述金属丝网表面具有强氧化剂层。
优选的是,在所述金属丝网上形成强氧化剂层的方法包括以下步骤:
S1、金属丝网预处理:将金属丝网在丙酮溶液中并超声处理,取出后用去离子水清洗,再将其置于硝酸溶液中超声取出后用去离子水清洗,得到预处理后的金属丝网;
S2、将预处理后的金属丝网置于马弗炉内焙烧,自然冷却至室温;
S3、将经步骤S3焙烧处理后的金属丝网浸入高锰酸钾水溶液中进行处理;
S4、将金属丝网取出,离心;
S5、将离心后的金属丝网悬挂干燥,从而在金属丝网上形成强氧化剂层。
优选的是,该强氧化剂层为高锰酸钾层,在所述金属丝网上形成强氧化剂层的方法包括以下步骤:
S1、金属丝网预处理:将金属丝网在丙酮溶液中并超声处理20min,取出后用去离子水清洗,再将其置于硝酸溶液中超声10min,取出后用去离子水清洗,得到预处理后的金属丝网;其中,硝酸溶液为10mL质量分散65%的硝酸加去离子水至200mL得到的混合溶液;
S2、将预处理后的金属丝网置于马弗炉内900℃下焙烧180min,自然冷却至室温;
S3、取6.38g高锰酸钾加入100mL去离子水中,完全溶解后得到高锰酸钾水溶液,将经步骤S3焙烧处理后的金属丝网浸入高锰酸钾水溶液中60min;
S4、将金属丝网取出,1000rpm下离心5min;
S5、将离心后的金属丝网悬挂干燥24h,从而在金属丝网上形成强氧化剂层。
本发明的有益效果是:
本发明首次采用金属丝网结构构建了一种简单、经济的超高速发射系统,本发明中采用金属丝网触发可燃气体爆轰,极大增加了可燃气体燃烧时所产生的瞬时超压与火焰传播速度;并结合化学助燃法,在金属丝网表面涂覆强氧化剂涂层(高锰酸钾),当气体燃烧时的火焰经过涂有强氧化剂涂层的金属丝网时,会促进燃烧反应速度,进一步提高气体燃烧时产生的超压与火焰速度,从物理(湍流作用)和化学(助燃)两方面强化燃烧的瞬时能量释放,产生强大推力,实现超高速发射。
本发明的装置结构简单,对实验条件要求相对较低;同时在同样工况要求条件下,对燃料消耗少,是利用金属丝网内部复杂多孔结构产生湍流,加速火焰燃烧引发爆轰,使得在消耗相同燃料的条件下产生的超压与火焰速度成倍提高。
本发明的超高速发射系统稍加改变既可用于各类型飞行器发射,也可作为其他发射装置使用,如发射弹丸等;同时本发明提出的金属丝网结构触发可燃气体爆轰方法在爆轰发动机领域也可使用,本方案是一种强化火焰燃烧时的瞬时能量释放,能起到增大燃烧时火焰传播速度与压力的作用。
附图说明
图1为实施例1的基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置的结构示意图;
图2为测试例中的空白装置的压力与火焰速度图;
图3为测试例中的测试装置1-1(75%孔隙)、测试装置1-2(85%孔隙)的压力图;
图4为测试例中的测试装置1-1(75%孔隙)、测试装置1-2(85%孔隙)的火焰速度图;
图5为测试例中的测试装置2-1(75%孔隙)、测试装置2-2(85%孔隙)的压力图;
图6为测试例中测试装置2-1(75%孔隙)、测试装置2-2(85%孔隙)的火焰速度图。
附图标记说明:
1—燃料储存容器;2—-阀门;3—点火电极;4—前端燃烧管道;5—金属丝网;6—后端燃烧管道;7—爆破片;8—连接配件;9—滑件;10—待发射物;11—滑轨;12—法兰。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
下列实施例中所使用的试验方法如无特殊说明,均为常规方法。下列实施例中所用的材料试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。下列实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种基于金属丝网5结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置,包括配气组件、与配气组件连接的燃烧管道组件、设置在燃烧管道组件内的金属丝网5和点火组件以及与燃烧管道组件末端连接的发射组件;
配气组件用以向燃烧管道组件中提供燃料;
燃烧管道组件包括前端燃烧管道4和后端燃烧管道6,后端燃烧管道6内部末端设置有压力积蓄元件,压力积蓄元件用以为燃烧管道提供积蓄压力的作用,并能够在压力达到压力阈值后,通过打开压力积蓄元件或是使压力积蓄元件破裂而释放压力,从而为发射组件中的滑件9提供推动力;
