CN107976294A - 一种减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置，其包括依次连接的驱动段、过渡段和被驱动段；在驱动段和过渡段之间设有膜片；在过渡段与被驱动段之间设有挡板机构；所述挡板机构包括对称设置的2个半圆形挡板，2个半圆形挡板均与过渡段的管道铰接，且2个半圆形挡板通过闭门器自动关闭，2个半圆形挡板上均装有磁铁。本发明还提供一种减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的方法。本发明能通过降低Taylor稀疏波对入射激波的衰减作用，延长入射激波的定常流动时间，达到实验可接受程度。

Description

一种减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置及方法，主要用于研究冲击波超压致伤机理以及超压作用下的气体流场行为。

背景技术

激波管是用以模拟动物冲击伤的常用冲击波发生装置。常用驱动方式有加热轻气体驱动、自由活塞驱动和氢氧爆轰驱动三种。采用前两种驱动方式存在设备尺寸大、造价高的弊端，因而其操作困难、运行成本高，而且实验气流定常性差、有效试验时间短。此外，由于采用氢气、氦气作为驱动气体，在其储存、转运、加热等过程存在极大的安全隐患。氢氧爆轰驱动直接并有效利用瞬时爆轰释放的化学能，对附属设备的要求低于上述两种方法。

氢氧爆轰驱动方式根据点火位置和爆轰波传播方向的不同可分为前向爆轰驱动和反向爆轰驱动两种。其中前向爆轰驱动方式的驱动气体为爆轰波阵面后的高温高压气体，动能巨大，因而驱动能力较反向爆轰强。实验表明，前向爆轰驱动仅需要反向爆轰驱动十分之一的驱动段初始压力即可产生与之相同强度的入射激波。

前向爆轰驱动在实际应用时面临最大的问题是爆轰波后的Taylor稀疏波会在实验段追赶上入射激波，导致入射激波强度和实验时间大幅度降低。为减弱该不利影响，可采用增加爆轰驱动段长度、采用突然变径（直径减小）的被驱动段、增加扩容腔等方法。增加爆轰驱动段长度和插入扩容腔，会致使设备尺寸加长，结构变复杂，不利于实验操作，而且会增加每次实验的气体消耗，导致实验成本上升。考虑到冲击伤的动物实验需要，小直径被驱动段后必须与大直径的实验舱相连，两者直径相差太大必然导致变径处激波强度的大幅度衰减，甚至不能满足实验需要的强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置及方法，该装置和方法能减弱Taylor稀疏波影响。

本发明所采用的技术方案是：

一种减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置，其包括依次连接的驱动段、过渡段和被驱动段；在驱动段和过渡段之间设有膜片；在过渡段与被驱动段之间设有挡板机构；所述挡板机构包括对称设置的2个半圆形挡板（半圆形风门式挡板），2个半圆形挡板均与过渡段的管道铰接，且2个半圆形挡板通过闭门器自动关闭，2个半圆形挡板上均装有磁铁。当驱动段形成的入射激波在冲破膜片后，打开半圆形挡板，入射激波向被驱动段传播；同时部分入射激波在半圆形挡板处发生反射，减弱稀疏波对入射激波的衰减作用，从而延长入射激波的定常流动时间；当入射激波通过半圆形挡板后，半圆形挡板在闭门器作用下重新闭合，半圆形挡板在磁铁的作用下回到初始位置。

按上述方案，所述过渡段的长度为0.3～0.5m，以便于安装。

按上述方案，驱动段、过渡段、被驱动段通过法兰盘连接，以方便连接及使整个结构更稳定。

按上述方案，驱动段与过渡段的内径、外径相同，被驱动段的内径大于过渡段的内径，以方便挡板机构的安装。

本发明还提供一种采用上述减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置进行减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的方法，具体为：

入射激波形成后依次通过膜片、过渡段后，将半圆形挡板打开，入射激波向被驱动段传播；同时，部分入射激波在半圆形挡板处发生反射，这一部分反射激波可用以干扰其后的稀疏波，从而减弱稀疏波对入射激波的衰减作用；

当入射激波通过半圆形挡板后，半圆形挡板在闭门器作用下重新闭合，并通过磁铁使半圆形挡板回到初始位置。

本发明中，半圆形挡板安装在过渡段和被驱动段的连接处，可实现打开和闭合的功能。可通过控制闭门器的弹簧参数控制反射激波的强度。半圆形挡板的闭合通过闭门器的弹簧实现。

本发明的有益效果在于：

通过设置2个半圆形挡板，实现部分入射激波的反射，以使这部分反射激波干扰其后的稀疏波，从而减弱稀疏波对入射激波的衰减；

通过设置闭门器实现2个半圆形挡板的自动闭合，经济又环保；

通过在2个半圆形挡板上设置磁铁，使2个半圆形挡板回到初始位置，确保试验的准确性；

通过改变闭门器的弹簧参数从而控制反射激波的强度，进而控制稀疏波对入射激波的衰减影响。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置在管道长度方向上的结构示意图；

