本发明公开一种基于3D喷墨装药的测试炸药临界传爆尺寸的装置及方法。包括下测试板，第一上测试板和第二上测试板；下测试板中部设有下测试板楔形装药槽，下测试板楔形装药槽由螺旋楔形槽和等半径圆环楔形槽组成；第一上测试板上设有放置雷管起爆装药的月牙状孔槽和与下测试板的螺钉槽相匹配的螺钉槽；第二上测试板与第一上测试板相比还设有上测试板楔形装药槽，上测试板楔形装药槽的形状和尺寸与下测试板的等半径圆弧楔形槽相同，但始端和末端的方向相反。本发明可以测试临界直径在3mm以下的炸药临界传爆尺寸，改善了传统楔形装药测试炸药临界直径的不足，测试装置体积较小，可以较为精确地测定炸药的临界传爆尺寸。
1.一种基于3D喷墨装药的测试炸药临界传爆尺寸的装置，其特征在于，包括下测试板，第一上测试板和第二上测试板；
所述下测试板中部设有下测试板楔形装药槽，下测试板的外周均布多个螺钉槽，下测试板楔形装药槽高度较高的一端为始端，高度较低的一端为末端，下测试板楔形装药槽由螺旋楔形槽，和始端与螺旋楔形槽段末端相连的1/6‑5/12等半径圆环楔形槽组成，螺旋楔形槽从始端到末端的宽度不变，高度逐渐变小，圆弧半径逐渐增大；1/6‑5/12等半径圆弧楔形槽的宽度与螺旋楔形槽的宽度一致，始端高度与螺旋楔形槽末端的高度相同，末端高度为零；
所述第一上测试板上设有放置雷管起爆装药的月牙状孔槽和与下测试板的螺钉槽相匹配的螺钉槽；
所述第二上测试板与第一上测试板相比还设有上测试板楔形装药槽，上测试板楔形装药槽的形状和尺寸与下测试板的等半径圆弧楔形槽相同，但始端和末端的方向相反。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，螺旋楔形槽的始端外径为5mm‑15mm，末端外径为20mm‑50mm，螺旋圈数为1‑5，螺旋楔形槽从始端到末端的截面尺寸宽度不变为1mm‑
5mm，始端高为1mm‑5mm，末端高为0.5mm‑3mm。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，1/6‑5/12等半径圆环楔形槽的外径为
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，下测试板的厚度为8mm‑15mm，第一上测试板和第二上测试板厚度为5mm‑10mm。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，月牙状孔槽的环宽为3mm‑10mm，孔长为1/
6‑5/12圆环，第一上测试板或第二上测试板和下测试板由螺钉连接固定。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，第一上测试板、第二上测试板和下测试板的加工材料为06Cr19Ni10不锈钢或者022Cr17Ni12Mo2不锈钢。
7.一种采用权利要求1‑6任一项所述的装置测试炸药临界传爆尺寸的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：针对测试临界传爆尺寸的炸药，配制炸药油墨；
步骤(2)：采用3D喷墨打印装置对下测试板的楔形装药槽进行装药并进行固化处理；
步骤(3)：将完成装药的下测试板和第一上测试板进行装配，在下测试板的楔形装药槽始端装药处进行起爆；
步骤(4)：若步骤(3)中下测试板楔形装药槽的熄爆位置处于下测试板的1/6‑5/12等半径圆环楔形槽，则进行步骤(5)；若步骤(3)中下测试板楔形装药槽的熄爆位置处于下测试板的螺旋楔形槽，则重新设计加工下测试板，增加下测试板中1/6‑5/12等半径圆环楔形槽始端也就是螺旋楔形槽的末端的高度，重复步骤(2)‑(3)，直至步骤(3)中的下测试板楔形装药槽的熄爆位置处于下测试板的1/6‑5/12等半径圆环楔形槽；