金属丝网5密封连接在前端燃烧管道4和后端燃烧管道6之间,金属丝网5上密集设置有连通前端燃烧管道4和后端燃烧管道6的丝网孔;
发射组件包括与后端燃烧管道6末端连接的发射件主体、设置在发射件主体内且可相对发射件主体滑动的滑件9,待发射物10设置在发射件主体内处于滑件前方的位置;
进行发射时,待发射物10件安装在滑片上,并通过安全卡扣固定;配气组件向燃烧管道组件输送燃料,通过点火组件点燃后,火焰向后传播,通过金属丝网5后在后端燃烧管道6内加速至爆轰状态,当后端燃烧管道6内的压力达到压力阈值后,燃烧产生的高温、高压气流突破压力积蓄元件,推动滑片将待发射物10射出,完成发射。压力积蓄元件,当燃烧管内部达到一定压力时破裂起积蓄压力的作用,以便达到最佳发射工况。
发射件主体内部具有管状的发射腔,腔体的截面形状为圆形或矩形。当截面形状为圆形时,滑件为与之配合的圆形,并以腔体内壁作为滑轨11,滑件可相对其进行滑动。当截面形状为矩形时,可另外在腔体内上下位置设置滑轨11,滑件配合设置在滑轨11上。当然,当截面形状为圆形时,也可以另外在腔体内上下位置设置滑轨11,滑件配合设置在滑轨11上。在本实施例中,截面形状为圆形并以腔体内壁作为滑轨11,滑件可相对其进行滑动。
本实施例中,发射件主体通过连接配件8与后端燃烧管道6末端固定连接,该连接配件8为法兰、或螺纹固定套或其他常规的固定连接件。
在本实施例中,配气组件包括燃料储存容器1(用于存储并提供气体燃料,如气瓶)、连通燃料储存容器1至前端燃烧管道4(前端燃烧管道4前端设置有开孔以供燃料输入)的燃料输送管道以及设置在燃料输送管道上的阀门2;
在本实施例中,燃料储存容器1中的燃料为气体燃料。
压力积蓄元件为爆破片7、膜片或压力触发阀门2,本实施例中,压力积蓄元件为爆破片7,爆破片7起积蓄管道内压力作用,以便达到最佳发射态;当前端燃烧管道4内气体点燃后通过金属丝网5加速,在爆破片7的作用下管道内压力会持续升高,当压力达到爆破片7的临界值(压力阈值)时,爆破片7破裂,燃烧产生的高温、高压气流推动滑片将待发射物10急速射出,完成发射。
在本实施例中,点火组件包括插入前端燃烧管道4内部的点火电极3以及与点火电极3连接的点火器(图中未示意),通过点火器控制点火电极3产生电火花来点燃前端燃烧管道4内的燃料。
在本实施例中,金属丝网5固定连接在前端燃烧管道4和后端燃烧管道6之间;
前端燃烧管道4和后端燃烧管道6的内径相同,两者之间通过法兰12连接,连接处通过密封件(橡胶垫圈)密封。
金属丝网5上的丝网孔为无序且不规则的开放孔结构,丝网孔的孔隙率((自然体积-金属丝体积)/自然体积)在60%~95%之间,长径比在1:1~5:1之间。当火焰通过金属丝网5时,其内部复杂多孔的结构会产生湍流作用从而使火焰急剧加速由燃烧转为爆轰状态。其中,
本实施例中,提供孔隙率75%、85%,长径比2:1的两种不同的金属丝网5。
金属丝网5是采用类似纺织机装置编织的方法,按照前端燃烧管道4和后端燃烧管道6的内径,通过将丝网编制、压制成型后得到。不同工况对丝网的孔隙率、长径比要求不同,根据实际工况选择合适的丝网参数以便达到最佳促爆效果。
丝网的材质可选择不同导热系数和密度的材料,包括但不限于FeCrAl合金、SUS304、黄铜或铝合金。在优选的实施例中,丝网的材质为FeCrAl合金,FeCrAl合金包括以下质量百分比含量的铁55~70%,铬18~28%,铝10~24%。在本实施例中,丝网的材质为FeCrAl合金,FeCrAl合金包括以下质量百分比含量的铁63%,铬21%,铝16%。
金属丝网5表面具有强氧化剂层,在优选的实施例中,强氧化剂层为高锰酸钾层。本实施例中,在金属丝网5上形成强氧化剂层(高锰酸钾层)的方法包括以下步骤:
S1、金属丝网5预处理:将金属丝网5在丙酮溶液中并超声处理20min,取出后用去离子水清洗,再将其置于硝酸溶液中超声10min,取出后用去离子水清洗,得到预处理后的金属丝网5;其中,硝酸溶液为10mL质量分散65%的硝酸加去离子水至200mL得到的混合溶液;
S2、将预处理后的金属丝网5置于马弗炉内900℃下焙烧180min,自然冷却至室温;
S3、取6.38g高锰酸钾加入100mL去离子水中,完全溶解后得到高锰酸钾水溶液,将经步骤S3焙烧处理后的金属丝网5浸入高锰酸钾水溶液中60min;
