[發明專利]太空環境超高速撞擊試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202110783885.7
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113532783B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 黃林沖;李誠豪;馬建軍;陳萬祥;梁禹;楊宏偉
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08
• 代理公司: 廣東合方知識產權代理有限公司 44561
• 代理人: 許建成

本發明公開了一種太空環境超高速撞擊試驗裝置及方法，其在太空環境模擬容器內部限定有包括飛行區和撞擊區的試驗空間，并設有可對沿試驗空間超高速飛行的彈丸產生與重力反向電磁力的電磁鐵。試驗前，根據彈丸的質量和類型調整電磁鐵所提供的磁場的大小，即可平衡彈丸沿試驗空間飛行過程中所受重力，從而在試驗空間中模擬太空中的微重力環境，進而能更好地滿足太空超高速撞擊的模擬試驗要求以及進行相應的力學研究。

技術領域

本發明涉及超高速碰撞加載試驗技術領域，特別涉及一種太空環境超高速撞擊試驗裝置及方法。

背景技術

隨著航空航天技術的不斷發展，人類在太空中的活動日益頻繁。在太空活動中，各國將功能不同的航天器送入太空，使得地球上空軌道上的空間碎片數量呈上升趨勢。在此環境下，航天器在地球上空軌道上運行時，受到空間碎片撞擊的概率大大提升。一般來說，航天器少有主動防御的能力，僅具有一定的被動保護結構。因此，探究材料、結構在太空環境(真空、微重力、超低溫)中，受到超高速撞擊后的力學性能對指導航天器的選型、設計意義重大。

在現有的超高速撞擊試驗中，采用一級或多級輕氣炮加載是最為常見的技術手段。但現有的輕氣炮加載裝置大多針對常規重力環境下的高速撞擊加載，少有考慮到太空環境的特點(如真空、微重力以及超低溫等特點)，進行撞擊模擬的。因此，常規的輕氣炮加載系統難以滿足太空超高速撞擊的模擬試驗要求以及進行相應的力學研究。

發明內容

本發明的主要目的是提出一種能滿足太空環境超高速撞擊模擬試驗要求的試驗裝置及方法。

為實現上述目的，本發明提出一種太空環境超高速撞擊試驗裝置，包括：

太空環境模擬容器，所述太空環境模擬容器內部限定有可封閉的試驗空間，試驗空間包括飛行區以及與飛行區的尾端連通的撞擊區，撞擊區中可設置靶體；

加速器，所述加速器與飛行區的前端通連，用于驅使彈丸沿試驗空間超高速飛向靶體；

電磁鐵，所述電磁鐵用于對沿試驗空間超高速飛向靶體的彈丸產生與所受重力反向的電磁力，用于模擬太空中的微重力環境；

高速攝像機，所述高速攝像機用于記錄彈丸進入試驗空間時的運動軌跡；

紅外高速攝像機，所述紅外高速攝像機用于記錄靶體的溫度變化以及撞擊產生的靶體飛片的運動軌跡；以及

應力傳感器，所述應力傳感器設于靶體，用于記錄靶體的應力變化。

為實現上述目的，本發明還提出一種太空環境超高速撞擊試驗方法，包括如下步驟：

S1、根據彈丸的質量和類型調整電磁鐵所提供的磁場大小；

S2、在確保彈丸至靶體的空間暢通的情況下，通過加速器驅使彈丸沿試驗空間飛行以超高速撞擊靶體，并通過高速攝像機記錄彈丸進入試驗空間時的運動軌跡、通過紅外高速攝像機記錄靶體的溫度變化和撞擊產生的靶體飛片的運動軌跡、以及通過應力傳感器用于記錄靶體的應力變化。

本發明太空環境超高速撞擊試驗裝置及方法，在太空環境模擬容器內部限定有包括飛行區和撞擊區的試驗空間，并設有可對沿試驗空間超高速飛行的彈丸產生與重力反向電磁力的電磁鐵。試驗前，根據彈丸的質量和類型調整電磁鐵所提供的磁場的大小，即可平衡彈丸沿試驗空間飛行過程中所受重力，從而在試驗空間中模擬太空中的微重力環境，進而能更好地滿足太空超高速撞擊的模擬試驗要求以及進行相應的力學研究。

附圖說明

圖1為本發明的縱向剖視圖；

圖2為本發明的橫向剖視圖；

圖3為防護罩的示意圖；

圖4為彈丸在試驗空間內速飛行過程的受力原理圖。

具體實施方式