步骤(6)：将第二上测试板楔形装药槽末端对准下测试板1/6‑5/12等半径圆环楔形槽末端，逆下测试板楔形槽始、末端延展方向旋转，直至第二上测试板楔形装药槽末端抵达步骤(3)中下测试板楔形槽的熄爆位置，在下测试板中心螺旋楔形槽始端装药处进行起爆；
步骤(7)：若步骤(6)中第二上测试板楔形装药槽的装药完全被起爆，则步骤(3)中下测试板楔形装药槽熄爆位置处的截面高度即为该炸药油墨的临界传爆高度，记为h1，根据楔形装药槽宽度a，则可确定该炸药油墨的临界传爆尺寸为a×h1；若步骤(6)中第二上测试板楔形装药槽的装药未被起爆，则重新对第二上测试板和下测试板进行装药及装配，将第二上测试板楔形装药槽末端逆下测试板楔形装药槽始、末端延展方向旋转，直至第二上测试板楔形装药槽末端抵达下测试板1/6‑5/12等半径圆环楔形槽的始端，进行起爆测试；
步骤(8)：采用二分法，以第二上测试板楔形装药槽装药被完全起爆和未被起爆作为判定点，缩小这两点对应在下测试板1/6‑5/12等半径圆环楔形槽之间的距离，当距离不大于
1mm时截止，此时可使第二上测试板楔形装药槽装药完全起爆位置对应的下测试板沟槽截面尺寸记为a×h3，第二上测试板楔形装药槽装药未被起爆位置对应的下测试板沟槽截面尺寸记为a×h2，根据设计的楔形槽宽度a，则可确定该炸药油墨的临界传爆尺寸为a×h3；
以1mm为判定截止依据，对应临界传爆厚度(h3‑h2)/h2的相对误差控制在5％以内。
基于3D喷墨装药的测试炸药临界传爆尺寸的装置及方法
技术领域
[0001] 本发明属于炸药爆轰及爆炸性能测试领域，具体涉及一种基于3D喷墨装药的测试炸药临界传爆尺寸的装置及方法。
背景技术
[0002] 炸药的临界直径是在一定装药密度下，爆轰能稳定传播的最小装药直径，它是描述炸药爆轰传播动力学行为的重要参数。如果装药直径小于临界直径，爆轰不能稳定传播，会有熄爆的情况发生。
[0003] 传统的炸药临界直径测量方法主要有以下几种：
[0004] 1）将装药加工成圆锥形，从大端起爆，由熄爆位置获得临界直径(Salyer T R, Hill L G. The dynamics of detonation failure in conical PBX 9502 charges[C]//The Thirteenth Symposium (International) on Detonation. 2006.)；不足之处是为了减小误差需要尽可能地减小锥角，增加实验量和制样难度。
[0005] 2）采用台阶式药柱，从最大直径端面起爆，爆轰顺直径依次减小的装药传播，由熄爆位置获得临界直径（陆春荣, 刘玉存. RDX的粒度对临界截面积的影响[J]. 中北大学学报:自然科学版, 2004, 25(5):368‑370.）；不足之处是装药药柱接近临界直径时的制样难度较高。
[0006] 3）采用楔形装药，从大端起爆，由熄爆位置获得临界直径（杨斌林, 陈荣义，曹晓宏。RDX炸药粒度对其爆轰性能的影响[J]. 火工品, 2004(03):55‑57+61+5.）；不足之处在于难以准确判定熄爆位置，且在强约束条件下，楔形装药的爆轰停止位置比临界直径位置更靠近尾端，测得的临界厚度一般小于炸药的临界直径。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于3D喷墨装药的测试炸药临界传爆尺寸的装置及方法。
[0008] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于3D喷墨装药的测试炸药临界传爆尺寸的装置，包括下测试板，第一上测试板和第二上测试板；
