CN110785819B - 用于使液态衬里内爆的方法和系统 - Google Patents

Abstract

描述了用于使液态衬里内爆的系统的示例。内爆系统包括容器和位于容器内的旋转构件。旋转构件具有形成多个弯曲通道的多个成形叶片，所述多个弯曲通道在内表面处具有内侧开口并且在外表面处具有外侧端。旋转构件至少部分地填充有液态介质。使用驱动器来旋转旋转构件，使得当旋转构件旋转时，液态介质被迫进入通道中，从而形成液态衬里，该液态衬里具有相对于旋转轴线弯曲的界面并限定了腔。该系统还包括内爆驱动器，该内爆驱动器改变旋转构件的旋转速度，使得液态衬里向内内爆以使腔塌陷。内爆液态衬里可以用于等离子压缩系统。

Description

用于使液态衬里内爆的方法和系统

技术领域

本公开总体上涉及用于在液态介质中形成腔并且通过使腔的液态衬里内爆而使该腔塌陷的方法和系统。

背景技术

如现有技术中已知的，内爆液态衬里系统形成圆柱形腔，该圆柱形腔通过使圆柱形液态衬里径向内爆而塌陷。这种现有技术的内爆液态衬里系统的示例是在1970年代在美国海军研究试验室开发的LINUS系统。在LINUS系统中，旋转的圆柱形液态金属衬里由自由活塞径向驱动。活塞由高压气体轴向驱动，从而引起旋转的液态衬里的自由表面径向运动。液态金属的初始旋转通过旋转其中容纳有液态介质的圆柱形容器来提供。整个容器绕其纵向轴线旋转，从而沿旋转轴线形成圆柱形腔，并且该圆柱形腔与旋转轴线同轴。

发明内容

在一个方面，提供了一种液态衬里内爆系统，该液态衬里内爆系统用于在液态衬里中形成腔并通过使液态衬里内爆来使腔塌陷。该系统包括：具有外壁的容器；旋转构件，该旋转构件位于容器内部并且能够绕旋转轴线旋转；操作地联接到旋转构件以使旋转构件旋转的旋转驱动器；液态介质，当旋转构件旋转时，液态介质在旋转构件中流动从而形成液态衬里；以及内爆驱动器，其可与旋转构件接合以改变旋转构件的加速度并使液态衬里朝向旋转构件的内部容积的中心区域内爆，以使腔塌陷。旋转构件包括沿旋转轴线形成的第一端和第二端、相对于旋转轴线弯曲的内表面以及多个弯曲通道。每个弯曲通道在内表面处具有内侧开口并且具有外侧端。每个通道的曲率随着该通道的外侧端与第一端或第二端之间的距离而变化，使得在第一端或第二端附近具有外侧端的通道沿着朝向中心区域的方向从外侧端到内侧开口三维弯曲。

旋转构件还包括间隔开并且形成所述多个弯曲通道的多个成形叶片。所述多个成形叶片中的至少一些成形叶片在内侧开口处具有逐渐减小的壁。

在一方面，旋转构件的外侧端开口并且根据如下式来使旋转构件的外表面成形：

其中P_out(top)是旋转构件的第一端的外表面处的压力；P_in是旋转构件的内表面处的压力；z_o是内表面处的参考点；z是沿旋转轴线的可变距离；ρ是液态介质的密度；g是由于重力引起的沿着旋转构件的旋转轴线的加速度；ω是旋转构件的以rad/s为单位的旋转速度；r是距旋转轴线的可变垂直距离；r_o(z)是定义每个通道的外侧开口相对于旋转轴线的半径的函数；并且r_i(z)是定义每个通道的内侧开口相对于旋转轴线的半径的函数。

