理论教育 研究工作的主要进展、结果和影响

研究工作的主要进展、结果和影响

时间:2023-07-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据有限元中磨料颗粒作用下推进剂的损伤模型,进行磨料射流切割推进剂的效率试验研究,优化安全条件下的磨料射流工作参数,建立射流参数与HTPB推进剂切割效率之间的关系。(二)取得的主要研究进展、重要结果、关键数据等及其科学意义或应用前景1.磨料水射流切割的可行性研究成果根据实验需要,同时为了节约经费,预制两种尺寸的三组元HTPB推进剂试样,分别为1#和2#。

研究工作的主要进展、结果和影响

(一)主要研究内容

(1)可行性研究。目前,磨料水射流的切割对象多为刚性外壳和塑性爆炸物材料,其冲击起爆机理相对成熟。但是,针对固体推进剂的磨料水射流处理技术至今未见到相关报道,相关安全性研究工作尚未开展。在射流非淹没环境下,黏弹体材质的推进剂被磨料颗粒冲击会产生黏性加热,起爆的机理至今尚不明确。本课题通过控制射流参数的方法,采用磨料水射流技术可以安全地清除发动机内固体推进剂且不对发动机造成任何损伤,在效率方面也要远远优于纯水射流。通过安全性和切割效率方面的研究,推导该切割方式的可行性。

(2)运用连续介质力学、损伤力学和有限元方法对磨料颗粒冲击推进剂进行模拟研究,建立了磨料颗粒冲击推进剂的有限元模型,对非线性动力有限元数值计算中应注意的问题进行了探讨,得出单个磨料颗粒冲击破碎推进剂的细观机理,以及冲蚀体积随磨料颗粒速度、冲击角度和磨料颗粒粒径的变化等宏观情况,为后续切割效率试验提供理论支持。

(3)探讨单个磨料颗粒对黏弹体特性的推进剂的黏性加热过程和内部热点形成、发展以及是否达到危险爆炸点产生的影响,以相关有限元仿真结果为基础,探讨推进剂受磨料射流冲击引起热起爆的机制,建立HTPB推进剂受冲击的临界点火条件,研究磨料射流参数对冲击安全性的影响。

(4)根据有限元中磨料颗粒作用下推进剂的损伤模型,进行磨料射流切割推进剂的效率试验研究,优化安全条件下的磨料射流工作参数,建立射流参数与HTPB推进剂切割效率之间的关系。

(二)取得的主要研究进展、重要结果、关键数据等及其科学意义或应用前景

1.磨料水射流切割的可行性研究成果

根据实验需要,同时为了节约经费,预制两种尺寸的三组元HTPB推进剂试样,分别为1#和2#。其中,1#试样为圆柱体,直径为50 mm、高度为40 mm,药量约为150 g,用于固定式切割试验。为了保证成败型试验数据的可靠性,试验的样本量为474个。2#试样为100 mm×100 mm×200 mm长方体,药量约为3600 g,用于移动式切割试验。

1)固定式切割试验

固定式切割试验(见图3.1),也称穿孔实验,主要有两个试验目的:一是在切割效率方面主要通过测试穿透时间,检验磨料浓度对切割效率的影响;二是在切割安全方面同时进行成败型试验。将1#试样装入3个强磁铁夹具之间,喷嘴正对其顶端中心位置,利用磨料水射流将试样进行击穿并记录时间与过程变化。

图3.1 固定式切割试验

试验条件为靶距3 mm,磨料浓度比为0~50%,出口压力50 MPa。

2)移动式切割试验

移动式切割试验(见图3.2)也主要有两个试验目的:一是记录磨料水射流切割时推进剂内部的温升变化,检验出口压力对安全性的影响;二是对同一种靶件在相同条件下的切割实验,通过记录切割深度,比较磨料水射流和高压(无磨料)水射流的切割能力差异。喷嘴垂直于2#试样进行水平切割,切口长度为8 cm,切割深度用探针和游标卡尺沿着切口每1 mm测量一次。