[0009] 所述下测试板中部设有下测试板楔形装药槽，下测试板的外周均布多个螺钉槽，下测试板楔形装药槽高度较高的一端为始端，高度较低的一端为末端，下测试板楔形装药槽由螺旋楔形槽，和始端与螺旋楔形槽段末端相连的1/6‑5/12等半径圆环楔形槽组成，螺旋楔形槽从始端到末端的宽度不变，高度逐渐变小，圆弧半径逐渐增大；1/6‑5/12等半径圆弧楔形槽的宽度与螺旋楔形槽的宽度一致，始端高度与螺旋楔形槽末端的高度相同，末端高度为零；
[0010] 所述第一上测试板上设有放置雷管起爆装药的月牙状孔槽和与下测试板的螺钉槽相匹配的螺钉槽；
[0011] 所述第二上测试板与第一上测试板相比还设有上测试板楔形装药槽，上测试板楔形装药槽的形状和尺寸与下测试板的等半径圆弧楔形槽相同，但始端和末端的方向相反。
[0012] 进一步的，螺旋楔形槽的始端外径为5mm‑15mm，末端外径为20mm‑50mm，螺旋圈数为1‑5，螺旋楔形槽从始端到末端的截面尺寸宽度不变为1mm‑5mm，始端高为1mm‑5mm，末端高为0.5mm‑3mm。
[0013] 进一步的，1/6‑5/12等半径圆环楔形槽的外径为25mm‑100mm。
[0014] 进一步的，下测试板的厚度为8mm‑15mm，第一上测试板和第二上测试板厚度为5mm‑10mm。
[0015] 进一步的，月牙状孔槽的环宽为3mm‑10mm，孔长为1/6‑5/12圆环，第一上测试板或第二上测试板和下测试板由螺钉连接固定。
[0016] 进一步的，第一上测试板、第二上测试板和下测试板的加工材料为06Cr19Ni10不锈钢或者022Cr17Ni12Mo2不锈钢。
[0017] 一种采用上述的装置测试炸药临界传爆尺寸的方法，包括如下步骤：
[0018] 步骤（1）：针对测试临界传爆尺寸的炸药，配制炸药油墨；
[0019] 步骤（2）：采用3D喷墨打印装置对下测试板的楔形装药槽进行装药并进行固化处理；
[0020] 步骤（3）：将完成装药的下测试板和第一上测试板进行装配，在下测试板的楔形装药槽始端装药处进行起爆；
[0021] 步骤（4）：若步骤（3）中下测试板楔形装药槽的熄爆位置处于下测试板的1/6‑5/12等半径圆环楔形槽，则进行步骤（5）；若步骤（3）中下测试板楔形装药槽的熄爆位置处于下测试板的螺旋楔形槽，则重新设计加工下测试板，增加下测试板中1/6‑5/12等半径圆环楔形槽始端也就是螺旋楔形槽的末端的高度，重复步骤（2）‑（3），直至步骤（3）中的下测试板楔形装药槽的熄爆位置处于下测试板的1/6‑5/12等半径圆环楔形槽；
[0022] 步骤（5）：对下测试板和第二上测试板进行装药；
[0023] 步骤（6）：将第二上测试板楔形装药槽末端对准下测试板1/6‑5/12等半径圆环楔形槽末端，逆下测试板楔形槽始、末端延展方向旋转，直至第二上测试板楔形装药槽末端抵达步骤（3）中下测试板楔形槽的熄爆位置，在下测试板中心螺旋楔形槽始端装药处进行起爆；
[0024] 步骤（7）：若步骤（6）中第二上测试板楔形装药槽的装药完全被起爆，则步骤（3）中下测试板楔形装药槽熄爆位置处的截面高度即为该炸药油墨的临界传爆高度，记为h1，根据楔形装药槽宽度a，则可确定该炸药油墨的临界传爆尺寸为a×h1；若步骤（6）中第二上测试板楔形装药槽的装药未被起爆，则重新对第二上测试板和下测试板进行装药及装配，将第二上测试板楔形装药槽末端逆下测试板楔形装药槽始、末端延展方向旋转，直至第二上测试板楔形装药槽末端抵达下测试板1/6‑5/12等半径圆环楔形槽的始端，进行起爆测试；
