CN101443646B - 冲击和发射设备 - Google Patents

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Abstract

冲击和发射设备的一个实施例包括：沿台架引导部件运动的第一台架和第二台架，其中第一台架的质量M1大于第二台架的质量M2。台架引导部件，其关联于第一和第二台架的基本上线性的运动路径；以及台架停止部件，其能够定位在第一位置和第二位置，其中在第一位置的台架停止部件至少部分地处于第二台架的运动路径上。在一个实施例中，在第二位置的台架停止部件不在第二台架的运动路径上。一个方法实施例包括向第一台架提供速度反转碰撞；在第一台架的速度反转碰撞之后，提供在第二台架和第一台架之间的多次速度放大碰撞；在第二台架和处于第一位置的台架停止部件之间提供多次速度反转碰撞；以及，改变台架停止部件的位置到第二位置。

Description

冲击和发射设备
相关申请的交叉参考
本申请与2006年3月17日提交的名称为“Shock Apparatus”的美国专利申请第11/378,019号(代理人卷号G0yal10)相关，在此以引用方式将该申请的全部内容并入本文。
本申请也与2006年3月17日提交的名称为“Rotational and LinearShock Apparatus”的美国专利申请第11/378,082号(代理人卷号G0yal9-1-1)相关，在此以引用方式将该申请的全部内容并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及机械冲击和发射物体，更具体地，涉及用于提供机械冲击和用于发射物体的设备和方法。
背景技术
很多类型的装置和结构需要抵抗在一定时间内施加的一定级别的加速度(即，冲击加速度)的能力。这样的装置的例子包括微机电系统(MEMs)、纳米装置、光子装置、以及RF装置。用于提供冲击加速度的一些设备和方法包括：坠落试验，即，将测试物体从预定高度坠落；以及冲击式试验，即将测试物体附着于由加农炮发射的射弹上。也可使用分离式霍普金森杆。这样的设备和方法有一些实际的局限性。例如，坠落试验受限于物体坠落的高度，由此使得坠落所产生的加速度大小受到限制。而冲击式方法则具有不希望的危险且费用昂贵。
此外，很多物体也需要被加速到一定的速度。这样的物体的例子包括卫星、某些类型的车辆、以及弹药。用于将物体加速到一定速度的设备和方法包括冲击式方法以及将测试物体附着到火箭上。这样的方法的一个局限性在于具有不希望的危险且费用昂贵。
发明内容
现有技术的各种不足被本发明所克服。本发明的一个实施例就是冲击和发射设备。冲击和发射设备的一个实施例包括：适于沿台架(cariage)引导部件运动的第一台架和第二台架，其中第一台架的质量M1大于第二台架的质量M2；台架引导部件，其与第一和第二台架的基本线性的运动路径关联；以及台架停止部件，其能够定位在第一位置和第二位置，其中处于第一位置的台架停止部件至少部分地处于第二台架的运动路径上。在一个实施例中，处于第二位置的台架停止部件并不在第二台架的运动路径上。
一种方法的实施例包括：向第一台架提供一个速度反转碰撞；在向第一台架提供了速度反转碰撞之后，在第二台架和第一台架之间提供多次速度放大碰撞，其中第一台架的质量M1大于第二台架的质量M2；在第二台架和处于第一位置的台架停止部件之间提供所述多次速度反转碰撞；以及，将台架停止部件的位置改变到第二位置。
附图说明
为了本发明所提到的特征可以被具体的理解以及更详细的说明本发明，采用引用实施例的方式来说明，其中的一些实施例采用了附图说明。但是，需要说明的是，说明书附图只是用于说明本发明典型的实施方式，并不用于限制本发明的范围，本发明可被拓展到其他的等效的实施方式。
图1是本发明的冲击和发射设备的一个实施例的截面图，所示的实施例能够提供冲击加速度。
图2是图1所示的冲击和发射设备的实施例的透视图。
图3是具有单一台架引导杆的冲击和发射设备的一个实施例的截面图。
图4a是具有包括围绕结构的台架引导部件的冲击和发射设备的一个实施例的截面图。
图4b是图4a所示的冲击和发射设备的实施例的透视图。
图5a-b示出了具有台架停止部件的冲击和发射设备，在图5a中示出了台架停止部件处于第一位置的一个实施例，在图5b中示出了台架停止部件处于第二位置的一个实施例。
图5c示出了具有台架停止部件实施例的冲击和发射设备的实施例，台架停止部件的这个实施例是处于第二位置的另一实施例。