S4、将金属丝网5取出,1000rpm下离心5min;
S5、将离心后的金属丝网5悬挂干燥24h,从而在金属丝网5上形成强氧化剂层。
本发明提供的采用金属丝网5结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置,在相同工况下,极大增加了可燃气体在燃烧时所产生的瞬时超压与火焰速度。当燃烧火焰经过金属丝网5时,金属丝网5内部的复杂多孔结构会产生湍流作用加速火焰传播,从燃烧转为爆轰状态,提高燃烧产生的压力与火焰速度产生强大推力;同时,火焰通过金属丝网5时,其表面的高锰酸钾层作为强氧化剂会加快燃烧速度并分解释放热量促进燃烧,使得金属丝网5能够从物理(湍流作用)和化学(助燃)两方面同时强化燃烧,最终能够实现超高速发射,实现了一种简单、经济的超高速发射方案。
性能测试
为了便于测试本发明产品的促爆效果,采用实施例1的方案,制备了2组75%、85%孔隙率和长径比2:1的金属丝网5组装成的超高速发射装置实验,并按照实施例1的方案在其中一组金属丝网5表面设置强氧化剂层(高锰酸钾层),与空白装置(无金属丝网5的发射装置,其余与实施例1相同)氢气燃烧所产生的超压与火焰速度相比较。
将75%孔隙、金属丝网5(无强氧化剂层)的装置记为测试装置1-1;
85%孔隙、金属丝网5(无强氧化剂层)的装置记为测试装置1-2;
将75%孔隙、金属丝网5(有强氧化剂层)的装置记为测试装置2-1;
85%孔隙、金属丝网5(有强氧化剂层)的装置记为测试装置2-2;
无金属丝网5的装置记空白装置。
需要说明,以下测试例中主要是考察该发明装置原型对可燃气体燃烧时产生的超压和火焰速度的增强效果,燃气使用氢气。且本实验中前端燃烧管道4、后端前端燃烧管道4长度均为450mm,具体实施时优化燃烧管道与金属丝网5促爆装置尺寸可能会达到更佳的促爆效果,本测试在现有装置实验,故未加探索。在本测试例中为了观测氢火焰的速度数据,将上述装置中的前端燃烧管道4和后端前端燃烧管水平方向前后面均开槽并安装石英玻璃,用高速相机实时拍摄来取得火焰形态数据;同时在后端前端燃烧管后端上方开一圆孔,安装PCB压力传感器,用于检测实验时装置内的压力变化。
测试例1
金属丝网5中丝孔的孔隙率:75%、85%;长径比:2:1。
金属丝网5的基体材料为FeCrAl合金(铁63wt%,铬21w%,铝16w%),按孔隙率和长径比要求将丝网制成75%孔隙率50mm×25mm×25mm和85%孔隙率50mm×25mm×25mm的两种规格。再装入装置内,爆破片7安装后再将发射装置连接,整套系统安装完毕。检查配气系统\点火装置和数据采集系统正常后便可进行测试。考虑实验条件及安全问题,测试中系统后端发射装置空载,不装入待发射物10。
实验条件:反应气体组成为H2和Air。首先利用真空泵将装置抽真空,然后再按照摩尔比为H2:O2=2:1的比例充入计算好的H2和Air,本当量比氢氧完全燃烧,装置内部压力为一个大气压。气体充好后,等待10分钟使装置内部气体完全混合。调整好高速相机与压力数据采集系统,使用点火装置点燃装置内气体。
测试结果:参照图2-图4,图2为空白装置的压力与火焰速度图,图3是测试装置1-1(75%孔隙)、测试装置1-2(85%孔隙)的压力图;图4是测试装置1-1(75%孔隙)、测试装置1-2(85%孔隙)的火焰速度图。
通过图3、图4与图2的结果对比可以看出,火焰通过金属丝网5后出现加速现象,其中孔隙率为85%的丝网(测试装置1-2)当火焰通过后速度急剧增加达到1186m/s,压力达到1.97Mpa。相比于无丝网装置燃烧管道其最大火焰速度增加了2.8倍左右,管道内的最大超压增加了2.5倍左右。说明该金属丝网5极大强化了管道内可燃气体燃烧时的火焰速度与超压。
测试例2
金属丝网5中丝孔的孔隙率:75%、85%;长径比:2:1。
金属丝网5表面具有强氧化剂层(高锰酸钾层)。
金属丝网5的基体材料为FeCrAl合金(铁63wt%,铬21w%,铝16w%),按孔隙率和长径比要求将丝网制成75%孔隙率50mm×25mm×25mm和85%孔隙率50mm×25mm×25mm的两种规格。再装入装置内,爆破片7安装后再将发射装置连接,整套系统安装完毕。检查配气系统\点火装置和数据采集系统正常后便可进行测试。考虑实验条件及安全问题,测试中系统后端发射装置空载,不装入待发射物10。
