阅读说明：本技术 一种容积可变的电爆管输出压力测试系统 (Volume-variable electric detonator output pressure test system ) 是由 许志宇 李小明 谭永华 李永锋 胡攀 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：为了解决现有的电爆管输出压力测试方案容积固定导致估算误差较大、成本高、难以满足高压高温技术要求、以及不利于测试操作的问题,本发明提供了一种容积可变的电爆管输出压力测试系统。本发明的测试容腔采用直通道结构,依靠待测电爆管出口和霍普金森压杆加载端的端面形成的空腔,通过霍普金森压杆在测试容腔内轴向移动实现所述空腔的容积任意可变,能够适用于电爆管在不同容积小容腔中输出压力特性的测试,通用性好,成本低。将待测电爆管安装在本发明测试容腔的电爆管安装螺孔中后,待测电爆管与霍普金森压杆加载端之间的空腔容积即为电爆管的真实爆腔容积,因此,能够准确计算待测电爆阀工作裕度。(In order to solve the problems that an existing electric detonator output pressure testing scheme is large in estimation error, high in cost, difficult to meet technical requirements of high pressure and high temperature and not beneficial to testing operation due to the fact that the volume is fixed, the invention provides an electric detonator output pressure testing system with a variable volume. The test cavity provided by the invention adopts a straight channel structure, the volume of the cavity can be randomly changed by means of the axial movement of the Hopkinson pressure bar in the test cavity by means of the cavity formed by the outlet of the electric detonation tube to be tested and the end surface of the loading end of the Hopkinson pressure bar, and the electric detonation tube output pressure characteristic test cavity can be suitable for testing the output pressure characteristics of the electric detonation tube in small cavities with different volumes, and is good in universality and low in cost. After the electric explosion tube to be tested is arranged in the electric explosion tube mounting screw hole of the test accommodating cavity, the volume of a cavity between the electric explosion tube to be tested and the loading end of the Hopkinson pressure bar is the real explosion cavity volume of the electric explosion tube, so that the working margin of the electric explosion valve to be tested can be accurately calculated.)

一种容积可变的电爆管输出压力测试系统

技术领域

本发明涉及一种容积可变的电爆管输出压力测试系统，用于测试标准电爆管在不同小容腔中的压力输出特性，可拓展应用于其它火工品，如***等，也可用于火***爆压性能测试。

背景技术

电爆阀利用电爆管中******产生的高压燃气驱动活塞运动，从而快速启闭流路，常用于航天推进系统。电爆管的输出压力直接决定了电爆阀的工作裕度和可靠性，因此是电爆阀设计和研究的关键参数。为了获得电爆管的输出特性，通常采用密闭爆发器试验方案，利用压力传感器测试的压力曲线表征电爆管的输出特性。

现有电爆管输出压力测试方案存在以下问题：

1)采用的标准密闭爆发器为27ml和50ml两种规格，远大于电爆阀真实的爆腔容积，通过理想气体等温过程估算的真实容腔爆压误差较大，不利于准确计算电爆阀工作裕度。

2)为了获得电爆管在真实容腔中的输出压力，需要根据具体产品设计不同容积的密闭爆发器，试验方案无通用性，成本高。

3)产品的真实容积很小，电爆管输出压力高(>100MPa)，燃气温度高(>2000K)，并有大量高温金属碎屑和金属氧化物颗粒飞出，破坏性极强，现有传感器难以全部满足以上技术要求。

4)目前的霍普金森压杆测压方案采用一体式支撑套筒结构，可以实现高压、高频测试，但由于霍普金森压杆较长(1m量级)，因此对细长套筒的加工工艺提出了很高的要求，而且不利于测试操作。

发明内容

为了解决现有的电爆管输出压力测试方案容积固定导致估算误差较大、成本高、难以满足高压高温技术要求、以及不利于测试操作的问题，本发明提供了一种容积可变的电爆管输出压力测试系统。

本发明的技术方案是：

一种容积可变的电爆管输出压力测试系统，包括测试容腔、霍普金森压杆式反射压力传感器组件、可调节支座组件、支撑环套组件、缓冲器、应变测试仪和示波器；

其特殊之处在于：

所述测试容腔为直通道测试容腔，为两端开口的圆筒，其一端为用于安装待测电爆管的电爆管安装螺纹孔；

所述霍普金森压杆式反射压力传感器组件，包括霍普金森压杆、金属保护垫片、动态应变片、头部导向套、尾部导向套和O形橡胶密封圈；

金属保护垫片设置在霍普金森压杆的加载端；

动态应变片设置在霍普金森压杆的中部；

头部导向套为两端开口的中空圆柱结构，且其一端的外侧壁上设置有凸肩；头部导向套内侧壁上设置有用于安装所述O形橡胶密封圈的密封环面，且密封环面上均匀涂抹有润滑脂；

尾部导向套为两端开口的圆筒结构，内壁设置有用于安装O形橡胶密封圈的密封环面，且密封环面上均匀涂抹有润滑脂；

头部导向套和尾部导向套均套设在霍普金森压杆外，共同构成霍普金森压杆的支撑结构；头部导向套靠近霍普金森压杆的加载端，且二者为间隙配合，单侧间隙为10～20微米；尾部导向套靠近霍普金森压杆的卸载端，且二者为间隙配合；

可调节支座组件包括第一可调节支撑座、第二可调节支撑座和第三可调节支承座；

支撑环套组件包括第一支撑环套和第二支撑环套；

直通道测试容腔设置在第一可调节支撑座1上，第一支撑环套设置在第二可调节支撑座上，第二支撑环套设置在第三可调节支承座上；

头部导向套的一端设置在直通道测试容腔内，另一端设置在第一支撑环套内，并通过所述凸肩限定其轴向位置；头部导向套的外壁与直通道测试容腔的内壁之间采用单侧20～50微米间隙配合；

尾部导向套设置在第二支撑环套内；

直通道测试容腔、霍普金森压杆、头部导向套、第一支撑环套和第二支撑环套同轴设置，且霍普金森压杆在头部导向套和尾部导向套内可轴向运动；尾部导向套和霍普金森压杆由缓冲器限位。

进一步地，所述金属保护垫片为厚度0.5mm、直径等于霍普金森压杆直径的圆形金属片。

进一步地，所述金属保护垫片通过环氧树脂粘贴在霍普金森压杆的加载端。

进一步地，所述润滑脂为3#二硫化钼锂基润滑脂。

进一步地，所述头部导向套和尾部导向套的长度为50～100mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、本发明的测试容腔采用直通道结构，依靠待测电爆管出口和霍普金森压杆加载端的端面形成的空腔，通过霍普金森压杆在测试容腔内轴向移动实现所述空腔的容积任意可变，能够适用于电爆管在不同容积小容腔中输出压力特性的测试，通用性好，成本低。

2、将待测电爆管安装在本发明测试容腔的电爆管安装螺孔中后，待测电爆管与霍普金森压杆加载端之间的空腔容积即为电爆管的真实爆腔容积，因此，能够准确计算待测电爆阀工作裕度。

3、本发明采用霍普金森压杆式反射压力传感器组件实现小容腔高压高频测试，并且在霍普金森压杆加载端端部设置金属保护垫片，避免霍普金森压杆受到金属碎屑的冲击破坏和烧蚀，使得霍普金森压杆可在高温、高压测试环境下重复使用。

4、本发明中的头部导向套上设置有凸肩，该凸肩可以限定头部导向套的轴向位置，还能准确测量待测电爆阀的爆腔容积。

5、本发明中霍普金森压杆的支撑结构采用“头部导向套+尾部导向套”形式的分段式设计，避免了加工与霍普金森压杆等长的一体式支撑套筒，加工和使用更方便。

附图说明

图1是本发明电爆管输出压力测试系统的结构示意图(应变测试仪和示波器未示出)。

图2是本发明中霍普金森压杆式反射压力传感器组件的结构示意图。

图3是本发明中直通道式测试容腔和可变容积示意图。

附图标记说明：

1-第一可调节支撑座，2-直通道测试容腔，3-金属保护垫片，4-头部导向套，5-O形橡胶密封圈，6-动态应变片，7-霍普金森压杆，8-第一支撑环套，9-尾部导向套，10-缓冲器，11-凸肩，12-电爆管安装螺纹孔，13-第二可调节支撑座，14-第三可调节支撑座，15-第二支撑环套，16-空腔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例所提供的容积可变的电爆管输出压力测试系统，包括直通道测试容腔2、霍普金森压杆式反射压力传感器组件、第一支撑环套8、第二支撑环套15、第一可调节支撑座1、第二可调节支撑座13、第三可调节支承座14、缓冲器10、应变测试仪和示波器。

如图2所示，霍普金森压杆式反射压力传感器组件包括霍普金森压杆7、金属保护垫片3、动态应变片6、头部导向套4、尾部导向套9和O形橡胶密封圈5。

金属保护垫片3通过环氧树脂粘贴在霍普金森压杆7的加载端；金属保护垫片3能够保护霍普金森压杆7，避免霍普金森压杆7受到金属碎屑的冲击破坏和烧蚀，实现高温和金属碎屑冲击环境测试，从而使得霍普金森压杆7可以重复使用；金属保护垫片3为消耗可替代品，可以更换；金属保护垫片3优选厚度均匀的0.5mm、直径与霍普金森压杆7的直径相同的金属薄片。

动态应变片6设置在霍普金森压杆7上距加载端约150mm的位置，用于感受霍普金森压杆7产生的动态应变。动态应变片6与应变测试仪的输入端相连接，通过应变测试仪采集和放大动态应变片6的电信号，再通过示波器进行显示。

头部导向套4为两端开口的中空圆柱结构，且其一端的外侧壁上设置有凸肩11；头部导向套4两端部的内侧壁上均设置有用于安装O形橡胶密封圈5的密封环面，且密封环面上均匀涂抹有3#二硫化钼锂基润滑脂；

头部导向套4是本发明的关键结构之一，用于实现三个功能：

①头部导向套4的外壁与直通道测试容腔2的内壁之间采用20～50微米间隙配合，在***瞬间起到间隙密封功能，在测试完成后能够泄出燃气压力；

②头部导向套4的内壁与霍普金森压杆7的外壁配合，并采用O形橡胶密封圈5密封，防止燃气进入头部导向套4与霍普金森压杆7之间的间隙、防止振动影响霍普金森压杆7的周向自由状态；

③头部导向套4上的凸肩11，用于限定头部导向套4的轴向位置，另外直通道测试容腔2端面与凸肩11之间的距离可以准确得到待测电爆阀与霍普金森压杆7之间密封腔体的容积大小。

尾部导向套9为两端开口的中空圆柱结构，在其内侧壁上设置有用于安装O形橡胶密封圈5的密封环面，且密封环面上均匀涂抹有3#二硫化钼锂基润滑脂；尾部导向套9与霍普金森压杆7采用间隙配合，并采用O形橡胶密封圈5实现声绝缘，保证霍普金森压杆7的周向自由状态。

头部导向套4和尾部导向套9均套设在霍普金森压杆7外，共同构成了霍普金森压杆7的支撑结构，这种分段式设计避免了加工与霍普金森压杆7等长的一体式支撑套筒；如果霍普金森压杆7较长，可以在霍普金森压杆7的中部再增加一个或多个尾部导向套9。

装配时，将头部导向套4从霍普金森压杆7的加载端装入，尾部导向套9从霍普金森压杆7的卸载端装入，以避免从动态应变片6的位置穿过。

由于头部导向套4和尾部导向套9的轴向长度约为50～100mm，远短于霍普金森压杆7的长度(1000mm量级)，代替了传统与霍普金森压杆7等长的支撑套筒结构，避免动态应变片6的引线从霍普金森压杆7和支撑套筒间穿过，方便装配和使用。

如图3所示，直通道测试容腔2为两端开口的厚壁圆筒结构，圆筒的壁厚和材料根据待测电爆管输出压力大小确定；直通道测试容腔2的其中一端为用于安装待测电爆管的电爆管安装螺纹孔12，另一端用于放置霍普金森压杆式反射压力传感器组件；

直通道测试容腔2自身容腔为开放式，待测电爆管出口至金属保护垫片3端面之间为一容积可调的空腔16，当霍普金森压杆7轴向移动时，待测电爆管出口至金属保护垫片3端面之间的空腔16的容积会发生变化。该空腔的容积大小等于待测电爆管出口至金属保护垫片3端面的距离乘以直通道测试容腔2横截面的内圆面积，由于直通道测试容腔2一旦制造完成其横截面的内圆面积即为定值，因此，该空腔的容积大小由待测电爆管出口至金属保护垫片3端面的距离决定，该距离可以通过以下两种方式间接测量：

①安装待测电爆管前，从电爆管安装螺纹孔12处观察金属保护垫片3的端面位置和状态，利用深度尺测量直通道测试容腔2外端面距金属保护垫片3端面的距离，记作ΔH，该距离ΔH减去电爆管安装螺纹孔12的深度即为待测电爆管出口至金属保护垫片3端面的距离。

②用游标卡尺测量头部导向套4的凸肩11至直通道测试容腔2出口端面的距离，记为ΔL，利用头部导向套4的实际轴向尺寸和直通道测试容腔2的实际轴向尺寸计算待测电爆管出口至金属保护垫片3端面的距离。

如图3所示，本发明中直通道测试容腔2设置在第一可调节支撑座1上，第一支撑环套8设置在第二可调支撑座13上，第二支撑环套15设置在第三可调支撑座14上；

霍普金森压杆式反射压力传感器组件通过第一支撑环套8和第二支撑环套15支撑，霍普金森压杆式反射压力传感器组件中头部导向套4的一端以及霍普金森压杆7的加载端位于直通道测试容腔2内，处于被测位置；

并且，直通道测试容腔2、霍普金森压杆式反射压力传感器组件、第一支撑环套8、第二支撑环套15同轴设置，霍普金森压杆7在头部导向套4和尾部导向套9内可轴向运动，头部导向套4由第一支撑环套8限位，尾部导向套9和霍普金森压杆7由缓冲器10限位。

本发明的工作原理：

本发明利用直通道测试容腔2与霍普金森压杆式反射压力传感器配合实现了容积可变功能，利用霍普金森压杆式反射压力传感器组件实现待测电爆管输出压力的高压、高频测试。