图5d示出了具有台架停止部件实施例的冲击和发射设备的实施例，其中台架停止部件连接到第二目标的实施例上，且台架停止部件的这个实施例是处于第一位置的另一实施例。
图5e示出了具有被连接台架停止部件实施例的冲击和发射设备的实施例，其中被连接台架停止部件的这个实施例是处于第二位置的实施例。
图5f示出了具有被连接台架停止部件另一实施例的冲击和发射设备的实施例，其中被连接台架停止部件的这个另一实施例也是处于第二位置的实施例。
图6示出了包括设备引导部件的发射和冲击装置的实施例。
图7a-c示出了冲击和发射设备能够提供的冲击加速度脉冲的具体形式。
图8示出了能够发射物体的冲击和发射设备的一个实施例。
图9a-c示出了与冲击和发射设备相关联起的基本上线性的运动路径。
为了方便理解，在各图中尽可能使用了相同的附图标记来表示相同的构件。
具体实施方式
图1是本发明的冲击和发射设备20的一个实施例的截面图，图2是图1所示的冲击和发射设备20的实施例的透视图。
冲击和发射设备20包括第一台架24和第二台架28，它们能够沿基本上线性的路径32运动并互相撞击。第一台架24具有第一质量M1，第二台架28具有第二质量M2。第一质量M1大于第二质量M2。第一和第二台架24、28沿路径32具有空间顺序。该空间顺序是相对于它们彼此之间以及相对于冲击和发射设备20的其它部件之间而言的，空间顺序和第一和第二台架24、28的相对质量有关。
冲击和发射设备20包括台架引导部件36用于引导第一和第二台架24、28沿路径32运动。台架引导部件36还能够在冲击和发射设备20的操作过程中保持第一和第二台架24、28的相对空间顺序。
第一和第二台架24、28及台架引导部件36适于提供第一台架24和第二台架28沿台架引导部件36的运动。在一个实施例中，台架引导部件36包括表面40，该表面与第一台架24的表面44及第二台架28的表面48相接触。第一和第二台架24、28的表面44、48沿着台架引导部件36的表面40运动。例如，在一个实施例中，台架引导部件36包括至少一个引导杆52，第一和第二台架24、28在路径32上的运动是通过沿引导杆52的滑动来实现的。在图1所示的实施例中，台架引导部件36包括一对引导杆。在图3所示的实施例中，冲击和发射设备20所包括的台架引导部件36具有单一引导杆。
在一个实施例中，与台架引导部件36的表面40所接触的第一和第二台架24、28的表面44、48提供了与台架引导部件36的表面40之间相对小的摩擦作用。例如，在一个实施例中，第一和第二台架24、28均包括至少一个具有表面44、48的轴承。在图1所示的实施例中，第一和第二台架24、28均包括一对线性轴承，这对线性轴承使得第一和第二台架24、28沿引导杆52的运动容易进行。
还存在着台架引导部件36的其他实施例。在一个实施例中，台架引导部件36包括一个至少部分地围绕第一和第二台架24、28的结构60。例如，图4a示出了冲击和发射设备20的一个实施例的截面图，其中台架引导部件36包括一个完全围绕(或包围)第一和第二台架24、28的中空圆筒。图4b示出了图4a所示的冲击和发射设备20的实施例的透视图。在其它的实施例中，台架引导部件36包括至少在部分时间上以不接触第一和第二台架24、28的方式引导第一和第二台架24、28的装置。例如，台架引导部件36可包括一个产生电磁场的装置，其影响第一和第二台架24、28，从而施加力到第一和第二台架24、28上以引导它们。任选地，台架引导部件36包括施加力以引导第一和第二台架24、28的其他装置，例如，产生可应用于第一和第二台架24、28上的加压气体或液体的装置。
冲击和发射设备20包括台架停止部件68，其能够选择性地影响第二台架28的运动。台架停止部件68具有第一状态72，在第一状态72中，台架停止部件68以第一方式上影响第二台架28的运动，以提供第二台架28速度反转的运动改变。台架停止部件还具有第二状态76，在第二状态76中，台架停止部件或者以第二方式影响第二台架28的运动，或者不影响第二台架28的运动。
在一个实施例中，台架停止部件68是可选择性地定位的台架停止部件68。在这个实施例中，台架停止部件68的第一状态72是台架停止部件68的第一位置72a，台架停止部件68的第二种状态76是台架停止部件68的第二位置76a(或76b)。在图1所示的实施例中，台架停止部件68是可选择性地定位的台架停止部件68。
图5a示出了可选择性地定位的台架停止部件68的第一位置72a的一个实施例。台架停止部件68的第一位置72a至少部分地处于第二台架28的运动路径32上。第二台架28和处于第一位置72a的台架停止部件68之间的相互作用包括第二台架28和台架停止部件68之间的碰撞。在第一位置72a的台架停止部件68是第二台架28运动的一个障碍物并提供了对第二台架28的速度反转碰撞。