在一方面，内爆驱动器是减速器，该减速器包括偏心齿轮组件，偏心齿轮组件具有带齿的空心齿轮环和多个行星齿轮，每个行星齿轮在其圆周上具有多个齿。所述多个行星齿轮位于旋转构件和齿轮环之间。旋转构件还包括朝向行星齿轮突出的齿，使得行星齿轮的至少一些齿接合旋转构件的至少一些齿和齿轮环的至少一些齿。每个行星齿轮还包括偏心质量。锁被构造成在操作开始时将行星齿轮相对于旋转构件锁定在锁定位置处，使得当处于锁定位置时，每个行星齿轮的偏心质量相对于旋转构件偏移。当释放锁时，行星齿轮沿着旋转方向进行旋转，从而使旋转构件减速，并且使空心齿轮环加速。

在另一方面，内爆驱动器包括选自如下的加速器：化学驱动器、电磁驱动器、气动驱动器、液压驱动器或其组合。

在一方面，提供了一种包括液态衬里内爆系统的等离子体压缩系统。容器和旋转构件还具有对准的开口，并且该开口与所述多个弯曲通道的内部容积和内侧开口流体连通。等离子体压缩系统包括等离子体发生器，该等离子体发生器被构造成产生等离子体并且具有连接到容器中的开口的出口，使得由等离子体发生器产生的等离子体被注入到腔中。当液态衬里内爆以使腔塌陷时，其将压缩腔中的等离子体。

除了上述方面和实施方式之外，通过参考附图和对以下详细描述的研究，其他方面和实施方式将变得明显。

附图说明

贯穿附图，附图标记可以被重复使用以指示所引用的元件之间的对应关系。提供附图是为了说明本文中描述的示例性实施方式，而不旨在限制本公开内容的范围。附图中元件的尺寸和相对位置不必按比例绘制。例如，各种元件的形状以及角度未按比例绘制，并且这些元件中的一些元件被任意放大并定位以提高图形的可读性。

图1是液态衬里内爆系统的示例的示意性截面侧视图，该液态衬里内爆系统用于形成具有朝向旋转轴线向内弯曲的旋转内部界面的液态衬里，并且用于使液态衬里内爆。

图2是液态衬里内爆系统的旋转构件的顶视截面图，示出了形成弯曲通道(channels)/通道(passages)的多个成形叶片。

图3是具有球形内表面和圆柱形外表面的旋转构件的一个实施方式的下部的部分截面侧视图，并且示出了在旋转构件的一端处的叶片的布置和几何形状。

图4是具有扁形外表面和球形内表面的旋转构件的另一实施方式的部分截面侧视图。

图5是具有旋转构件的另一实施方式的液态内爆系统的试验模型的透视截面图，该旋转构件具有圆柱形的内表面和外表面。

图6A是液态衬里内爆系统的试验模型的顶视图，示出了在液态衬里内爆之前，在距旋转构件的叶片的内部尖端径向向内一定距离处形成的液态衬里。

图6B是图6A的试验模型的顶视图，示出了在液态衬里内爆之后液态填充旋转构件的内部容积。

图7A是具有用于使旋转构件减速的偏心齿轮组件的液态衬里内爆系统的透视截面图。

图7B是偏心齿轮组件的一些偏心齿轮的截面细节图。

图8是液态衬里内爆系统的示例的顶视截面示意图，示出了用于旋转构件的突然减速/加速的制动系统的示例。

图9是使用液态衬里内爆系统来压缩等离子体的等离子体压缩系统的示例的示意性截面图。

具体实施方式

图1示出了用于形成液态衬里腔13以及使液态衬里腔13内爆的液态衬里内爆系统10的示例。系统10包括具有壁11的容器12和位于容器12内并且可绕旋转轴线旋转的旋转构件14。旋转构件14包括多个成形叶片15，使得在叶片15之间形成多个弯曲通道(channels)/通道(passages)16(参见图2)，并且在旋转构件14的内部限定内部容积。旋转构件14可以是部分地填充液态介质，使得当旋转构件14旋转时，液态介质可以至少部分地填充通道16。液态介质可以是液态金属，例如液态锂或液态铅/锂合金、或适合于在旋转构件14旋转时形成液态衬里的任何其他流体、合金或其组合。旋转驱动器联接到旋转构件14以使旋转构件14旋转，使得液态介质被周向驱动并且被横向约束，从而形成具有旋转内部界面19的液态衬里18。液态衬里18限定了腔13。旋转驱动器可以例如包括连接至旋转构件14的至少一部分的杆17、以及与杆17连通以使旋转构件14旋转的动力源(未示出)。在可替选的实施方式中，旋转驱动器可以被构造成使容器12旋转，使得当触发旋转驱动器以使容器12旋转时，容器12和旋转构件14之间的液态介质的流体摩擦将使旋转构件14旋转至与容器12的速度相同。

