一种火工品贮存运输加速试验方法

摘要

本发明涉及一种火工品贮存运输加速试验方法，具体包括如下步骤：运输试验系统搭建；火工品运输前，确定振动响应测点位置；火工品运输、运输力学环境测试；基于运输实测数据，确定运输载荷谱；确定加速运输载荷谱；加速运输试验。采用本方法成功进行了典型火工品非电无污染爆炸螺栓的运输、运输力学环境测试；基于运输实测数据，确定了运输载荷谱和加速运输载荷谱；进行了贮存运输加速试验。该方法具有广泛的通用性，同样适合于其它火工品的贮存运输加速试验，具有较好的推广意义。

说明书

技术领域

本发明涉及一种火工品贮存运输加速试验方法，该方法尤其适用于非电无污染爆炸螺栓的贮存运输加速试验。

背景技术

火工品一般具有“长期贮存，一次使用”的特点，因此火工品贮存可靠性与贮存期成为重要的战术指标。为了短时间内获取火工品的贮存可靠性信息，开展贮存可靠性与贮存期等战术指标评估是非常重要的。世界各国都十分重视火工品加速贮存试验技术研究，尤其是美国和俄罗斯这两个当今世界军事强国，在该领域开展了大量的研究工作，积累了丰富的理论和实践经验。导弹作为火工品的代表，对其进行的加速贮存试验是对其他火工品的加速贮存试验具有重要指导意义的。

美国先后对民兵、三叉戟等导弹进行了贮存延寿研究，特别是针对民兵导弹的贮存延寿研究工作很具代表性，已经成为世界各军事强国参照学习的典范。全弹贮存试验中振动贮存试验分为3个应力等级：最好(best)、一般(likely)和最差(worst)。美国认为导弹在长期贮存过程中发生失效的规律是一个多因素的复杂过程，美国导弹的贮存延寿研究采取的是利用其先进的测试监测技术，对每种导弹都定期随机抽取一定数量的样品进行检查、试验，确定是否安全、可靠，通过建立的数学模型外推导弹的寿命。其采取的延寿技术措施主要是更换、改进存在隐患的部组件或有限寿命部组件。

俄罗斯的导弹贮存试验方法是自然贮存和加速贮存同时进行，突出加速贮存试验。以多年的工程经验为基础，将产品在模拟设备上作仿真试验，并要求建立若干模型，加速应力有电应力、温度应力、机械应力(振动、冲击)等。俄罗斯加速贮存试验的理论和方法比较成熟，形成了一套从材料/器件到整机/全弹的加速贮存试验理论和方法。

我国导弹总体上看主要采取以自然贮存试验为主的工程分析方法，总体技术水平偏低。近年来，开始了加速贮存试验方法的研究，但主要是温、湿环境应力的研究，鲜有振动应力方面的研究。运输中产生振动和冲击，会使火工品的可靠性降低，而现有技术中没有火工品贮存运输加速试验的相关解决办法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点和不足，提供一种火工品贮存运输加速试验方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种火工品贮存运输加速试验方法，具体包括如下步骤：

步骤1：运输试验系统搭建；

步骤2：火工品运输前，确定振动响应测点位置；

步骤3：火工品运输、运输力学环境测试；

步骤4：基于运输实测数据，确定运输载荷谱；

步骤5：确定加速运输载荷谱；

步骤6：加速运输试验。

进一步的，所述步骤1具体为：火工品按照标准要求装在火工品包装箱内，采取可靠的固定方式固定在运输车内，保证其在运输条件下不前后窜动、上下跳动和左右摆动，模拟火工品实际运输状态。

进一步的，所述步骤2具体为：振动响应测点设置在火工品包装箱与运输车接触面附近，数量为4个，依次为Z1～Z4，振动响应测点Z1位于前部包装箱与运输车右侧接触面附近1cm处，振动响应测点Z2位于前部包装箱与运输车左侧接触面附近1cm处，振动响应测点Z3位于后部包装箱一角处的包装箱与运输车未接触面附近1cm处，振动响应测点Z4位于后部、与振动响应测点Z3现对的包装箱另一角处的包装箱与运输车未接触面附近1cm处。

进一步的，所述步骤3具体为：按照火工品贮存技术文件及相关标准，制定路面等级和车辆行驶速度；振动响应测点通过低噪声电缆连接到动态信号采集仪，采集获取不同路面等级、车辆行驶速度下的振动环境参数。

进一步的，所述步骤4具体为：对不同工况下各个振动响应测点的数据分别进行功率谱密度分析；每种路况下，振动响应测点Z1、Z2、Z3和Z4为一个域，进行环境统计。

进一步的，所述步骤5具体为：依据疲劳等效原则，并依据NASA-HDBK-7005反幂律模型的失效机理，当部件暴露于稳态动载荷x(t)之下，所述稳态动载荷x(t)为周期的或随机的，其均值为0，均方根为σ_x，其失效所需时间T_F可近似用“反幂律”表述为公式(1)：

其中，b和c是取决于部件类型的常数；如果有两个谱型相同但均方根值不同的稳态动载荷，两者产生相同的破坏势所需的时间的关系可由公式(1)得出公式(2)：

其中，T1表示第一稳态动载荷下振动暴露持续时间，T2表示第二稳态动载荷下振动暴露持续时间，σ₁表示第一稳态动载荷的均方根、σ₂表示第二稳态动载荷的均方根；

按自谱定义的随机振动，公式(2)变为公式(3)：

其中，G₁(f)表示第一功率谱密度、G₂(f)表示第二功率谱密度。

进一步的，所述步骤6具体为：为模拟实际的贮存运输状态，包装箱通过压板固定在试验平台上，包装箱内装有实际运输状态下的火工品；试验布置振动响应测点4个，分布在包装箱4个面附近的振动台面上；振动试验实施时分别使用4点平均控制的控制方法；基于火工品运输力学环境测试结果，制定的加速运输载荷谱，作为加速运输试验的条件输入，进行贮存运输加速试验。

进一步的，所述火工品为非电无污染爆炸螺栓。

进一步的，在所述步骤1中，运输试验时用于运输环境力学环境测量的传感器、低噪声电缆、采集设备、供电用的UPS均在运输车内。

进一步的，在所述步骤5中，b＝4。

本发明有益技术效果如下：

采用本方法成功进行了典型火工品非电无污染爆炸螺栓的运输、运输力学环境测试；基于运输实测数据，确定了运输载荷谱和加速运输载荷谱；进行了贮存运输加速试验。该方法具有广泛的通用性，同样适合于其它火工品的贮存运输加速试验，具有较好的推广意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1火工品包装箱振动环境测试振动响应测点示意图

具体实施方式

本发明提供了一种火工品贮存运输加速试验方法，包括如下步骤：

步骤1：运输试验系统搭建。

火工品按照标准要求装在火工品包装箱内，采取可靠的固定方式固定在运输车内，保证其在运输条件下不前后窜动、上下跳动和左右摆动，模拟火工品实际运输状态。本实施方式中火工品为非电无污染爆炸螺栓，为了试验安全、方便测量，运输试验时用于运输环境力学环境测量的传感器、低噪声电缆、采集设备、供电用的UPS均在运输车内。

步骤2：火工品运输前，确定振动响应测点位置。

参照图1，振动响应测点设置在火工品包装箱与运输车接触面附近，数量为4个，依次为Z1～Z4，每个振动响应测点分解为X(车前后方向)、Y(垂直路面方向)、Z(车左右方向)三个方向。振动响应测点Z1位于前部包装箱与运输车右侧接触面附近1cm处，振动响应测点Z2位于前部包装箱与运输车左侧接触面附近1cm处，振动响应测点Z3位于后部包装箱一角处的包装箱与运输车未接触面附近1cm处，振动响应测点Z4位于后部、与振动响应测点Z3现对的包装箱另一角处的包装箱与运输车未接触面附近1cm处。

步骤3：火工品运输、运输力学环境测试。

按照火工品贮存技术文件及相关标准，制定路面等级和车辆行驶速度。就非电无污染爆炸螺栓而言，IV级路的运输速度是25km/h、高速路的运输速度是60km/h。振动响应测点通过低噪声电缆连接到动态信号采集仪，采集获取不同路面等级、车辆行驶速度下的振动环境参数。