图2为本发明减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置在管道直径方向上的结构示意图。

其中：1、驱动段，2、膜片，3、过渡段，4、半圆形挡板，5、磁铁，6、闭门器，7、被驱动段。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1和图2，一种减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置，其包括依次连接的驱动段1、过渡段3和被驱动段7；驱动段1与过渡段3通过法兰连接，过渡段3与被驱动段7通过法兰连接；过渡段3的长度为0.3～0.5m，以便于与驱动段1和被驱动段7的法兰安装；驱动段1与过渡段3的内径、外径相同，被驱动段7的内径大于过渡段3的内径，以便于挡板机构的安装。在驱动段1和过渡段3之间设有膜片2；在过渡段3与被驱动段7的连接处设有挡板机构，该挡板机构包括对称设置的2个半圆形挡板4（半圆形风门式挡板），2个半圆形挡板4均与过渡段3的管道铰接，且2个半圆形挡板4通过闭门器6自动关闭（闭门器6的一端与过渡段3的管道连接，闭门器6的另一端与半圆形挡板4连接）；为解决半圆形挡板4关闭不严的问题，及解决闭门器弹簧恢复后期，由于弹性势能不足导致的半圆形挡板4不能自动关上的问题，在2个半圆形挡板4上均装有磁铁5，利用磁铁异性相吸的原理，保证半圆形挡板4关闭时能回到初始位置。当驱动段1形成的入射激波在冲破膜片2后，打开半圆形挡板4，向被驱动段7传播；同时部分入射激波在半圆形挡板4处发生反射，减弱稀疏波对入射激波的衰减作用，从而延长入射激波的定常流动时间；当入射激波通过半圆形挡板4后，半圆形挡板4在闭门器6作用下重新闭合，半圆形挡板4在磁铁5的作用下回到初始位置。

考虑到每次实验拆换新膜片的需要，驱动段1最好固定在可移动的小车上。

闭门器6 的工作原理为：入射激波通过时，半圆形挡板4打开，同时压缩闭门器5中的弹簧，而后在弹性势能作用下，半圆形挡板4重新闭合。

本发明还提供一种采用上述减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置进行减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的方法，具体为：

入射激波形成后，依次通过膜片2、过渡段3后，将半圆形挡板4打开，随后向被驱动段7传播；同时，部分入射激波在半圆形挡板4处发生反射，这一部分反射激波可用以干扰其后的稀疏波，从而减弱稀疏波对入射激波的衰减作用；

当入射激波通过半圆形挡板4后，半圆形挡板4在闭门器6作用下重新闭合，并通过磁铁5使半圆形挡板4回到初始位置。

本发明中，可通过控制闭门器6的弹簧参数来控制反射激波的强度。在半圆形挡板4固定位置周围预留30～50mm的安装空间，便于半圆形挡板4的更换。

本发明只可减弱Taylor稀疏波对入射激波的衰减作用，并不能完全消除其不利影响，但是从实验的需求角度出发，实验舱内的入射激波压力和实验时间已经可以满足要求。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置，其特征在于：包括依次连接的驱动段、过渡段和被驱动段；在驱动段和过渡段之间设有膜片；在过渡段与被驱动段之间设有挡板机构；所述挡板机构包括对称设置的2个半圆形挡板，2个半圆形挡板均与过渡段的管道铰接，且2个半圆形挡板通过闭门器自动关闭， 2个半圆形挡板上均装有磁铁。

2.根据权利要求1所述的减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置，其特征在于：所述过渡段的长度为0.3～0.5m。

3.根据权利要求1所述的减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置，其特征在于：驱动段、过渡段、被驱动段通过法兰盘连接。

4.根据权利要求1或3所述的减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置，其特征在于：驱动段与过渡段的内径、外径相同，被驱动段的内径大于过渡段的内径。

5.一种采用权利要求1-4中任一所述的减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的装置进行减弱氢氧爆轰激波管稀疏波的方法，其特征在于：

入射激波形成后依次通过膜片、过渡段后，将半圆形挡板打开，入射激波向被驱动段传播；同时，部分入射激波在半圆形挡板处发生反射，减弱稀疏波对入射激波的衰减作用；

当入射激波通过半圆形挡板后，半圆形挡板在闭门器作用下重新闭合，通过磁铁使半圆形挡板回到初始位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：通过控制闭门器的弹簧参数来控制反射激波的强度。