实验条件:反应气体组成为H2和Air。首先利用真空泵将装置抽真空,然后再按照摩尔比为H2:O2=2:1的比例充入计算好的H2和Air,本当量比氢氧完全燃烧,装置内部压力为一个大气压。气体充好后,等待10分钟使装置内部气体完全混合。调整好高速相机与压力数据采集系统,使用点火装置点燃装置内气体。
测试结果:参照图5-图6,图5是测试装置2-1(75%孔隙)、测试装置2-2(85%孔隙)的压力图;图4是测试装置2-1(75%孔隙)、测试装置2-2(85%孔隙)的火焰速度图。
通过图5、图5与测试例1的结果对比可以看出,火焰通过具有强氧化剂层的金属丝网5后出现加速现象,其中孔隙率为85%表面涂有高锰酸钾层的丝网(测试装置2-2)当火焰通过后速度急剧增加达到1366m/s,压力达到2.38Mpa。相比于无丝网装置燃烧管道其最大火焰速度增加了3.3倍左右,管道内的最大超压增加了3倍左右。且其增幅明显大于测试例1中的孔隙率同为85%的测试装置1-2的结果(火焰速度增加了2.8倍、压力增加了2.5倍);说明该金属丝网5极大强化了管道内可燃气体燃烧时的火焰速度与超压,且金属丝网5表面设置的高锰酸钾层对该强化效果有显著的提升作用。
本发明首次采用金属丝网5结构触发可燃气体爆轰,极大增加了氢气与氧气在燃烧时所产生的瞬时超压与火焰传播速度;进一步在金属丝网5表面涂覆强氧化剂层(高锰酸钾层),使火焰通过丝网时促进燃烧,能进一步提高燃烧时产生的超压与火焰传播速度,从物理(湍流作用)和化学(助燃)两方面同时强化氢氧燃烧的瞬时能量释放,产生强大推力,实现超高速发射。
补充说明,上述测试例仅是在本实验室内部的探究型实验结果,倘若加以优化金属丝网5的内部参数(孔隙率、长径比、结构和材料)再结合助燃技术可以实现压力更高、火焰传播速度更快的爆轰燃烧。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节。
Claims (7)
1.一种基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置,其特征在于,包括配气组件、与所述配气组件连接的燃烧管道组件、设置在所述燃烧管道组件内的金属丝网和点火组件以及与燃烧管道组件末端连接的发射组件;
所述配气组件用以向所述燃烧管道组件中提供燃料;
所述燃烧管道组件包括前端燃烧管道和后端燃烧管道,所述后端燃烧管道内部末端设置有压力积蓄元件,所述压力积蓄元件用以为燃烧管道提供积蓄压力的作用,并能够在压力达到压力阈值后,通过打开压力积蓄元件或是使压力积蓄元件破裂而释放压力,从而为所述发射组件提供推动力;
所述金属丝网密封连接在前端燃烧管道和后端燃烧管道之间,所述金属丝网上密集设置有连通所述前端燃烧管道和后端燃烧管道的丝网孔;
所述发射组件包括与所述后端燃烧管道末端连接的发射件主体、设置在所述发射件主体内且可相对所述发射件主体滑动的滑件,待发射物设置在所述发射件主体内处于所述滑件前方的位置;
进行发射时,所述配气组件向燃烧管道组件输送燃料,通过点火组件点燃后,火焰向后传播,通过金属丝网后在后端燃烧管道内加速至爆轰状态,当后端燃烧管道内的压力达到压力阈值后,燃烧产生的气流突破所述压力积蓄元件,推动滑件将待发射物射出,完成发射;
所述金属丝网是按照前端燃烧管道和后端燃烧管道的内径,通过将丝网编制、压制成型后得到;
所述丝网的材质为FeCrAl合金、SUS304、黄铜或铝合金;
所述金属丝网表面具有强氧化剂层,在所述金属丝网上形成强氧化剂层的方法包括以下步骤:
S1、金属丝网预处理:将金属丝网在丙酮溶液中并超声处理,取出后用去离子水清洗,再将其置于硝酸溶液中超声,取出后用去离子水清洗,得到预处理后的金属丝网;
S2、将预处理后的金属丝网置于马弗炉内焙烧,自然冷却至室温;
S3、将经步骤S2焙烧处理后的金属丝网浸入高锰酸钾水溶液中进行处理;
S4、将金属丝网取出,离心;
S5、将离心后的金属丝网悬挂干燥,从而在金属丝网上形成强氧化剂层。
2.根据权利要求1所述的基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置,其特征在于,所述配气组件包括燃料储存容器、连通所述燃料储存容器至所述前端燃烧管道的燃料输送管道以及设置在所述燃料输送管道上的阀门;
所述燃料储存容器中的燃料为气体燃料。