步骤4：基于运输实测数据，确定运输载荷谱。

对不同工况下各个振动响应测点的数据分别进行功率谱密度分析。每种路况下，振动响应测点Z1、Z2、Z3和Z4为一个域，进行环境统计。公路运输试验振动环境测试结果统计，每种路况、每个方向设计一个条件。结合火工品的实际设计、运输试验振动环境测量结果，取高速路和IV级路两种路面的振动环境作为火工品公路运输的振动环境。具体的，在高速路、垂直路面方向(Y向)上，非电无污染爆炸螺栓公路运输振动环境结果见表1。

表1非电无污染爆炸螺栓在高速路、垂直路面方向(Y向)上的公路运输振动环境结果

步骤5：确定加速运输载荷谱

依据疲劳等效原则，并依据NASA-HDBK-7005反幂律模型的失效机理，当部件暴露于稳态动载荷x(t)之下，所述稳态动载荷x(t)为周期的或随机的，其均值为0，均方根为σ_x，其失效所需时间T_F可近似用“反幂律”表述为公式(1)：

其中，b和c是取决于部件类型的常数。“反幂律”用来建立机械和电气设备与工作载荷作用时间有关的失效模型，也适用于环境载荷，包括动态载荷。如果有两个谱型相同但均方根值不同的稳态动载荷，两者产生相同的破坏势所需的时间的关系可由公式(1)得出公式(2)：

其中，T1表示第一稳态动载荷下振动暴露持续时间，T2表示第二稳态动载荷下振动暴露持续时间，σ₁表示第一稳态动载荷的均方根、σ₂表示第二稳态动载荷的均方根。

按自谱定义的随机振动，公式(2)变为公式(3)：

其中，G₁(f)表示第一功率谱密度、G₂(f)表示第二功率谱密度。

对航天运载器设备，因其涉及到电气电子元件，因此，根据反幂律模型，所有类型的振动中b＝4，除非有数据证明使用其它值是合适的。

振动暴露持续时间，GJB150A规定，高速公路上的卡车运输：普通货车/卡车的振动暴露持续时间每1600km的公路运输为60min(每个轴向)。

根据火工品贮存的运输环境剖面，确定各种路况下的运输里程，由运输速度，计算出第一稳态动载荷下振动暴露持续时间T1；依据GJB150A，普通货车/卡车的振动暴露持续时间每1600km的公路运输为60min(每个轴向)，获取各种路况下的第二稳态动载荷下振动暴露持续时间T2。根据公式(3)以及运输实测数据的运输载荷谱，确定加速运输载荷谱。

具体的，就非电无污染爆炸螺栓而言，从火工品制造工厂到仓库或导弹安装场地，通常使用卡车运输，经过的路面一般为高速路。根据现有的型号战标，典型火工品贮存公路运输高速路里程为10000km。非电无污染爆炸螺栓高速路况贮存运输里程为10000km，速度为60Km/h，运输时间为T1＝167h。现对此运输试验条件进行加速，对公式(3)，取决于部件类型的常数b取4，所述非电无污染爆炸螺栓在高速路、垂直路面方向(Y向)上加速运输振动环境见表2；加速试验时间为TT1＝(10000km/1600km)h＝6.25h。加速倍率为T1/TT1≈26.7。

表2非电无污染爆炸螺栓在高速路加速运输振动环境

步骤6：加速运输试验

为模拟实际的贮存运输状态，包装箱通过压板固定在试验平台上，包装箱内装有实际运输状态下的火工品。包装箱内装有30支非电无污染爆炸螺栓，其中6支2014批非电无污染爆炸螺栓安装炸药作为研究对象，另外24支2015批非电无污染爆炸螺栓未装炸药。试验布置振动控制点4个，分布在包装箱4个面附近的振动台面上；振动试验实施时分别使用4点平均控制的控制方法。基于火工品运输力学环境测试结果，制定的加速运输载荷谱，作为加速运输试验的条件输入，进行贮存运输加速试验。