可以提供液态循环系统20以引导液态介质在系统10中的流动。循环系统20可以包括多个阀、喷嘴、管网和一个或多个泵以获得液态介质在旋转构件14中的期望流动。循环系统20还包括一个或多个注入口21，用于将液态介质注入旋转构件14；以及一个或多个排出口22，用于将液态介质从旋转构件14和容器12中排出。例如，注入口21可形成在容器12的极点附近，而排出口22可在容器12的赤道处或在赤道附近的各种纬度处。在一个实施方式中，可以在注入口21/排出口22处提供流量控制，以控制通过口的流体流动。

旋转构件14可以位于容器12内。图2示出了旋转构件14的赤道截面，示出了形成通道(channels)/通道(passages)16的多个成形叶片15。每个通道16在旋转构件14的内表面27处具有内侧端26以及在旋转构件14的后(外)表面28处具有外侧端25。旋转构件14的内表面27与旋转轴线同轴并且限定旋转构件相对于旋转轴线的内半径ri，并且外表面28限定旋转构件14相对于旋转轴线的外半径ro。多个通道16可以至少向旋转构件14的内表面27开口，以形成通道的出口。至少一些叶片15可在内侧端26处具有逐渐减小的/倒角的壁。旋转构件14可在旋转构件14的顶极点处具有第一端23(参见图7A)以及在旋转构件14的底极点处具有第二端24。旋转构件14的内表面27相对于旋转轴线弯曲，使得内表面27的一个(或多个)部分可以朝向旋转轴线向内弯曲，而其他部分可以相对于旋转轴线(远离旋转轴线)向外弯曲。附图示出了旋转构件14的实施方式，其中内表面27朝向第一端23和第二端24中的每一个向内弯曲(球形内表面27)；然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，内表面可具有其他弯曲形状，例如凸形(在第一端23和第二端24中的每一个处向外弯曲)或其他波浪形。通道16可以弯曲，使得内侧端26相对于外侧端25成预定角度。在一种实现方式中，通道16可以在外侧端25处闭合，这意味着通道16的背面用实心壁封闭，并且在这种实心壁上形成有注入口21和排出口22，以允许液态介质流入和流出旋转构件14。例如，叶片15的后端可以连接到容器12的壁11，使得容器12的壁11形成旋转构件14的外壁。在这种实现方式中，容器12将与旋转构件14一起旋转。在一个实施方式中，旋转构件14的外壁可以与容器12的壁11分离，并且容器12可以在旋转构件12的旋转期间是固定的。在另一种实现方式中，通道(channels)/通道(passages)16可以在两端25和26处开口，因此这样的旋转构件14将没有外壁。旋转构件14可以定位在固定的并且包围旋转构件14的定子内。出于本申请的目的，定子是指如下非旋转组件：旋转构件14在该非旋转组件内旋转并形成腔13和液态衬里18。定子可以与容器12分开，使得包围旋转构件14的定子的组件可以定位在容器12内。在一个实施方式中，定子可以连接至容器12，从而形成单个结构元件，并且旋转构件14可以定位在容器12内，使得容器12为定子。

旋转构件14可以是单个构件，或者其可以由互锁在一起的两个或更多个部分制成，从而形成旋转构件14。例如，旋转构件14可以具有沿旋转轴线间隔开的多个横向部分，并且可以叠置并嵌套在一起以形成旋转构件14。每个横向部分包括成形叶片15的整个长度，使得当这些部分互锁时，一个部分的叶片的曲面互锁在相邻部分的叶片内部。因此，每个横向部分包括多个成形叶片，并且每个横向部分中的每个成形叶片具有不间断的长度。每个部分可以独立地旋转以调整液态衬里18的参数。多个互锁部分可以以不同的速度旋转以调整液态衬里18的几何形状或液态衬里18的塌陷的几何形状。