图5b示出了可选择性地定位的台架停止部件68的第二位置76a的一个实施例。在图5b所示的实施例中，在第二位置76a的台架停止部件68无任何部分处于第二台架28的运动路径上。
图5c示出了可选择性地定位的台架停止部件68的第二位置76b的另外一个实施例，在图5c所示的实施例中，在第二位置76b的台架停止部件68至少部分地处于第二台架28的运动路径上，但它通过与台架停止部件68处于第一位置72a时不同的方式影响第二台架28。
在一个实施例中，台架停止部件68的第一位置72a是一个固定(或静止)位置，在另外一个实施例中，台架停止部件68的第一位置72a是一个不固定的位置，也就是说，台架停止部件68处于第一位置72a时是运动着的。
冲击和发射设备20包括一个在台架停止部件68的第一状态72和第二状态76之间进行切换的装置88，例如切换装置88。在一个实施例中，切换装置88响应于如下至少之一：第一台架24的位置、第一台架24的速度、第二台架28的速度、第一台架24和第二台架28之间发生的碰撞的次数、或第二台架28和处于第一位置72的台架停止部件68之间发生的碰撞的次数。在一个实施例中，切换装置88包括实际使台架停止部件68的至少一部分在第一状态和第二状态之间运动的装置。切换装置88能够使台架停止部件68以多种方式运动，包括使台架停止部件68转动或者使台架停止部件68线性移动，任选地，切换装置包括如下至少之一：电动机或气动执行机构。图6示出了冲击和发射设备20的一个实施例，其包括有切换装置88。
在一个实施例中，冲击和发射设备20包括检测装置92，用于检测如下至少之一：第一台架24的位置、第一台架24的速度、第二台架28的速度、第一台架24和第二台架28之间发生的碰撞的次数或第二台架28和处于第一位置72的台架停止部件68之间发生的碰撞的次数。检测第一或第二台架24、28的速度包括检测如下至少之一：速度的大小或速度的方向。在一个实施例中，检测装置92包括检测器92。任选地，检测装置92包括光传感器或加速度计中的至少一个。
在一个实施例中，冲击和发射设备20包括能够碰撞第一台架24的第一靶标100，但是任选地，第一靶标100是不同于冲击和发射设备20的设备或环境的一部分。在一个实施例中，第一靶标100是一固定位置的物体，例如：地面、固定物、桌面或其他非运动表面。在另外的实施例中，第一靶标100是一运动的物体，或者是至少在部分时间上运动的物体。例如：在一个实施例中，第一靶标100包括一个平台，这个平台被选择性地致动从而向上朝第一台架24运动。
在一个实施例中，冲击和发射设备20包括能够碰撞第二台架28的第二靶标104。
第一和第二台架24、28可以是各种形状、尺寸和重量的。第一和第二台架24、28均包括至少一个碰撞部即部分30，在此与其他物体发生碰撞，例如第一或第二台架24、28或者第一或第二靶标100、104。在一个实施例中，第一和第二台架24、28均包括多个碰撞部30，从每个第一和第二台架24、28的多个碰撞部中选择的子集都是不同的。在一个实施例中，第一台架24包括：至少一个碰撞部30a，在此发生和第一靶标100的碰撞；以及至少一个碰撞部30b，在此发生和第二台架28的碰撞。在一个实施例中，第二台架28包括：至少一个碰撞部30c，在此发生和第一台架24的碰撞；至少一个碰撞部30d，在此发生和在第一状态72的台架停止部件68的碰撞；以及至少一个碰撞部30e，在此发生和第二靶标104或者和在第二状态76b的台架停止部件68的碰撞。
第一和第二靶标100、104可以是各种形状、尺寸和重量的。第一靶标100包括至少一个碰撞部30f，在此发生和第一台架24的碰撞。在一个实施例中，第二靶标104包括碰撞部30g，在此发生和第二台架28的碰撞。
台架停止部件68也包括至少一个碰撞部30。例如，在第一状态72的台架停止部件68包括碰撞部30h，在此发生和第二台架28的碰撞。在一个实施例中，在第二状态76b的台架停止部件68包括碰撞部30i，在此发生和第二台架28的碰撞部30e的碰撞。
