[發明專利]利用線狀脈沖激光模擬彈道沖擊并實時監測的裝置及方法

有效

• 申請號: 201910635121.6
• 申請日: 2019-07-15
• 公開（公告）號: CN110441125B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 曹強;劉勝;聶陽天;高陽;趙宏鳴;杜漸
• 申請（專利權）人: 武漢大學;北京仿真中心
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/30
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張濤

本發明公開了一種利用線狀脈沖激光模擬彈道沖擊并實時監測的裝置及方法，裝置包括激光輸出模塊、材料測試模擬模塊以及監測模塊，所述激光輸出模塊用于輸出所需激光，并將其整形為線狀激光，用于在樣品材料表面激發出線狀聲波源，所述材料模擬測試模塊用于利用激光模擬材料的彈道沖擊測試，所述監測模塊用于實時監測樣品材料受到激光沖擊后，所產生沖擊波的傳播過程與材料的損傷情況。其提高裝甲材料抗彈道沖擊測試模擬能力，相比于傳統基于子彈等彈道沖擊測試，具有快速、經濟、實驗可重復度高和收集微觀瞬態過程信息等優點，可使裝甲材料在設計開發的早期迭代設計階段，減少對實際彈道沖擊測試的依賴。

技術領域

本發明涉及彈道沖擊模擬領域，特別涉及一種利用線狀脈沖激光模擬彈道沖擊并實時監測的裝置及方法。

背景技術

從古代戰爭中抵御刀劍傷害的盔甲到現代兼具防彈、偽裝等功能的高性能防彈衣，從近身防御的防彈盾牌到遠程作戰的防彈戰車，防彈裝甲的蓬勃發展為配備者的生命財產安全提供了有力的保證。近年來，開發高效、輕便和經濟的裝甲材料，成為各軍事強國的研究熱點。

為了驗證材料的可靠性，一般都需要對其進行各方面性能的綜合測試。其中重要的一環就是對其進行抗沖擊測試。雖然傳統基于子彈、炮彈和炸藥產生高速彈道沖擊的測試，能根據材料損傷程度來評估裝甲材料抵抗沖擊的能力，但是這種測試耗時長、成本高，并且僅能得到最終測試結果，難以收集微觀瞬態過程信息，不利于對候選材料進行全面深入的分析。同時，在裝甲材料設計開發中，對于各種各樣的早期設計迭代，進行全面的抗沖擊測試是不切實際的，必須尋找一種替代的模擬測試方法，減少早期設計對彈道沖擊測試的依賴。激光由于其固有的四大特性：單色性、相干性、方向性和高能量密度，隨著生產實踐應用的需要，激光加工工藝越來越受到人們的重視。激光加工又有著熱影響區域小，光束方向性好，能使光束斑點聚焦到波長級，可以進行選擇性加工和精密加工等特點和優越性。在國內，利用激光進行極端條件下的模擬已有先例。如發明專利CN201811448259，便是設計了一種利用激光模擬航天產品真實火工沖擊環境的模擬裝置。但對于利用線狀脈沖激光模擬彈道沖擊中快速升溫和高應變率的動態加載，對裝甲材料進行彈道沖擊測試模擬，并利用光學監測儀器對其模擬過程進行實時監測，國內外還沒有先例。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術對應的不足，提供一種利用線狀脈沖激光模擬彈道沖擊并實時監測的裝置及方法，其提高裝甲材料抗彈道沖擊測試模擬能力，相比于傳統基于子彈等彈道沖擊測試，具有快速、經濟、實驗可重復度高和收集微觀瞬態過程信息等優點，可使裝甲材料在設計開發的早期迭代設計階段，減少對實際彈道沖擊測試的依賴。

本發明的目的是采用下述方案實現的：本發明提供了一種利用線狀脈沖激光模擬彈道沖擊并實時監測的裝置，包括激光輸出模塊、材料測試模擬模塊以及監測模塊，所述激光輸出模塊用于輸出所需激光，并將其整形為線狀激光，用于在樣品材料表面激發出線狀聲波源，所述材料模擬測試模塊用于利用激光模擬材料的彈道沖擊測試，所述監測模塊用于實時監測樣品材料受到激光沖擊后，所產生沖擊波的傳播過程與材料的損傷情況。

進一步地，所述激光輸出模塊包括脈沖激光器、光參量放大器和整形透鏡，所述脈沖激光器、光參量放大器分別與激光輸出系統連接，所述激光輸出系統根據所模擬子彈大小、質量、速度的不同，控制脈沖激光器輸出相應頻率、脈寬的激光，以及控制改變激光輸出波長，所述整形透鏡用于將光參量放大器輸出的激光整形為線狀激光以在材料測試模擬模塊的材料表面激發出線狀聲波源。

進一步地，本裝置還包括第一反射鏡和第二反射鏡，所述脈沖激光器輸出的激光束通過第一反射鏡進入光參量放大器；所述整形透鏡輸出的線狀激光通過第二反射鏡進入材料測試模擬模塊進行測試模擬。

進一步地，所述材料測試模擬模塊包括用于固定測試材料的沖擊模擬室，所述沖擊模擬室的一側面上設有激光輸入孔和監測孔；所述沖擊模擬室的內壁涂有吸光涂料；所述沖擊模擬室的內壁上固定有用于固定測試材料的載物臺；所述沖擊模擬室固定有載物臺的側面上固定有防護板；所述載物臺為移動載物臺。