3.根据权利要求1所述的基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置,其特征在于,所述压力积蓄元件为爆破片、膜片或压力触发阀门。
4.根据权利要求1所述的基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置,其特征在于,所述点火组件包括插入所述前端燃烧管道内部的点火电极以及与所述点火电极连接的点火器,通过所述点火器控制点火电极产生电火花来点燃所述前端燃烧管道内的燃料。
5.根据权利要求1所述的基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置,其特征在于,所述金属丝网固定连接在前端燃烧管道和后端燃烧管道之间;
所述前端燃烧管道和后端燃烧管道的内径相同,两者之间通过法兰连接,连接处通过密封件密封。
6.根据权利要求1所述的基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置,其特征在于,所述金属丝网上的所述丝网孔为无序且不规则的开放孔结构,所述丝网孔的孔隙率在60%~95%之间,长径在1:1~5:1之间。
7.根据权利要求1所述的基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置,其特征在于,该强氧化剂层为高锰酸钾层,在所述金属丝网上形成强氧化剂层的方法包括以下步骤:
S1、金属丝网预处理:将金属丝网在丙酮溶液中并超声处理20min,取出后用去离子水清洗,再将其置于硝酸溶液中超声10min,取出后用去离子水清洗,得到预处理后的金属丝网;其中,硝酸溶液为10mL质量分数65%的硝酸加去离子水至200mL得到的混合溶液;
S2、将预处理后的金属丝网置于马弗炉内900℃下焙烧180min,自然冷却至室温;
S3、取6.38g高锰酸钾加入100mL去离子水中,完全溶解后得到高锰酸钾水溶液,将经步骤S2焙烧处理后的金属丝网浸入高锰酸钾水溶液中60min;
S4、将金属丝网取出,1000rpm下离心5min;
S5、将离心后的金属丝网悬挂干燥24h,从而在金属丝网上形成强氧化剂层。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202410676926.6A CN118391680B (zh) | 2024-05-29 | 2024-05-29 | 基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202410676926.6A CN118391680B (zh) | 2024-05-29 | 2024-05-29 | 基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN118391680A CN118391680A (zh) | 2024-07-26 |
CN118391680B true CN118391680B (zh) | 2024-10-29 |
Family
ID=91999502
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202410676926.6A Active CN118391680B (zh) | 2024-05-29 | 2024-05-29 | 基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN118391680B (zh) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106556543A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-04-05 | 北京理工大学 | 用于高速加载的可燃气体爆轰驱动发生器 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107321364B (zh) * | 2017-05-26 | 2020-01-14 | 浙江工业大学 | 一种整体式电致热金属丝网催化剂的制备及应用 |