图3.2 移动式切割试验

试验条件为室温7℃(秋季室外),靶距3 mm,出口压力由10~50 MPa,逐渐增加,横移速度保持1 cm/s,磨料浓度比10%。

3)结果与讨论

固定式和移动式切割试验分别对切割安全性和切割效率进行了定量描述,用于判定磨料水射流切割HTPB推进剂的可行性,因此分开进行讨论。

(1)移动式切割试验中的温升变化(见表3.1)。

表3.1 温升试验结果

从表3.1可以看出,切割初期存在短时间降温过程,这是因为射流水温比试样温度低;之后由于切割过程中撞击、摩擦升温和水流降温相互作用,温度呈曲折上升趋势;当温度上升到一定值后开始逐渐回落,这主要是因为切口造成试样外表面积增加,散热加快。1号传感器测得温度较高是传感器安放位置距切割位置较近的缘故;由于2号传感器距离切口较远,水的降温作用效果超过摩擦升温作用效果,温度曲线中出现多处短时降温现象。

试验结论:对于三组元HTPB推进剂而言,使用磨料水射流目前来看并没有发现实质性危险,内部温升幅度不超过20℃,与其爆发点400℃相差甚远,可以判断出,由于黏合剂的作用,磨料粒子对于推进剂的含能物质的机械作用有限,加之转化而来的热量也很快被大流量的水流带走。因此,小试阶段的危险性不高。当然,这不能说明中试阶段以及工程化应用期间的危险性同样如此,因为工程化应用期间的危险因素还包括爆炸性气溶胶的产生以及切割时间的延长造成的热量聚集,等等。

(2)成败型试验。

在一定工艺参数下,试验共对HTPB推进剂的试样切割了474次,均未引起燃烧或爆炸。根据可靠性理论中二项分布的单侧置信下限估计法,实际未发生失效情况下的失效概率,即对应可靠度下限值的置信度

c=1-Rn

可靠度下限值为

R=(1-c)1/n

式中:n为没有燃烧/爆炸发生的成功试验次数,取c=0.9,由于已知n=474,则R=0.9952。

据此可知,磨料水射流冲击HTPB推进剂的安全不爆炸可靠度:在90%的置信水平下,安全可靠度不低于99.52%。这对低敏感度的三组元HTPB推进剂而言,安全性是有足够保证的。

(3)穿孔结果。

保持50 MPa的出口压力,测试不同磨料浓度下的穿孔时间,试验结果如表3.2所示。

表3.2 试验结果

由表3.2可知,随着磨料浓度的增加,贯穿时间缩短,说明射流的切割能力加强。磨料浓度在0~30%,切割能力变化不大,其原因是随着切割深度的增加,实际靶距也随之不断增大,切割效果逐渐下降,当深度增加到一定程度时,实际靶距超过了有效靶距,其切割效果迅速下降,再加上深度增加后切槽中存水量不断增大,“水垫作用”也随之增大,对切割性能造成影响。当磨料浓度达到40%后,射流的切割能力较纯水射流提高了96%,实现质的飞跃,这说明磨料射流的浓度需大于等于40%方能显现出与纯水射流不同的工作状态。这与在实际工作状态下,系统50%的磨料添加量相吻合。

(4)切割深度结果。

如图3.3所示,磨料水射流在相同压力条件下切割能力明显优于水射流;在3 mm靶距、30 MPa系统压力条件下,磨料水射流的切割性能约为高压水射流的2倍。

图3.3 两种射流不同压力的切割深度比较

磨料水射流相比普通的水射流具有更好的切割性能,在相同压力条件下其切割深度更大,即切割相同深度的靶件需要的压力更小。这不仅可降低能耗比,也可降低系统压力,从而延长系统寿命。

2.有限元仿真与计算

磨料水射流的工艺参数是评价安全体系的重要因素,射流出口压力、磨料颗粒规格等参数的合理选择是保证推进剂破碎和安全性的首要条件。根据黏性加热的仿真结果,在保证推进剂破碎的前提条件下对射流参数的选取范围做出判断。安全性的判据主要基于推进剂的临界起爆判据P 2tτ=K,在此区间内分别建立了以水锤压力和滞止压力为危险源的飞片冲击模型和黏弹体—热点安全模型。以临界起爆压力衡量水锤压力在SDT过程中的安全性,并通过落锤试验进行验证。结合DSC和LASL两种试验方法评判LALDS过程中滞止压力作用下的温升范围,用于确定推进剂的临界温度。在分析计算最低出口压力的基础上,获得其他水射流的安全工艺参数。对于磨料水射流冲击在LALDS过程中可能引起的起爆类别,本课题将其归结为热起爆,主要以推进剂内部温升为主进行衡量。当磨料水射流的压力作用于界面时,以内部温升变化与推进剂的临界温度作为安全性的主要判据,推进剂表面压力测定和切割静电测定作为辅助判据。主要试验包括小试固体推进剂药柱的预制(温度传感器的埋置、分布点位的选择),以及确定磨料水射流作用药柱时界面压力参数、静电和温度的采集与分析等,利用LS-DYNA软件并采用Lagrange算法,对磨料颗粒与推进剂的相互作用过程进行了数值模拟。

首先,仿真磨料颗粒对推进剂的切割过程。当磨料水射流作用于推进剂表面时,射流断面上同时有许多的磨料颗粒与推进剂相接触。这相当于推进剂表面受到射流中的磨料颗粒撞击的瞬间,通过很小的接触面使高速运动颗粒突然停止,此时产生的巨大作用力传递至推进剂内部,因而内部靠近接触面的区域产生很大的应力,应力波会产生拉伸破坏。随着应力波的传播,在应力波波振面处的推进剂受到拉伸应力的作用而导致损伤的发展,推进剂内裂隙逐步形成,裂隙贯穿形成破碎块,破碎膨胀体积增加,推进剂成块或成片运动,从而最终形成冲蚀漏斗。在磨料水射流连续的冲击下,不断产生新的漏斗,从而连续成漏斗并加深(一般推进剂的抗剪强度远低于抗拉、压强度,因此推进剂的破坏形式是剪切破坏。在计算仿真模型中包括磨料颗粒和固体推进剂两种材料)。根据这一过程,对固体推进剂材料采用黏弹材料模型(mat-viscoelastic)来定义,并采用以网格为基础的Lagrange方法来进行建模。Lagrange方法能够清晰地定义材料的边界和不同材料的界面,并且给出很好的时间历程信息,选用SOLID164单元进行求解。鉴于磨料颗粒具有流动性,因此在与推进剂的相互作用过程中必定会发生网格扭曲。为此,我们采用SPH方法进行建模。

其次,单个磨料颗粒与推进剂碰撞过程的受力分析。在实际情况下,磨料颗粒与发动机内推进剂表面的接触,相当于圆球与内圆柱面的接触问题,应先分析两个圆球的接触问题。当两个物体相互接触时,起初接触于一点或一条线,随着传递压力增加,物体因两球体的接触,局部变形后形成一个很小的接触面。两个物体的形状为球体,其接触面为圆形,由于最初接触处变形最大,此处的接触压力也一定最大;在接触面周边上,由于两接触物体刚刚接触上,故在周边压力为零。以压强P表示接触面上任意一点接触压力的强弱程度,在接触面中心点处压强最大,用P max表示。根据赫兹理论,接触压力在接触面上按半个椭球面规律分布的,接触面大小、形状及P max数值,取决于接触物体传递压力P和接触物体在接触处曲率及接触物体的材料性质(弹性模量泊松比)。

在推进剂的接触中心处,推进剂接近处于三向等压状态,在这种应力状态下能承受很大的压力而不发生流动。对于推进剂这类黏弹体来说,可以达到3500~4000 MPa而不发生流动,此最大压力等于最大接触应力P max

设颗粒半径为R 1(mm),材料半径为R 2(mm),颗粒的弹性模量为E 1(GPa),泊松比为μ1,材料的弹性模量为E 2(GPa),泊松比为μ2,F(N)为磨料颗粒与材料接触时的作用力,则两球之间的最大接触压力由弹性理论可得

根据理论分析可知,当两球体互相接触时,在大球距接触面为0.47R 2处的与接触平面平行的平面上,和小球距接触面为0.47R 1的与接触平面平行的平面上,存在着最大接触剪应力

当磨料水射流对推进剂装药进行切割时,其内壁系圆柱面,将其视为以圆柱直径R 2为半径的球面,即将R 2改为负,因而可以得到磨料颗粒与套管相接触时产生的最大接触剪应力为

只要求出颗粒与推进剂接触时作用力F,代入上式计算出的最大接触剪应力大于材料的接触剪应力,推进剂即发生破坏。F是磨料射流冲击时磨料颗粒的总打击力,与磨料射流撞击速度有关,其总打击力包括磨料颗粒及水流两部分的总打击力。设射流速度为μ(m/s),磨料颗粒密度为ρs(kg/m3),磨料流量为q s(m3/s),则根据动量定理可得磨料对推进剂总打击力为

F=ρs·q s·μ

磨料颗粒对弹体的打击力F,与磨料射流撞击弹体时的速度有关,则由动量定理可得磨料射流对弹体总打击力。若射流中磨料流体与弹体接触断面面积为磨料颗粒投影面积2πR 1,则单位面积磨料作用于弹体的力为ρsμ2,因而得单个磨料颗粒对被切割弹体的作用力Fi

式中:μ为射流撞击弹体时的速度,单位为m/s;ρs为磨料颗粒密度,单位为kg/m3

前混合磨料射流采用圆锥形喷嘴,其直径为D(mm)。射流是水与磨料颗粒混合物,属于固液两相自由紊动射流,由于速度很快,可近似认为轴向射流速度即为射流初速度μ0。当靶距x>6.2 mm时,μ=6.2μ0;当x<6.2 mm时,μ=μ0

根据经验公式,射流初速度μ0可表示为(www.daowen.com)

式中:μ0为磨料射流初速度,单位为m/s;P为出口压力,单位为MPa。根据经验公式,射流的密度ρ0可表示为

ρ0=(1-αs)ρwsρs

式中:ρ0为混合流体的密度,单位为kg/m3;αs为磨料百分比,单位为%;ρw为水的密度,单位为kg/m3

整理得到磨料颗粒与弹体相接触时的最大接触剪切应力

3.切割安全性的研究成果

切割试验必须以稳定的安全性试验(内部温升测试)为基础,过程安全性的温度判定范围可近似依据“热点学说”,即推进剂内部温度不应超过400℃。通过前期测试,当选取部分极限参数,如出口压力为50 MPa,切割速度为1 mm/s,磨料浓度比为50%,靶距为3 mm时,推进剂内部温升不超过35℃,此时切割安全性可以得到保证,切割过程中的温升变化如图3.4所示。原则上以此参数为上限开展相关试验。传感器的埋置情况如图3.5所示。

图3.4 切割过程中的温升变化

4.切割效率的研究结果

单因素影响结果:单因素试验以高燃速、低燃速两种HTPB推进剂为试验对象。切割速度是唯一一个与时间有关的变量,而切割效率也是与时间有关的变量,因此该参数对切割效率的影响不宜采用切割深度来衡量,而应采用单位时间的切割面积来衡量,即切割速度与切割深度的乘积。在比较其他工艺参数对切割效率的影响时,用最大切割深度来衡量。

1)切割速度的影响

图3.5 传感器的埋置情况

试验中定值工艺参数:出口压力为30 MPa,磨料浓度比为30%,靶距为3 mm。绘制切割速度与最大切割深度关系曲线,如图3.6(a)所示。随切割速度增加,最大切割深度减小,切割速度越大,曲线越趋于平缓,当切割速度增加到一定值时,最大切割深度变得很小,不能用于实际应用。在有效切割速度范围内,切割面积呈先增大后减小的趋势,亦即存在最佳切割速度值,使切割效率最大,如图3.6(b)所示。

图3.6 切割速度对切割性能的影响

随着切割速度的增加,射流能量分配到了更长的切割距离上,单位长度受到的冲击能量减弱,所以最大切割深度减小。同时,其他工艺参数不变,射流中单位时间内包含的磨料颗粒数量不变,随切割速度增加,材料单位长度上承受磨料颗粒打击次数将减少,磨料颗粒对推进剂的疲劳破坏作用减弱,造成部分磨料的能量利用率减小,也使最大切割深度减小。

当切割速度减小时,切缝宽度增加,射流能量的一部分消耗在增加切缝宽度上,所以切割效率降低;随切割速度增加,切缝宽度减小,同时切割面积增大,能量利用率将增加。虽然最大切割深度减小,但切割效率增加,即在有效切割速度范围内的某一速度值处,切割效率达到最大值。当切割速度超过该值后,单位面积被磨料打击的次数越来越少,射流边缘区域的磨料颗粒对材料打击次数达不到疲劳破坏所需的次数,射流边缘区域能量利用率降低,切割速度增加的速度低于最大切割深度减小的速度,所以最大切割深度减小,切割效率随之降低。

2)出口压力的影响

试验中定值工艺参数:切割速度为2 mm/s,磨料浓度比为30%,靶距为3 mm。绘制出口压力与最大切割深度关系曲线,如图3.7所示。随着出口压力的增加,最大切割深度近似呈线性增加。按照传统理论,纯水射流切割条件下,HTPB推进剂的门限出口压力为11 MPa时,磨料水射流的切割能力约为纯水射流的2.8倍,可以大概计算出磨料水射流下的门限出口压力约为4 MPa,即在该压力以下,磨料与推进剂只能发生弹性碰撞,无法实行有效切割。