在一个实施例中，台架停止部件68可以和第二靶标104连接。将台架停止部件68连接到第二靶标104任选地包括使台架停止部件68和第二靶标104成为一个整体。例如，在图5d-f示出的冲击和发射设备20中，台架停止部件68连接到第二靶标104。图5d示出了在第一状态72的被连接的台架停止部件68的实施例。图5e示出了在包括第二位置76a的第二状态76的被连接台架停止部件68的实施例。如图5e所示切换部件88任选地包括铰链。图5f示出了在包括第二位置76a的第二状态76的另一实施例中的被连接台架停止部件68的另一实施例。在图5f所示的实施例中，切换部件88缩回台架停止部件68的碰撞部30h，以从第一状态72切换到第二状态76。
在一个实施例中，冲击和发射设备20包括设备引导部件96，设备引导部件96能够正确地引导台架引导部件36以及第一和第二台架24、28的运动。图6所示的冲击和发射设备的实施例具有设备引导部件96的一个实施例，其中设备引导部件96包括至少一个设备引导杆。例如两个设备引导杆。设备引导部件96例如可以用于向台架引导部件36及第一和第二台架24、28提供一个共同的速度。冲击和发射设备20包括一个在设备引导部件96和冲击和发射设备20的至少一个其他部件之间的界面106。在一个实施例中，界面106包括一个接触表面108，其接触设备引导部件96的至少一个表面。在一个实施例中，界面106与冲击和发射设备20的其他部件重合。在图6所示的实施例中，冲击和发射设备20包括一个在设备引导部件96和台架引导部件36之间的界面106，该界面至少部分地与第二靶标104重合。
包括第二靶标104的冲击和发射设备20的实施例在对一个测试物体112提供机械冲击方面尤其有用。例如，图1示出的冲击和发射设备20的实施例能够提供或传递机械冲击到测试物体112上。
机械冲击是应用到测试物体112上的加速度。等效地，可以将冲击表征为测试物体速度的改变。冲击包括作为时间函数的加速度大小。在一个实施例中，冲击和发射设备20提供一个冲击加速度，该加速度包括冲击加速度脉冲116。图7a-c示出的曲线图表示了冲击加速度脉冲116的具体形式。在图7a-c中，x轴代表时间，y轴代表加速度大小，曲线代表冲击加速度脉冲116，曲线下的面积的大小代表了由冲击加速度脉冲116施加给测试物体112的速度变化。任选地，冲击和发射设备20提供冲击加速度，该冲击加速度包括了在形式上不同于脉冲16的作为时间函数的加速度。
不包括第二靶标104的冲击和发射设备20的实施例对于发射测试物体112而言特别有用。图8示出了冲击和发射设备20的一个实施例，其不包括第二靶标104且用于发射测试物体112。
测试物体112包括任何希望用冲击和发射设备20来测试或操纵的物体，测试物体112可以是各种形状、尺寸和质量的。在一个实施例中，测试物体112相对较小，且包括例如MEMs装置。在一个实施例中，测试物体112相对较大，且包括例如空间卫星。测试物体112可被永久地或者暂时地附着到冲击和发射设备20。在一个实施例中，测试物体112附着于第二靶标104。在一个实施例中，测试物体112附着于第二台架28。在一个实施例中，测试物体112和第二台架28重合或一致。
适于操作冲击和发射设备20的方法包括提供第一台架24和第一靶标100之间的速度反转碰撞。速度反转碰撞提供第一台架24运动方向的改变。第一和第二台架24、28在朝向第一靶标100的第一方向D1上被分别提供有初始速度V1a和V2a。在一个实施例中，第一台架24、第二台架28、台架引导部件36和台架停止部件68都被提供有在方向D1上相同的初始速度大小。第一台架24碰撞第一靶标100并反转方向。速度反转碰撞之后，第一台架24具有第二方向D2上的第二速度V1b，该第二方向D2远离第一靶标100并朝向第二台架28。
在图1所示的实施例中，第一方向D1是向下的方向，第二方向D2是向上的方向。但是在其他的实施例中，方向D1或D2不必分别是向下和向上的，而可能是分别向上和向下的，或者可能分别是水平或任何其他从第一台架24朝向第一靶标100的方向以及从第一台架24朝向第二台架28的方向。D1方向是向下方向的实施例的一个优点是可以至少部分地利用重力来提供初始速度V1a和V2a。
V1b的大小与第一台架24和第一靶标100之间的碰撞的恢复系数e1相关。碰撞的恢复系数e是对碰撞中物体所保留的动能的一种度量。例如，完全弹性碰撞具有100％的恢复，e＝1，所涉及物体的动能被全部保留。完全非弹性碰撞具有0％的恢复，e＝0，不能保留所涉及物体的动能。在一个实施例中，第一台架24没有运动，其速度大小是零。在这种情形下，V1b和e1的关系如下：V1b＝-e1V1a。恢复系数e1与第一台架24的碰撞部30a及第一靶标100的碰撞部30f的材料和结构特性有关。当e1＝1，也就是100％时，V1b＝-V1a。一般而言，希望e1尽可能的高。
该方法包括：在第一台架24和第一靶标100之间的速度反转碰撞之后提供在第二台架28和第一台架24之间的多次速度放大碰撞。在涉及第一台架24的速度反转碰撞之后，第一台架24朝向第二台架28在方向D2上以速度V1b运动，而第二台架28已被提供具有朝向第一台架24在方向D1上的初始速度大小V2a。第一和第二台架24、28相互碰撞从而给第二台架28提供速度放大。速度放大碰撞之后，第二台架28具有朝向台架停止部件68在方向D2上的第二速度V2b，第一台架24也在第二方向D2上具有第三速度V1c。
V2b的大小与第一台架24和第二台架28之间的碰撞的恢复系数e2及第一台架24和第二台架28之间的碰撞的动力性能(包括第一质量M1和第二质量M2的相对大小)有关。恢复系数e2与第一台架24的碰撞部30b及第二台架28的碰撞部30c的材料和结构特性有关。一般而言，希望e2尽可能的高。碰撞后，第二台架28既表现出速度反转又表现出速度放大，这部分地是由于第一台架24的第一质量M1大于第二台架28的第二质量M2。例如，在M1/M2≈∞、V1a＝V2a、e1＝1、e2＝1的情形下，碰撞后，第一台架24和第二台架28都在方向D2上运动，其中第一台架24具有大致未变化的速度V1c≈V1b，第二台架28具有速度V2b≈-3V2a。因此，在这种情况下，第二台架28表现出的速度改变△V2≈4V2a。注意，尽管这种情形含有理想性的假设，例如M1/M2≈∞、e1＝1和e2＝1，但是它说明了提供给第二台架28的速度放大的原理。此外，速度放大也可以在一种非理想情形下实现，在这种非理想情形下M1/M2≈∞、e1＝1、e2＝1并不是必须成立的。在一个实施例中，第一级别的速度放大性能可以在M1/M2>3的情况下实现，在另一个实施例中，第二级别的速度放大性能可以在M1/M2>10的情况下实现。
该方法包括：在第二台架28与处于第一状态72的台架停止部件68之间提供多次速度反转碰撞。例如，在第一台架24和第二台架28间的多次速度放大碰撞进行了第一次之后，第二台架28朝向第一位置72a的台架停止部件68在方向D2上以速度V2b运动。第二台架28碰撞处于第一位置72a的台架停止部件68并被提供有速度反转碰撞。在第二台架28与处于第一位置72a的台架停止部件68间发生速度反转碰撞之后，第二台架28朝向第一台架24在方向D1上以速度V2c运动。
V2c的大小与第二台架28和台架停止部件68之间的碰撞的恢复系数e3有关。在一个实施例中，台架停止部件68不运动，速度大小是零。在这种情形下，V2c和e3的关系如下：V2c＝-e3V2b。恢复系数e3与第二台架28的碰撞部30d及处于第一状态72的台架停止部件68的碰撞部30h有关。一般而言，希望e3尽可能的高。
在第二台架28和台架停止部件68之间的速度反转碰撞之后，第二台架28再次在方向D1上朝向第一台架24运动，而第一台架24仍在方向D2上朝向第二台架28运动。因此，发生了第一和第二台架24、28之间的第二次速度放大碰撞。在第二次速度放大碰撞之后，第二台架28再次在方向D2上朝向在第一位置72a的台架停止部件68运动，从而发生第二台架28和台架停止部件68的第二次速度反转碰撞。以这种方式，这个过程被重复，从而实现了第一台架24和第二台架28之间的多次速度放大碰撞，以及第二台架28和在第一位置72a的台架停止部件68之间的多次速度反转碰撞。提供给第二台架28的总的速度放大是在多次速度放大碰撞上的累积结果。
该方法包括：将台架停止部件68从第一状态72切换到第二状态76。该切换是基于第二台架28达到了一个希望的速度或总的速度放大。在一个实施例中，该方法包括：确定以下至少之一：第一台架24的位置、第一台架24的速度、第二台架28的速度、在第一台架24和第二台架28之间发生碰撞的次数、在第二台架28和处于第一位置72的台架停止部件68之间发生碰撞的次数；而且该切换响应于确定步骤返回的结果，该结果显示第二台架28已经或将要达到希望的速度。
在一个实施例中，将台架停止部件68切换到第二状态76包括：将台架停止部件68切换到第二位置76a，从而允许第二台架28碰撞第二靶标104。在一个实施例中，将台架停止部件68切换到第二状态76包括：将台架停止部件68切换到第二位置76b，从而允许第二台架28碰撞处于第二位置76b的台架停止部件68。在一个实施例中，测试物体112附着于第二台架28，第二台架28与第二靶标104之间或与在第二位置76b的台架停止部件68之间的碰撞为测试物体提供了碰撞加速度。在一个实施例中，测试物体112附着于第二靶标104，或处于第二位置76b的台架停止部件68，第二台架28与第二靶标104之间的或与在第二位置76b的台架停止部件68之间的碰撞为测试物体提供了与第二台架28的碰撞。
在一个实施例中，台架停止部件68切换到第二位置76a，从而允许第二台架28被冲击和发射设备20发射。例如，冲击和发射设备20可以用于发射卫星、导弹、车辆等。
在一个实施例中，该方法包括：使处于第一状态72的台架停止部件68朝第二台架28(即在方向D1上)运动，同时提供了第二台架28和处于第一状态72的台架停止部件68之间的多次速度反转碰撞，在这个实施例中，多次速度反转碰撞也可以变成第二台架28和在第一状态72的台架停止部件68之间的速度放大碰撞。
通过选择第一和第二台架24、28、第一和第二靶标100、104以及碰撞部30的结构和材料特性可实现对冲击和发射设备20产生的碰撞加速度的特性的选择。在一个实施例中，特定碰撞部的特性被选择为定形第二台架28和测试物体112之间的冲击加速度脉冲。例如，图7a示出了冲击加速度脉冲的一个实施例，其具有代表性的高度和宽度。图7b示出了冲击加速度脉冲的另一个实施例，其具有增加的高度和减少的宽度，即脉冲116具有增大的峰值加速度大小和减少的持续时间。图7c示出了冲击加速度脉冲的另一个实施例，其具有降低的高度和增加的宽度，即，脉冲116具有降低的峰值加速度大小和增加的持续时间。一般来说，可以按比例增加脉冲高度和降低脉冲宽度，或者降低脉冲高度和增加脉冲宽度，同时保持脉冲下相同的面积，即由脉冲产生的相同速度改变。
在一个实施例中，为了提供具有相对增加的加速度大小的碰撞，碰撞部30的材料或结构的至少之一被选择成提供一个具有相对较短时间不变性的弹性响应，其使碰撞能够产生具有相对大的加速度大小和相对短的持续时间的冲击加速度。适于产生这种具有相对较短时间不变性的弹性碰撞的碰撞部30的材料的例子包括相对较硬的弹性材料，例如，金属、硬塑料、石英、钻石等。在一个实施例中，对于涉及第二台架28和第二靶标104、第二台架28和在第二状态76b的台架停止部件68、以及测试物体112的碰撞，希望所实现的加速度尽可能大。因此，在一个实施例中，本段中描述的材料和结构尤其被用于彼此碰撞的第二台架28、第二靶标104和在第二状态76b的台架停止部件68的碰撞部30e、30g、30i。
在一个实施例中，为了提供具有相对降低的加速度大小的碰撞，碰撞部30的材料或结构至少之一被选择成提供一个具有相对较长时间不变性的弹性响应，其使碰撞能够产生具有相对较低的大小和相对较长持续时间的冲击加速度。适于产生这些具有相对较长时间不变性的弹性响应的碰撞部30的材料的例子包括相对较软的弹性材料，例如，弹性体(或合成橡胶)、泡沫材料、橡胶等。在一个实施例中，对于不涉及第二靶标104和在第二状态76b的台架停止部件68的碰撞而言，让所实现的加速度尽可能高并不是必须的，因此，重点变为实现尽可能高的恢复系数。在一个实施例中，本段中描述的材料和结构被用于碰撞部30a、30b、30c、30d、30h，这些碰撞部并不涉及与第二靶标104和在第二状态76b的台架停止部件68有关的碰撞。
在一个实施例中，第一和第二台架24、28都部分地包括平台。平台的尺寸、厚度和材料被选择成提供第一和第二台架24、28各自的预定质量。在一个实施例中，第一和第二台架24、28均至少部分地是中空的并且具有内部结构，这些内部结构被选择成部分地决定了它们的碰撞部30的硬度。第一和第二台架24、28的不同中空被用来实现第一台架24相对于第二台架28具有较大质量。
在一个实施例中，碰撞部30包括如下至少之一：突出物31或曲面33。包括突出物31或曲面33的碰撞部30提供了通过第一和第二台架24、28以及第一和第二靶标100、104的冲击加速度的希望传播特性，有助于定形碰撞加速度脉冲116，并且部分地被用来提高碰撞的恢复系数。在一个实施例中，例如图1中所示的，第一台架24和第二台架28均具有碰撞部30，该碰撞部30包括突出于平台的半球形突出物31。在一个实施例中，第一和第二台架24、28被构造成，不同的半球形突出物31在第一台架24和第二台架28之间是可互换的，以改变碰撞中冲击加速度的特性并且确定冲击和发射设备20的总体操作特性。
在一个实施例中，台架引导部件36包括末端停止部件38，其约束了第一和第二台架24、28的运动。例如，末端停止部件38与第二靶标104一起约束了第一和第二台架24、28离开台架引导部件36的运动和与其关联的路径32。末端停止部件38包括孔39，从而允许第一台架24的碰撞部30去碰撞第一靶标100。任选地，末端停止部件38包括装置50，其允许末端停止部件38和第一台架24发生温和的碰撞，该装置例如是弹簧或衬垫。
基本线性的路径32可偏离直线度最多不超过一预定量。在一个实施例中，基本线性的路径32包括纯线性路径32a。在一个实施例中，基本线性的路径30偏离纯线性路径32a，其中该基本线性的路径30和纯线性路径32a之间的角度34不大于约15°。例如，在图9a，b示出的实施例中，基本线性路径30偏离纯线性路径32a的角度不超过15°。特别地，在图9a示出的实施例中，路径32具有一个在预定角度偏离范围内的弯曲，在图4b示出的实施例中，路径32具有偏离纯线性路径32a的点，使得连接这些点的路径32处于预定角度偏离范围内。
在冲击和发射设备20的一个实施例中，希望进行具有相对高恢复系数的碰撞，以便有效利用所有运动物体(包括第一和第二台架24、28)的动能。冲击和发射设备20使多次碰撞中的每一次都具有相关联的恢复系数e，其中e≥0.5.
在一个实施例中，冲击和发射设备20包括至少一个间隔物80，其提供了第一和第二台架24、28之间的预定分离距离。间隔物80分离第一和第二台架24、28，从而在冲击和发射设备20操作期间保持期望的碰撞时间顺序。换句话说，间隔物80分离第一和第二台架24、28，并防止第一和第二台架24、28之间的冲撞，直至第一台架24和第一靶标100之间发生了速度反转碰撞之后。
间隔物80可以包括任何合适的设备或装置，以形成第一和第二台架24、28之间期望的预定分离距离，直至第一台架24和第一靶标100发生碰撞之后。在一个实施例中，间隔物80使第一和第二台架24、28从其他部件(例如第二靶标104或台架引导部件36)悬挂下来。例如，在一个实施例中，间隔物80包括绳子80a，其被附连于第二靶标104上，并且穿过第一和第二台架24、28以使它们自第二靶标104悬挂下来。任选地，绳子的布置被选择成为第一和第二台架24、28提供足够的运动自由度以允许发生所有涉及第一和第二台架24、28的碰撞。任选地，绳子80a的强度能够被选择成在适当的时候断开，从而允许正确的碰撞顺序。在一个实施例中，冲击和发射设备20包括多个间隔物80，它们独立地定位第一和第二台架24、28。在一个实施例中，间隔物80在它穿过第一和第二台架24、28之后具有一阻碍物，由此以彼此间预定举例悬挂每一个以及第二靶标104。
在一个实施例中，间隔物80包括至少一个伸缩臂，该伸缩臂在初始位置保持住第一和第二台架24、28，然后在一个合适的时候缩回以释放第一和第二台架24、28。
在一个实施例中，间隔物80包括在第一和第二台架24、28之间的弹簧80b或其他的可压缩物体。弹簧80b的压缩特性例如弹性系数，被选择成：在第一情形下，例如在空闲或以第一速度运动时，弹簧80b保持第一和第二台架24、28之间合适的间隔；在第二情形下，例如在第二组速度或加速度不同的情形下，弹簧80b压缩着，从而允许第一和第二台架24、28在合适的时候碰撞。
在一个实施例中，第一和第二台架24、28中的至少一个包括实现间隔物80类似功能的整体结构或部分，从而用其代替间隔物80。例如，该整体结构或部分可被选择性地压缩。
在一个实施例中，冲击和发射设备20包括推进装置120，其为第一和第二台架24、28以及任选地其他结构(例如台架引导部件36)提供了预定的初始速度。推进装置120可以包括各种形式。图6示出了具有推进装置120的冲击和发射设备20的一个实施例。在所示的实施例中，推进装置120包括弹簧122。弹簧122被压缩和校准以便为第一和第二台架24、28提供预定的初始速度。
但是弹簧122不是唯一可能的推进装置。在另一实施例中，推进装置包括冲击式结构，比如加农炮。在一个实施例中，推进装置120包括气源。例如，在一个实施例中，加压气源被针对第一和第二台架24、28集中，从而提供预定的初始速度。气源任选地还包括加热的气体。在一个实施例中，推进装置120包括一个具有磁铁的磁推进装置，该磁铁包括如下至少之一：永磁铁、电磁铁、或超导磁铁。磁推进装置被设置成针对第一和第二台架24、28至少之一提供磁场。
在一个实施例中，推进装置120在第一和第二台架24、28至少之一的内部，例如，在一些实施例中，任一上述推进装置120可全部或部分地存在于第一和第二台架24、28至少之一的内部，并且被布置成提供从第一和第二台架24、28中所述至少之一到其周围环境的力，从而加速第一和第二台架24、28到预定的初始速度。