通过旋转构件14旋转的液态介质被迫抵靠旋转构件14的封闭外壁，或者在一些实现方式中被迫抵靠容器12的壁11(或定子的壁)，从而创建腔13和液态衬里18。叶片15可以倾斜，使得如果旋转的叶片停止、减速、迅速加速或使其旋转的方向反向，则液态介质的动量将液态介质带入内部。叶片15的形状和倾斜度可以变化，例如，在不脱离本发明的范围的情况下，通道16的内侧端26可以朝向内腔13更倾斜或更不倾斜。在不脱离本发明的范围的情况下，叶片15可以布置成逆时针或顺时针旋转。旋转构件14的质量可以保持较低以减小其惯性，以便能够在短时间段内使旋转构件14减速/加速。例如，不具有外壁(开口的外侧端25)的旋转构件14、或者具有更薄壁的叶片的旋转构件将减小旋转构件14的质量，并且因此减小旋转构件14的惯性，因此这种旋转构件可以减速得更快。

图3示出了具有球形内表面和圆柱形外表面的旋转构件14的一个实施方式，并且特别地，示出了在旋转构件14的极点处的叶片的布置和几何形状。为了制备球形内部形状，叶片的形状和通道的曲线随纬度位置而变化，使得叶片15和通道16可以在它们接近旋转构件14的极点时更扭曲。通道16的曲率随着外侧端25与第一端23或第二端24之间的距离而变化，使得通道16在第一端23和第二端24附近的曲率朝向内部容积的中心区域29从外侧端25到内侧端26三维弯曲。例如，旋转构件14的赤道处的叶片15和通道16二维(例如，X和Y)弯曲，而远离赤道(例如在端23、24处)的叶片15和通道16三维(X、Y、Z)弯曲，使得旋转构件14的内表面27朝向第一端23和第二端24向内弯曲。此外，通道16的弯曲的长度、宽度、高度和/或角度可以变化，例如，更靠近第一端23和第二端24的通道16可以比远离第一端23和第二端24的通道16更窄、更长和/或更扭曲。

旋转构件14还可以包括在旋转构件14的第一端23或第二端24处形成的入口30(参见图7A)。在不脱离本发明的范围的情况下，入口30可以形成在旋转构件14的一端或全部两端23、24上。叶片15的数量、形状、尺寸、长度、径向深度以及通道16的容积可以根据旋转构件14的尺寸和形状、容器12(或在一些实现方式为定子)的形状和尺寸以及液态衬里18的期望参数。在不脱离本发明的范围的情况下，旋转构件14的形状例如其内表面和其外表面可以是弯曲的，例如，内表面可以是球形或扁形(卵形)或任何其他合适的形状或其组合，并且外表面可以是圆柱形或扁形或任何其他合适的形状或其组合。

图4示出了旋转构件14的另一实施方式的下部的截面图，该旋转构件14具有扁形的外壁56和弯曲(球形)内表面54。通道16可以在后端处封闭以形成外壁56并在内表面54处开口。旋转构件14部分地填充有液态介质，并且当旋转构件14旋转时，液态介质被迫抵靠旋转构件14的封闭外壁56进入通道16，从而填充通道16。由于旋转构件14的背面是封闭的，所以液态衬里在每个通道16中形成界面58。多个界面58形成液态衬里18的阶梯状弯曲界面，该阶梯状弯曲界面限定了腔13。可以通过增加通道16的数量来平滑液态衬里界面的曲率，从而减小每个台阶的尺寸。此外，随着通道16的直径的减小，表面张力也可以用于平滑液态衬里界面58的曲率(取决于用于构造旋转构件14的材料)。

在一些实现方式中，通道16的外侧端向旋转构件14的外表面56开口，使得通道16的在全部两端处开口。在这样的实现方式中，可以通过控制旋转构件14的后(外)表面56上的压力来控制和调节液态衬里界面19/58的形状。在操作中，沿外表面56的压力保持接近一致以形成具有期望的内界面19的液态衬里18。在旋转构件的外表面56开口的实施方式中，外表面56的形状可以根据下式来确定：

其中P_out(top)是第一(上)端23的外表面56处的压力，并且是设计输入；P_in是旋转构件14的内表面54处的压力，并且由腔13中包含的物质即气体、等离子体、磁场等限定；z_o是内表面54处的参考点；z是沿旋转轴线的可变距离；ρ是液态介质的密度；g是由于重力引起的沿着旋转构件14的旋转轴线的加速度；ω是旋转构件14的以rad/s为单位的旋转速度；r是距旋转轴线的可变垂直距离；r_o(z)是定义通道16的外侧端25相对于旋转轴线的半径的函数；并且r_i(z)是定义通道16的内侧端26相对于旋转轴线的半径的函数。本领域技术人员将理解，对于未竖直定向(例如，倾斜、水平定向)的系统，式(1)应适于考虑重力矢量相对于旋转轴线的偏移。

根据式(1)，外表面56(当通道16在外侧端开口时)成形为使得通道(channels)/通道(passages)16在端23、24处的半径变化Δr大于通道16在赤道处的半径变化Δr。Δr被定义为通道16的外侧端25相对于旋转轴线的半径与通道16的内侧端26相对于旋转轴线的半径之差。因此，Δr从端23、24朝向旋转构件14的赤道逐渐减小。应该意识到，由于重力，在旋转构件14的外表面56处可能存在小的压力梯度。但是，在旋转系统中，由于重力加速度远小于角加速度，因此这种压力梯度较小。如此说来，在其中压力较小的小尺寸系统中，微小的压力梯度可以影响液态衬里界面的曲率。为了补偿由于重力引起的压力梯度，第一端23在第二端24上方的旋转构件14可以关于赤道面不对称，使得例如对于球形的内表面在第一(顶)端23处的Δr可以小于在第二(底)端24处的Δr。

液态衬里可以通过内爆驱动器向内内爆。例如，叶片15可以被布置成使得如果叶片15被内爆驱动器停止或迅速减速或迅速加速，则通道(channels)/通道(passages)16中的液态介质的动量迫使液态介质向内朝向腔13的中心区域29。因此，旋转液态介质的旋转动能被部分转化为有用的功，以使液态衬里18内爆。叶片15的布置、其形状、长度、径向深度和通道16的容积限定内爆并使内爆成形，从而压缩腔13中包含的任何物质(例如气体、等离子体、磁场等)。例如，改变叶片15的角度可以改变最终压缩半径和压缩时间。通道的直径可以随着叶片的角度变化而变化，以便保持通道16的壁厚一致。在一些实施方式中，叶片的角度可以为k＝0.085d(R_i叶片)/dθ，其中k为径向斜率，d是微分算子，R_i是叶片15的内半径，并且dθ是以弧度为单位的叶片角。

影响压缩率的另一因素是旋转构件14的外半径与内半径的比r_o/r_i。增大外半径r_o将增加总压缩；然而，这将增加旋转构件14的惯性。在一些实施方式中，并且由于在该实施方式中旋转构件14的内表面的球形，在端23、24附近的液态衬里部分可以更快地塌陷并在塌陷/压缩期间减小液态衬里界面19的对称性和/或光滑度。通过改变旋转构件14的外半径以使其是内半径的恒定倍数，旋转构件14将具有如下几何形状：赤道通道(通道16)中的液态介质与更靠近端23、24的通道中的液态介质同时塌陷。在一些实施方式中，旋转构件14设置有具有变化的容积的通道。例如，其外侧端靠近极点(端23、24)的通道16的容积可以小于其外侧端远离端23、24且更靠近赤道的通道16的容积，使得在液态衬里18塌陷期间，液态衬里界面的形状得以保持。在一些实现方式中，在压缩期间的液态衬里18的形状可以通过如下来调节：提供具有可分别旋转的多个横向部分的旋转构件14，然后操作该系统，使得横向部分以不同的预定速率旋转。例如，在旋转构件14由两个或更多个横向部分制成的情况下，每个部分可以分别地并且彼此独立地旋转。液态衬里塌陷时的期望形状可以通过如下来实现：调节旋转构件14的每个横向部分的速度或提供具有如下几何形状的旋转构件14，该几何形状具有内半径与外半径的所需比以及通道(channels)/通道(passages)16的所需容积。所需比将取决于旋转构件14的期望尺寸和预定的压缩比。

