[發明專利]一種高速粒子流動量分布實時測量方法及測量裝置

無效

• 申請號: 201210163845.3
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102707291A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 陶彥輝;宋振飛;莫建軍;趙士操;譚福利;王桂吉
• 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: G01S17/58
• 分類號: G01S17/58
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

技術領域

本發明屬于高速碰撞領域，具體地，涉及一種高速粒子流動量分布實時測量方法及測量裝置。?

背景技術

在超高速碰撞領域，彈丸/飛片與靶板高速撞擊產生的碎片云、微物質噴射等，是材料動高壓物理性質、防護結構設計、武器內爆過程的重要研究內容。在工程應用領域，例如燃燒過程中微顆粒對高速渦輪發動機葉片的高速侵徹，將顯著降低葉片的服役壽命。對高速粒子流（如碎片云、微噴物質）動量分布的實時測量，在理論與實驗研究等方面具有重要意義。其一，粒子流性態是研究高速撞擊等復雜過程中材料損傷破壞的基礎，如彈丸/靶板高速撞擊產生的碎片云，蘊涵著撞擊瞬間材料沖擊壓縮與破壞特性等信息；粒子流的動量分布特性，也是研究高速粒子流對防護結構破壞效應的基礎。其二，基于高速粒子流動量分布的定量診斷技術，可以搭建高速粒子流實驗發射平臺，例如實驗模擬碎片云/防護結構撞擊破壞效應，以及高速噴射顆粒對發動機葉片的侵徹破壞，等等。?

當前對碎片云、微噴射物質的診斷一般采用多幅閃光X光成像技術、激光全息技術，或軟回收試驗。閃光X光成像技術與激光全息技術等是一種原位診斷技術，能夠實時（多幅）描繪粒子流的分布輪廓與相對密度分布等，如美國Sandia國家實驗室應用X-ray?閃光照像獲得的碎片云瞬態形貌，中國工程物理研究院流體物理研究所應用激光陰影照相技術獲得的碎片云瞬態形貌，以上技術給出碎片云分布的直觀圖像，但是一般難以給出粒子流動量分布的定量信息，并且受X光光斑大小等局限，顆粒分辨能力一般局限在微米尺度以上。?

對高速粒子流（如碎片云）空間分布的實時定量診斷是一項重要并具有挑戰性的工作。傳統測試方法應用3-5毫米平板（驗證靶）接收高速碎片云，通過獲取驗證靶自由面的實時速度反演高速顆粒的動量分布。嚴格地講，驗證靶測試技術基于一維平面應變工況設計，即僅適用于粒子流具有一維空間分布的特例；并且受驗證靶（或窗口）厚度的局限，測試有效時間一般在幾個微秒以內。對于具有二維以上空間分布的高速粒子流，該測試方法僅僅應用于碎片云計算模型的實驗校核，不能直接獲得高速粒子流的動量空間分布信息。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高速粒子流動量分布實時測量方法及測量裝置，該測量方法/測量裝置對碎片云、物質噴射的動量分布的定量測試，為高速粒子流的產生機理、材料力學模型研究等提供有效途徑。在工程應用方面，對高速粒子流的量化表征，是開展粒子流/結構材料高速撞擊效應實驗的基礎，為結構/材料優化設計提供實驗評估平臺。?

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：高速粒子流動量測試裝置，包括測試裝置主體、接收器主體、速度信號檢測記錄設備，測試裝置主體內具有等直徑的運動腔道；接收器主體直徑與運動腔道相匹配并且置于運動腔道內，在高速粒子流的作用下沿運動腔道軸向運動，接收器主體正對高速粒子流的端面設有鋁膜，另一端設有高阻抗薄膜；用于檢測和記錄接收器主體運動速度的速度信號檢測記錄設備與測試裝置主體固定連接或分體連接。?

所述速度信號檢測記錄設備由示波器和多普勒激光速度干涉儀組成，將多普勒激光速度干涉儀的光纖探頭固定于測試裝置主體的運動腔道內，將高阻抗薄膜運動速度信號轉化為激光干涉條紋并由示波器實時記錄。?

所述接收器主體為直徑1-4毫米、厚度1-2毫米的藍寶石單晶。?

所述高阻抗薄膜為聲阻抗接近于接收器主體材料的聲阻抗，厚度為亞微米的銅膜或銀膜。?

一種高速粒子流動量分布實時測量方法，包括下述步驟：?

1）在高速粒子流運動方向的前方設置至少上述的高速粒子流動量測試裝置，高速粒子流動量測試裝置的接收器主體具有鋁膜的一端正對高速粒子流，高速粒子流的動量傳遞給接收器主體，使接收器主體產生連續的加速運動；

2）高阻抗薄膜的運動速度與接收器主體的運動速度一致，通過多普勒激光速度干涉儀將高阻抗薄膜運動速度信號轉化為激光干涉條紋，由示波器實時記錄下來，通過數據處理，得到高阻抗薄膜的運動速度歷史，通過高阻抗薄膜的運動速度歷史反演高速粒子束流的瞬態動量；通過空間多點分布的高速粒子流動量測試裝置進行速度測量，確定高速粒子束流的空間動量分布。

上述的步驟2）中數據處理及反演高速粒子束流的瞬態動量的方法為：a、對處于一維應力彈性變形狀態的藍寶石接收器，應用一維差分流體動力學計算方法，將三個流體動力學方程：動量守恒、材料線性本構關系、質量守恒進行空間與時間的離散，?