[0025] 步骤（8）：采用二分法，以第二上测试板楔形装药槽装药被完全起爆和未被起爆作为判定点，缩小这两点对应在下测试板1/6‑5/12等半径圆环楔形槽之间的距离，当距离不大于1mm时截止，此时可使第二上测试板楔形装药槽装药完全起爆位置对应的下测试板沟槽截面尺寸记为a×h3，第二上测试板楔形装药槽装药未被起爆位置对应的下测试板沟槽截面尺寸记为a×h2，根据设计的楔形槽宽度a，则可确定该炸药油墨的临界传爆尺寸为a×h3；以1mm为判定截止依据，对应临界传爆厚度(h3‑h2)/h2的相对误差控制在5%以内。
[0026] 本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
[0027] 本发明改善了传统楔形装药测试炸药临界直径的不足（测得的临界直径一般小于炸药装药的临界直径），首先通过下测试板和第一上测试板确定装药的初始熄爆位置，然后根据此熄爆位置确定后续测试采用下测试板或第二测试板；继而对下测试板和第二上测试板进行装药和装配，采用二分法进行测试，最终可以较为精确地测得炸药的临界传爆尺寸；测试装置体积较小，当判定条件为1mm时，误差可以控制在5%以内。
附图说明
[0028] 图1为本发明的测试炸药临界传爆尺寸的装置示意图。
[0029] 图2为本发明的下测试板示意图。
[0030] 图3为本发明的下测试板装药形貌示意图。
[0031] 图4为本发明的下测试板的俯视图。
[0032] 图5为本发明的图4的A‑A向剖视图。
[0033] 图6为本发明的第一上测试板示意图。
[0034] 图7为本发明的第二上测试板示意图。
[0035] 图8为本发明的第二上测试板的装药形貌示意图。
[0036] 图9为本发明的第二上测试板的俯视图。
[0037] 图10为本发明图9的B‑B向剖视图。
[0038] 图11为本发明计算误差的等效装药示意图。
[0039] 附图标记说明：
[0040] 1‑下测试板，2‑上测试板，1‑1‑下测试板楔形装药槽，1‑2‑下测试板螺钉槽，1‑3‑下测试板主体，2‑1‑第一上测试板螺钉槽，2‑2‑第一上测试板主体，2‑3‑第一上测试板月牙状孔槽，3‑1‑上测试板楔形装药槽，3‑2‑第二上测试板螺钉槽，3‑3‑第二上测试板主体，3‑4‑第二上测试板月牙状孔槽，4‑1‑下装药，5‑1‑上装药。
具体实施方式
[0041] 为使本发明的目的、技术方案和优点更为清楚，以下将通过具体实施例和相关附图（图1至图11），对本发明作进一步的详细说明。在图中，为了更清楚地进行说明，对部分结构进行了放大或缩小，作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。
[0042] 实施例1
[0043] 一种测试炸药临界传爆尺寸的装置，包括两个带有楔形沟槽的圆形钢板。如图1‑5所示，下测试板楔形沟槽分为两段，第一段为始端外径8mm、末端外径26mm、螺旋圈数2的螺旋楔形槽，楔形始端截面尺寸宽3mm、高3mm，末端截面尺寸宽3mm、高0.75mm；第二段楔形槽始端与第一段楔形槽末端相连；第二段为始、末端外径相同的5/12等半径圆环楔形槽，外径32mm，始端截面尺寸宽3mm、高0.75mm，末端截面尺寸宽3mm、高0mm。
[0044] 如图6所示，第一上测试板无楔形沟槽。在此示例中，假定第三步中的熄爆位置处于下测试板的第二段楔形槽装药段，因此不需要设计新的下测试板。第二上测试板的设计和使用根据下测试板的楔形沟槽参数进行下一步。第二上测试板楔形槽规格与下测试板楔形槽的第二段完全一致，是始、末端外径相同的5/12等半径圆环楔形槽，仅始、末端方向与下测试板第二段楔形槽始、末端方向相反；外径32mm，始端截面尺寸宽3mm、高0.75mm，末端截面尺寸长宽3mm、高0mm。下测试板厚8mm，第一上测试板和第二上测试板厚5mm，均采用06Cr19Ni10不锈钢，第一上测试板和第二上测试板中心留月牙孔用以放置雷管起爆装药，月牙孔环宽5mm，孔长5/12圆环；上、下测试板由M6螺钉和螺母连接固定。
[0045] 测试步骤如下：
[0046] 第一步，针对测试临界传爆尺寸的CL20炸药，配制CL20油墨，5g纳米CL20，0.1g硝化棉（含氮量大于13%），5mL乙酸丁酯，混合后磁力搅拌12h，CL20炸药油墨配制完成；
[0047] 第二步，采用3D喷墨打印装置对下测试板的楔形沟槽进行装药并进行烘干固化处理；
[0048] 第三步，将完成装药的下测试板和第一上测试板进行装配，在下测试板中心第一段楔形槽始端装药处进行起爆；
[0049] 第四步，若第三步中下测试板楔形槽的熄爆位置处于下测试板的第二段楔形槽，则进行第五步；若第三步中下测试板楔形槽的熄爆位置处于下测试板的第一段楔形槽，则进行设计加工第二下测试板，在下测试板的参数基础上，增加下测试板中第二段楔形槽末端和第二上测试板楔形槽始端的厚度，重复第二至第三步，直至第三步中下测试板楔形槽的熄爆位置处于下测试板的第二段楔形槽；
[0050] 在此示例中假定第三步中的熄爆位置处于下测试板的第二段楔形槽装药段，因此不需要重新设计下测试板。
[0051] 第五步，对下测试板和第二上测试板进行装药；
[0052] 第六步，将第二上测试板楔形槽末端对准下测试板第二段楔形槽末端，逆下测试板楔形槽始、末端延展方向旋转，直至第二上测试板楔形槽末端抵达第三步中下测试板楔形槽的熄爆位置，在下测试板中心第一段楔形槽始端装药处进行起爆；
[0053] 第七步，若第六步中第二上测试板楔形槽的装药完全被起爆，则第三步中下测试板楔形槽熄爆位置处的截面厚度即为该炸药油墨的临界传爆厚度，记为h1，根据设计的楔形沟槽宽度（记为a），则可确定该炸药油墨的临界传爆尺寸为a×h1；若第六步中第二上测试板楔形槽的装药未被起爆，则重新对第二上、下测试板进行装药及装配，将第二上测试板楔形槽末端逆下测试板楔形槽始、末端延展方向旋转，直至第二上测试板楔形槽末端抵达下测试板第二段楔形槽的始端，进行起爆测试；
[0054] 第八步，采用二分法，以第二上测试板楔形槽装药被完全起爆和未被起爆作为判定点，缩小这两点对应在下测试板第二段楔形槽之间的距离，当距离不大于1mm时截止，此时可将第二上测试板楔形槽装药完全起爆位置对应的下测试板沟槽截面尺寸记为a×h3，第二上测试板楔形槽装药未被起爆位置对应的下测试板沟槽截面尺寸记为a×h2，根据设计的楔形沟槽宽度a，则可确定该炸药油墨的临界传爆尺寸为a×h3；第二上测试板楔形槽始端高度0.75mm，记为h0，第二上测试板圆环楔形槽外径32mm，内径29mm，计算坡度时半径约取中间值30.5mm，记为ri，如图11所示，通过以下计算式可得，以1mm为判定截止依据，对应临界传爆厚度[(h3‑h2)/h2]的相对误差为2.5%。
[0055]
[0056]
[0057]
[0058] 假设h2为0.5mm，则相对误差
[0059]
[0060] 至此，完成一种CL20炸药油墨的临界传爆尺寸测试，临界传爆尺寸为a×h3，临界传爆厚度相对误差为2.5%。
[0061] 综上所述，一种基于3D喷墨装药的测试炸药临界传爆尺寸的装置及方法，可以测试临界直径在3mm以下的炸药临界传爆尺寸，同时改善了传统楔形装药测试炸药临界直径的不足（测得的临界直径小于炸药装药的临界直径），可以较为精确地测定炸药地临界传爆尺寸，测试装置体积较小，当判定条件为1mm时，误差可以控制在5%以内。