图5示出了液态衬里内爆系统80的试验小模型。该系统80包括根据另一个实施方式的旋转构件84，其中旋转构件84的内表面和外表面是圆柱形的(“圆柱形旋转构件”)。圆柱形旋转构件84包含液态介质，并且可以旋转以形成具有界面89的液态衬里88(参见图6A)。旋转构件84位于容器82内。在所示的模型中，容器82连接至驱动杆17，该驱动杆17由电机84(例如，电动机)驱动。当触发电机以使容器82旋转时，容器82与旋转构件84之间的液态介质的流体摩擦将使旋转构件84旋转至与容器82相同的速度。在触发电机以使容器82旋转之前，旋转构件84填充有预定量的液态介质。为了停止旋转构件84，使用轴86施加减速力以使旋转构件减速。仅作为示例，轴86的一端可以连接至旋转构件84，而相对端可以是两齿棘轮87。为了使旋转构件84停止/减速，可以将气体致动销推入棘轮87，从而使棘轮87停止，并且轴86的下部用作扭力弹簧，扭力弹簧扭曲以吸收旋转构件84的能量。试验模型设置有透明、顶窗口88，以允许利用高速相机记录液态衬里88的形成以及其在内爆期间的行为。将蓝色染料添加到液态介质中以增强内表面的可见性。

图6A示出了具有从叶片15的尖端向内形成的旋转界面89的液态衬里88。液态衬里88的尺寸即液态衬里88的层相对于旋转构件84的内表面的径向深度取决于容器82中的液态介质的量。如图6A所示，所形成的液态衬里88具有平滑的旋转界面89。通过使旋转构件84减速，在嵌套的通道16之间的液态介质的动量朝向腔83的中心区域向内喷射液态介质，使液态衬里塌陷到腔83中。图6B示出了在内爆(压缩)之后填充有液态介质的旋转构件84的内部。当液态衬里内爆时，衬里撞击轴86，并且通过轴86以7.7的径向压缩比停止压缩。液态层界面89在塌陷期间是光滑的。如图6A和图6B所示，可以使用圆柱形旋转构件84获得具有平滑旋转界面89的液态衬里88，并且可以在不干扰界面89的光滑度的情况下将该衬里压缩至高径向压缩比。