WO2019021039A1 (en) * | 2017-07-28 | 2019-01-31 | Polidoro S.P.A. | BURNER UNIT |
CN108043373B (zh) * | 2017-12-14 | 2020-06-05 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 多层孔活性碳膜涂层固相微萃取头的制备方法 |
CN210221942U (zh) * | 2019-07-19 | 2020-03-31 | 南京工业大学 | 一种研究管道内置金属丝网结构对氢气自燃影响的装置 |
-
2024
- 2024-05-29 CN CN202410676926.6A patent/CN118391680B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106556543A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-04-05 | 北京理工大学 | 用于高速加载的可燃气体爆轰驱动发生器 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
半开口管道中的氢/空气火焰加速和压力发展过程;余立新, 孙文超, 吴承康;工程热物理学报;20010910(05);637-640 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN118391680A (zh) | 2024-07-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107942029B (zh) | 一种快速有效直接起爆爆轰管道组及实验方法 | |
CN107269424A (zh) | 一种固体火箭发动机二次点火结构 | |
CN101451798B (zh) | 冰雹发射用气体炮系统 | |
CN118391680B (zh) | 基于金属丝网结构触发可燃气体爆轰的超高速发射装置 | |
CN106895739A (zh) | 基于氢氧混合爆轰驱动的三级轻气炮 | |
CN104500272A (zh) | 一种低流阻近壁小空间环形激波聚焦直接起爆装置 | |
CN108917462B (zh) | 一种具有快速释放机构的空气炮发射装置 | |
CN104950070A (zh) | 固体推进剂熄火的临界降压速率测试方法 | |
CN110095561A (zh) | 一种防钛火涂层的激光点火试验装置及其试验方法 | |
CN106556286B (zh) | 用于高速加载的反向爆轰驱动发生器 | |
CN102155332A (zh) | 一种内加热式氧化亚氮单组元燃气发生器 | |
FI3625512T3 (fi) | Peräkappale ja äänenvaimennusmenetelmä | |
CN206627020U (zh) | 基于氢氧混合爆轰驱动的三级轻气炮 | |
CN210375610U (zh) | 一种用于超高速风洞的点火装置 | |
CN118603482A (zh) | 爆轰激波管/风洞及其模拟产生强爆炸冲击波的方法 | |
CN118670200A (zh) | 一种基于燃气弹射的水下发射动力装置 | |
CN115795925B (zh) | 基于反应气体爆轰驱动的二级轻气炮炮口速度计算方法 | |
CN212565930U (zh) | 一种柴火集成灶油烟烟管给柴烟烟管降温结构 | |
CN208269159U (zh) | 废液燃烧炉 | |
JP2001513168A (ja) | 液体推進薬ロケットエンジン用の音響式点火装置及び点火方法 | |
CN109724478B (zh) | 一种烟花发射密封闭气方法 | |
CN204944292U (zh) | 一种利用电力点火的枪 | |
CN108253418B (zh) | 一种节能燃烧器 | |
CN211783082U (zh) | 一种烟花内筒和烟花燃放设备 | |
CN103321780B (zh) | 一种微脉动燃烧电能和推力产生方法和装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |