[實用新型]超高速克量級球形彈丸發射裝置

無效

• 申請號: 201020175924.2
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN201697553U
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 趙士操;宋振飛;王青松;王翔;薛青躍
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: F41F1/00
• 分類號: F41F1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種超高速克量級球形彈丸發射裝置。

背景技術

空間碎片防護結構是保證在軌航天器安全的重要因素。而設計超高速發射裝置，則是空間碎片防護結構優化設計與性能評估的關鍵地基試驗技術。根據2003年美國國家航空和宇宙航行局(NASA)報告“TP-2003-210788”第4頁的內容，在400km高度，51.6°傾角，空間碎片對航天器的相對撞擊速度從1km/s至15km/s，平均8～9km/s。這就需要航天器防護結構經受住克量級速度10km/s碎片的撞擊。建立克量級球形彈丸10km/s發射裝置，是防護結構性能實驗的標準平臺。

在現有的發射裝置中，傳統的輕氣炮(Light?Gas?Gun)通過壓縮氣體推動彈丸運動，由于氣體逃逸速度的限制，一般將克量級的彈丸加速至7km/s以內，而對于更輕的彈丸，根據2006年期刊《International?Journal?of?ImpactEngineering》第33卷第615頁的內容，美國的University?of?Dayton?ResearchInstitute(UDRI)設計的三級輕氣炮(Three-Stage?Light?Gas?Gun)裝置可將直徑3mm以下的鋁球加速至8.65km/s。由于空間碎片對航天器的相對撞擊速度可達10km/s以上，所以基于壓縮氣體推動的輕氣炮發射裝置不能完全滿足評估和優化空間碎片防護結構的要求。

為了獲得10km/s的超高速發射裝置，目前公開的文獻上也已經有了許多方案。在2003年美國NASA報告“TP-2003-210788”第16頁中介紹了NASA目前使用的兩種超高速發射裝置，美國Sandia國家實驗室的三級超高速發射裝置和美國Southwest?Research?Institute的Inhibited?Shaped?Charge?Launcher(ISCL)發射裝置。其中2006年期刊《International?Journal?of?Impact?Engineering》第33卷第799～811頁中介紹的美國Sandia國家實驗室設計的使用阻抗梯度飛片(Pillow飛片)驅動技術的超高速發射裝置，利用二級輕氣炮發射初始速度為6～7km/s的Pillow飛片作為初級飛片驅動次級飛片。根據該期刊802頁的內容，該裝置可將厚度為1.98mm直徑為9.96mm的質量為0.934g的ZrO₂薄飛片加速至11.7km/s，并將厚度為1.09mm直徑為27.00mm的質量為2.444g的Al₂O₃薄飛片加速至14.6km/s。對于質量更小的0.03g的Ti6Al4V飛片，該裝置更可以將其加速至19km/s的高速。由于此裝置中次級飛片中的沖擊壓力平臺較窄，那么如果飛片的厚度過大飛片就會受到沖擊波邊界稀疏的影響，在飛片中產生大的負壓力，從而出現層裂現象，所以可以看到，這種裝置只能加速薄飛片，而基于薄片狀次級飛片的超高速侵徹實驗，將低估結構的防護性能。此裝置存在的主要問題是由于直接將次級飛片從0加速至10km/s以上的高速，所以次級飛片中的沖擊壓力峰值極大，導致次級飛片的沖擊溫升較高，影響擊靶效果；同時薄飛片受強沖擊發射后的空中姿態也難以保證，這樣同樣速度的飛片的擊靶實驗將具有不確定性。并且此技術次級飛片后的碎片云(由Pillow飛片撞擊次級飛片產生)將對防護結構的抗侵徹性能實驗產生影響。而對于美國NASA當前使用的第二種實驗裝置ISCL，根據1997年期刊《International?Journal?of?ImpactEngineering》第20卷第168～169頁的內容，ISCL超高速發射裝置只能將長徑比為2～3，質量為0.8～1.5g的空心柱狀鋁彈丸加速至11km/s，這種裝置對彈丸形狀的局限，以及發射末態的射流與變形，也限制了其在空間碎片防護結構優化設計與性能評估中的應用。