[發(fā)明專利]一種基于激光誘導(dǎo)高壓等離子體原理驅(qū)動小顆粒高速入水的實驗系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111086221.1
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113720221B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王一偉;鐘玉雪;王靜竹;杜巖;王傲;王廣航;王志英
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;F42B35/02
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 焦海峰

本發(fā)明屬于入水實驗方法技術(shù)領(lǐng)域，針對現(xiàn)有技術(shù)中對于長度單位在毫米以及更小的彈體，由于尺寸和空氣阻力的影響不能用上述方法高速入水的問題，本發(fā)明公開一種基于激光誘導(dǎo)高壓等離子體原理驅(qū)動小顆粒高速入水的實驗系統(tǒng)，包括激光發(fā)生器和貼有金屬膜的玻璃片，通過激光發(fā)生器發(fā)出激光，激光聚焦在金屬膜上，誘導(dǎo)金屬膜產(chǎn)生高壓等離子體，吸附金屬膜上的顆粒以極高的速度撞擊水面。本發(fā)明利用激光聚焦在鋁膜上產(chǎn)生的高壓等離子體導(dǎo)致的高溫沖擊，使顆粒克服空氣阻力，實現(xiàn)了所述小顆粒的高速入水。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于入水實驗方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光誘導(dǎo)高壓等離子體原理驅(qū)動小顆粒高速入水的實驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)

對彈體入水的研究已經(jīng)開展了超過一個世紀(jì)。彈體入水的研究可以優(yōu)化導(dǎo)彈、航天器以及船舶等的入水方式以減小撞擊載荷，避免設(shè)備出現(xiàn)故障。具體的對彈體入水開式空泡的研究可以分析空泡的發(fā)展從而知曉彈體的運(yùn)動情況以及彈體運(yùn)動受影響的原因。對彈體入水開式空泡的研究還可以揭示生物體在水面上的運(yùn)動機(jī)制。

由于大型彈體的入水實驗成本高且不容易實現(xiàn)，所以一般用形狀特征相似的小彈體進(jìn)行入水實驗，來研究空泡發(fā)展和彈體運(yùn)動。最普遍的入水方法是彈體的自由落體入水，將彈體放置在不同高度用機(jī)械或者電磁鐵方法釋放彈體，其以不同速度垂直入水。為了使彈體高速入水，可以使用以空氣壓縮機(jī)壓縮空氣作為氣源的高速氣缸來加速彈體；為了使彈體不同角度入水，可以調(diào)節(jié)發(fā)射管的角度。

以上入水實驗方法只能發(fā)射厘米以及以上量級長度大小的彈體，對于長度單位在毫米以及更小的彈體，由于尺寸和空氣阻力的影響不能用上述方法高速入水。因此需要設(shè)計一種可以使毫米量級顆粒高速入水的入水實驗方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中對于長度單位在毫米以及更小的彈體，由于尺寸和空氣阻力的影響不能用上述方法高速入水的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光誘導(dǎo)高壓等離子體原理驅(qū)動小顆粒高速入水的實驗系統(tǒng)，本發(fā)明通過設(shè)置設(shè)備位置，使得激光聚焦于鋁膜，誘導(dǎo)鋁材料的高壓等離子體出現(xiàn)，產(chǎn)生高溫沖擊，使得顆粒被鋁膜彈射出去，實現(xiàn)小顆粒的高速入水。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于激光誘導(dǎo)高壓等離子體原理驅(qū)動小顆粒高速入水的實驗系統(tǒng)，包括激光發(fā)生器和貼有金屬膜的玻璃片，通過激光發(fā)生器發(fā)出激光，激光聚焦在金屬膜上，誘導(dǎo)金屬膜產(chǎn)生高壓等離子體，吸附金屬膜上的顆粒以極高的速度撞擊水面。

進(jìn)一步的，包括水平臺以及安裝水平臺上的調(diào)節(jié)升降機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)升降機(jī)構(gòu)設(shè)置有升降臺a、升降臺b和支架，升降臺a、升降臺b和支架的頂端分別安裝激光發(fā)射器、貼有金屬膜的玻璃片、凹面鏡，激光發(fā)射器發(fā)出激光，經(jīng)過凹面鏡聚焦照射到貼有金屬膜的玻璃片上。

進(jìn)一步的，通過調(diào)節(jié)升降臺a和升降臺b的高低，控制激光聚焦在金屬膜中心吸附有顆粒的一點上，金屬膜上該點突起，將顆粒彈射出去實現(xiàn)顆粒的高速入水。

進(jìn)一步的，所述貼有金屬膜的玻璃片的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置為中空玻璃盒，玻璃盒內(nèi)部填充液體，玻璃盒上方設(shè)置有可拆卸式玻璃蓋，玻璃蓋上貼設(shè)金屬膜。

更進(jìn)一步的，所述玻璃蓋上開鑿兩個同心圓孔，分別為大圓孔和小圓孔，將金屬膜貼在玻璃片中心，將金屬膜一面的玻璃片扣在玻璃蓋的大圓孔上。

將金屬膜一面的圓玻片扣在玻璃蓋的大圓孔上

進(jìn)一步的，所述金屬膜設(shè)置為鋁膜，激光聚焦在鋁膜上，鋁膜發(fā)生高壓等離子化，產(chǎn)生高溫區(qū)域，將顆粒彈射出去。

進(jìn)一步的，所述激光發(fā)射器通過水平調(diào)節(jié)器安裝在升降臺a上，通過水平調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)激光發(fā)射器水平發(fā)射激光。

進(jìn)一步的，所述凹面鏡設(shè)置為45°凹面鏡，激光經(jīng)過凹面鏡聚焦并且向下轉(zhuǎn)向90°，垂直照射到貼有金屬膜的玻璃片上，金屬膜的汽化物以極大的速度從金屬膜上向下噴射出去，同時吸附金屬膜上的顆粒也被沖擊出去，該顆粒以極高的速度撞擊水面。