冲击和发射设备20的一些实施方式能够产生多次速度放大碰撞，从而能够提供一个相对高的加速度。本发明相对其他方法和设备的一个优点在于，本发明能够在相对封闭和安全的设备中提供高的加速度。根据一种观点，本发明能够进行的多次速度放大碰撞可被描述为空间折叠。也就是说，冲击和发射设备20实现的加速度大小在坠落测试方法和设备中需要测试物体从不现实的非常高的高度坠落才能实现类似的加速度大小。而本发明的冲击和发射设备20在非常之小的空间内实现相同的效果，因此相对于坠落实验需要的相对大的空间而言可被认为是进行了空间折叠。同样，通过冲击式实验来实现类似的加速度大小将存在不希望有的危险且费用昂贵。
尽管本文所述的方法是针对冲击和发射设备20描述的，但这些方法也可用于其他环境，以及和其他装置联合使用。
尽管前文已描述了本发明的一些实施例，但在不脱离本发明权利要求所确定的基本范围的情况下，可设计出本发明的其他或进一步的实施方式。在这里给出的各种实施例或其某些部分可以组合成其他实施例。此外，如上、侧、下、前、后等术语都是相对性或定位性的术语，它们针对附图所示的示例性实施例而言的，因而，这些术语是可互换的。

Claims (10)

1.一种用于加速冲击和发射设备的第二台架的方法，包括：
向第一台架提供相对于第一靶标的速度反转碰撞；
在对第一台架进行了速度反转碰撞之后，提供第二台架和第一台架之间的多次速度放大碰撞，其中第一台架的质量m1，大于第二台架的质量m2；
在第二台架和处于第一位置的台架停止部件之间提供多次速度反转碰撞，处于第一位置的台架停止部件至少部分地处于第二台架的运动路径上；
改变台架停止部件的位置到第二位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向第一台架提供相对于第一靶标的速度反转碰撞包括：
在第一台架和一个静止的物体之间提供碰撞。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括：
为第一和第二台架提供初始速度；
其中，提供第二台架和第一台架之间的多次速度放大碰撞包括：选择第二台架和第一台架之间的速度放大碰撞的次数，从而确定第二台架的最终放大速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，台架停止部件的第一位置和第二位置是固定位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括：提供在第二台架和第二靶标之间的冲击加速度提供碰撞，其中冲击加速度提供碰撞是在提供了第一和第二台架之间的多次速度放大碰撞之后提供的。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，改变台架停止部件的位置包括：检测第二台架和台架停止部件之间的速度反转碰撞的预定数量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括：
引导第一台架和第二台架沿基本上线性的路径运动。
8.一种冲击和发射设备，包括：
适于沿台架引导部件运动的第一台架和第二台架，其中第一台架的质量m1，大于第二台架的质量m2；
向第一台架提供相对于第一靶标的速度反转碰撞的装置；
台架引导部件，其关联于第一和第二台架的基本上线性的运动路径；
台架停止部件，其能够定位在第一位置和第二位置，其中在第一位置的台架停止部件至少部分地处于第二台架的运动路径上。
9.根据权利要求8所述的冲击和发射设备，其特征在于，在第二位置的台架停止部件不处于第二台架的运动路径上，该冲击和发射设备包括：
第二靶标，其固定地附连于台架引导部件；
其中第二靶标被定位成，在台架停止部件处于第二位置时，随着第二台架沿台架引导部件以一个方向运动，第二台架能够击中该第二靶标，以及，
其中第二靶标包括第一碰撞部，第二台架包括第二碰撞部，第一和第二碰撞部的特性被选择在第二靶标和第二台架碰撞时，影响第二台架所受冲击的形态，其中所述特性包括如下至少之一：第一和第二碰撞部的材料特性、或者第一和第二碰撞部的结构特性。
10.一种用于加速冲击和发射设备的第二台架的装置，包括：
向第一台架提供相对于第一靶标的速度反转碰撞的装置；
提供第二台架和第一台架之间的多次速度放大碰撞的装置，其中第一台架的质量m1，大于第二台架的质量m2；
提供第二台架和处于第一位置的台架停止部件之间的多次速度反转碰撞的装置，处于第一位置的台架停止部件至少部分地处于第二台架的运动路径上；
改变台架停止部件的位置到第二位置的装置。
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