图3.7 出口压力对最大切割深度的影响

磨料水射流切割的能量由出口压力提供,出口压力决定射流束携带能量的大小。随着出口压力增加,射流束能量增加,磨料颗粒速度增加,对材料的打击作用力增加,切割能力变强,最大切割深度随之增加。当出口压力增大到一定程度后,最大切割深度的增加速度变得缓慢,原因如下。

一是对磨料加速作用增强,与材料接触时未达到最佳靶距的距离,磨料颗粒加速不完全,能量利用率降低。

二是磨料间的相互作用增强,能量损耗增大,在到达材料前,磨料破碎更加严重,磨料粒径变小,能量利用率降低。

三是到达材料后,射流进入切缝中产生反射,减弱后续射流的切割作用,出口压力越大,该作用越强。

在实际切割过程中,受到设备本身限制(出口压力一般不超过50 MPa),不可能一直增大出口压力,且前混合磨料水射流的优点就是在相同切割能力条件下降低出口压力以保证安全。综合考虑以上因素,出口压力的选择应适中。

3)磨料浓度比的影响

试验中定值工艺参数:切割速度为2 mm/s,靶距为3 mm,出口压力为30 MPa。绘制磨料浓度比与最大切割深度关系曲线,如图3.8所示。磨料浓度比是决定磨料水射流切割性能的重要参数。随磨料浓度比增加,最大切割深度急剧增大,显示出与高压纯水射流的巨大差异。当磨料浓度比由0增加到50%时,对于高燃速HTPB推进剂,最大切割深度由4.12 mm增加到了54.24 mm;而对于低燃速HTPB推进剂,最大切割深度则由3.25 mm增加到46.28 mm。当磨料浓度比达到某一值时,最大切割深度达到最大值,若再增加磨料浓度比,最大切割深度将开始减小。

图3.8 磨料浓度比与最大切割深度的关系

水射流加入磨料后,能量利用率大幅度提高。根据动量守恒定律,能量转移给磨料后,因磨料密度较大,且具有一定的棱角,对材料的作用力增大;同时磨料数量增加,对材料的打击次数增加;射流束边缘区域磨料颗粒数增加,对材料的疲劳作用增强,使得切缝宽度增加,同时使得更多的磨料进入切缝对材料进行切割,因此最大切割深度增加。但磨料在加速过程中消耗的能量不可小觑,经过砂管时碰撞破碎严重,破坏率高达80%。随着磨料浓度比的增大,即加入的磨粒颗粒数量增加,磨料间的相互碰撞、磨料与砂管间的碰撞、磨料与水射流间的碰撞都会持续增大,导致射流能量内耗逐渐增加。因此,当磨料浓度比增加到一定程度后,切割能力开始降低,最大切割深度减小。同时,磨料数量增加会导致射流束能量变得分散,单个磨料颗粒的能量减小,水射流中心区域的能量越来越小,对材料的打击作用减弱,也造成能量利用率减小,最大切割深度减小。在不增加出口压力的条件下,可以增加磨料浓度比来大幅提高切割效率,但应尽可能寻找最佳值,否则会降低设备的寿命,特别是喷嘴的寿命。

4)靶距的影响

试验中定值工艺参数:切割速度为2 mm/s,出口压力为30 MPa,磨料浓度比为30%。绘制靶距与最大切割深度关系曲线,如图3.9所示。随靶距增加,最大切割深度增大,当靶距超过某一值后,最大切割深度将持续减小,即存在一个最佳靶距值,试验所选条件下最佳靶距值为3 mm。

图3.9 靶距与最大切割深度的关系

水流携带磨料使其加速,在喷嘴的固定范围内,磨料一般不足以加速到最大速度,即当磨料喷射出后,加速过程将继续,直到磨料颗粒达到最大速度,所有磨料颗粒被加速后,射流束会在距喷嘴出口某一距离处具备最大切割能力,该位置即为最佳靶距处。之后射流束切割能力开始减弱,能量损耗增多,切割能力逐渐降低,最大切割深度开始减小。最佳靶距值与磨料的加速过程有关,而磨料的加速由出口压力决定,所以当出口压力不同时,最佳靶距值也不同,图3.10所示的是在不同出口压力下,靶距与最大切割深度的关系。由于此项试验耗时较长,且与切割速度和磨料浓度比的影响无关,为节约时间和成本,试验对象选择高燃速HTPB推进剂,试验条件中切割速度选择4 mm/s,磨料浓度比选择10%。

随着出口压力增加,最佳靶距值将先减小后增大。当出口压力较小时,水射流对磨料的作用力较小,磨料能达到的最大速度不是很大,但所需加速的距离仍较长;随着出口压力增加,水射流对磨料的加速作用增强,磨料加速度增大,可达到的最大速度增大,加速距离增加。出口压力在增加过程中存在一个值,使得水射流对磨料的加速作用与磨料颗粒可达到的最大速度均衡,此时磨料加速距离最短,最佳靶距值最小。当把切割效率作为主要考虑因素时,应选择最佳靶距值进行切割,此时能量利用率最高,可获得最大的切割能力。最佳靶距值不同,主要受出口压力的影响。

工艺条件优化:正交试验以高燃速HTPB推进剂为试验对象,其中各工艺参数的选择同样依据安全性测试(见表3.3),以最大切割深度为目标,其中靶距适当扩大,建立4因素3水平的正交试验表。最终参数的选择与优化的结论应结合二者的试验结果来判定。

图3.10 靶距与出口压力的关系

表3.3 正交试验参数选择范围

正交试验结果分析,如表3.4所示。

表3.4 正交试验结果分析

续表

由表3.4中的极差R i结果可知,影响切割效果的主要因素为切割速度,次要因素依次为靶距、出口压力和磨料浓度比。因此,优化后的试验条件可采用V 1 L 2 P 3 T 3,即出口压力为50 MPa,靶距为3 mm,切割速度为2 mm/s,磨料浓度比为50%,验证试验得到的最大切割深度为58.2 mm。通过上述的分析结果,并结合之前的单因素试验可知,切割速度的影响作用最大且存在最佳值。在工程应用中,适当降低切割速度有利于发挥射流的水楔作用,加速对推进剂的冲击和剥离。虽然出口压力在安全范围内较高,射流流速变大和动能增加,导致射流对接触面的破坏作用增大,切割性能越好。但是由于HTPB推进剂的力学强度较低,出口压力对效率的提高作用不大,盲目增大出口压力还会产生能源浪费和未知风险,得不偿失。因此,出口压力的选择以满足切割条件为主,没有必要选择最高值;射流在起始段内属于刚性物质,此时靶距对射流的切割性能影响很小。虽然在理论上存在一个最佳靶距值,但在实际操作过程中,随着时间的推移,靶距会逐渐增大而导致切割性能降低。因此,靶距务必控制在射流的起始段内;喷嘴的直径与流量成正比,当压力一定时,磨料浓度比是决定切割效果的主要因素,采用大流量喷嘴是提高切割性能的有效手段。但是,磨料浓度比过高会造成能量损失严重,喷嘴更换过快和冲击过程中“热点”出现的概率增大。因此,磨料浓度比的选择也应和出口压力一样,遵循适当原则,根据实际情况进行选用。

结论如下。

(1)在单因素试验中,随着切割速度增加,最大切割深度一直减小,在有效切割速度范围内,单位时间的切割面积呈先增大后减小的趋势,存在最佳速度值,且该值处切割效率最高;随着出口压力增加,最大切割深度在一段范围内近似线性增加,增加到一定程度时,最大切割深度的增长速度趋于平缓;随着磨料浓度比增大,最大切割深度迅速增加,存在最佳值;随着靶距增加,最大切割深度呈现先增大后减小的趋势,存在最佳值,且该参数受出口压力影响较大。

(2)在正交试验中,影响切割效果的主要因素为切割速度,次要因素依次为靶距、出口压力和磨料浓度比。因此,优化后的试验条件可采用V 1 L 2 P 3 T 3,即出口压力为50 MPa,靶距为3 mm,切割速度为2 mm/s,磨料浓度比为50%,验证试验得到的最大切割深度为58.2 mm。

(3)对于HTPB推进剂而言,最大切割深度受切割速度的影响较大。在工程应用中,要注意适当降低切割速度以保证切割效果,应根据实际情况调整靶距,确保其处于起始段内以提高能量利用率。出口压力和磨料浓度比的参数选择应以满足要求为主,不特意寻求最高值,必要时可适当降低以确保安全。

(三)项目成果转化及应用情况

该研究成果已成功应用于两个领域,一是武警部队防暴弹的处废。在2017年运用前混合磨料水射流切割技术,在湖北、山东、陕西等部队销毁各类防暴弹10万余发,无一事故发生。二是火箭军某部应用该技术对库存的30 kg高感度HTPB推进剂进行处废,将其环切成小块,过程安全稳定,如图3.11所示。

图3.11 防暴弹切割效果

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