图7A和图7B示出了内爆驱动器的一个示例，该内爆驱动器包括用于使被标记为104的旋转构件的实施方式减速的装置。旋转构件104可以具有圆柱形外壁作为图3的旋转构件，或者可以具有稍微弯曲(扁)外壁。在所示的示例中，用于减速的装置包括偏心齿轮组件100。偏心齿轮组件100包括：多个行星齿轮110，每个均具有偏心质量112；以及带齿空心齿轮环114，其具有齿118。旋转构件104在其外表面上设置有齿116。行星齿轮110位于旋转构件104与中空齿轮环114之间，使得行星齿轮110的一些齿接合旋转构件104的一些齿116以及齿轮环114的一些齿118。偏心齿轮组件100还可以包括锁(未示出)，该锁被构造成至少在操作开始时将每个行星齿轮110锁定在锁定位置。当行星齿轮110处于锁定位置时，偏心质量112靠近旋转构件104的齿116并且偏心于旋转构件104的齿116，使得在旋转期间齿轮组件100上的应力最小。如图所示，当行星齿轮110处于锁定位置时，偏心质量112在系统旋转方向(在该示例中为逆时针)上略微对准，使得当行星齿轮110解锁时，它们逆时针摆动。当行星齿轮110处于锁定位置时，齿轮环114和行星齿轮112与旋转构件104一起旋转。当期望旋转构件减速时，由于施加到偏心质量112的向心力，行星齿轮110上的锁定被释放并且行星齿轮110旋转，从而使空心齿轮环114在行星齿轮110的旋转方向上加速，同时使旋转构件104减速。来自旋转构件104的角动量因此被传递到空心齿轮环114。由于旋转构件104的这种减速，在旋转期间形成的液态衬里内爆。这可以提供能量回收，使得当行星齿轮110向后摆动时，它们在使齿轮环114减速的同时使旋转构件104加速。当行星齿轮110向后摆动时，它们可以被闩锁(未示出)捕获并且可以在其初始位置被再次锁定。在闩锁和锁定在锁定位置之前，行星齿轮110摆动经过与齿116的接触。因此，当行星齿轮110被释放时，它们向外摆动，从而使旋转构件104减速并且使环114加速(旋转构件104的减速)。当偏心质量112摆动经过齿轮环114旁边的点时，行星齿轮110使旋转构件104加速并使齿轮环114减速(旋转构件104的加速)。行星齿轮在后摆上开始减速，并在其到达旋转构件104旁边的点之前最终停止。当行星齿轮110到达旋转构件104旁边的点时，可以使用辅助电机(未示出)推动行星齿轮经过与齿116的接触，并且然后锁定。否则，向心力可能会导致行星齿轮110反向旋转，从而向后摆动(顺时针)，同时使旋转构件104加速并使齿轮环114减速，直到经过齿轮环114旁边的点，并且然后使旋转构件104减速并使齿轮环114加速直到其停在旋转构件104旁边的其被锁定的点处。行星齿轮110的尺寸、旋转构件104的尺寸和齿轮环114的尺寸可以被调节和预定，使得行星齿轮向后摆动并使旋转构件104加速的时间与液态衬里的最大期望内爆一致。行星齿轮110的数量和这些齿轮的尺寸以及旋转构件104和齿轮环114的尺寸是预定的，以减小结构上的应力，同时实现期望的减速和相应的压缩。例如，具有较大齿的较小直径的行星齿轮110期望在产率和减速时间方面提供更好的结果。

图8示意性地示出了用于使旋转构件204减速的装置的另一示例。例如，旋转构件204可以以某种预定速度旋转以形成具有旋转界面209的衬里208。然后，旋转构件204可以是突然加速并且然后减速以使液态衬里208向内发射，从而使腔203塌陷。例如，可以通过使用化学驱动器、气动/液压驱动器、电磁驱动器或任何其他合适的用于加速的装置来实现旋转构件204的突然(陡峭)加速。加速阶段向旋转构件204增加动量，并且随后是减速阶段，以便使液态衬里向内内爆。如图所示，旋转构件204位于容器502内，使得容器502可以与旋转构件204一起以形成液态衬里208的形成速度旋转。容器502具有与其内壁连接的多个突片503，使得突片503从容器502的壁向内朝向旋转构件204延伸。旋转构件204包括对应的突片501，其在其外壁处连接并朝向容器502向外延伸，使得每个突片501和503形成其间具有间隔间隙504的成对的面对突片。用于加速的装置507可以被构造成在间隙504中施加压力以将两个面对突片501、503推开，从而沿相反的方向加速容器502和旋转构件204。例如，加速装置可以包括加压气体源和快速阀，以将压缩气体注入间隙504中以使容器502和旋转构件204突然加速。当容器502和旋转构件204沿相反方向加速时，它们各自的突片501、503将接近/影响各自接近的相邻突片。为了避免突片501、503碰撞，可以使用减速装置508使容器502和旋转构件204减速。减速装置508可以是例如另一流体源和快速阀，用于将流体注入在两个相邻的间隔间隙504之间形成的空间505中，使得当容器502和旋转构件204沿相反方向加速时，它们压缩注入到空间505中的流体，从而使它们减速并向内发射液态衬里208，从而使中心腔203塌陷。

在一种实现方式中，内爆驱动器可以仅包括用于快速(突然)加速的装置，并且可以省略减速装置。通过旋转构件的突然加速，液态介质将在由叶片15的形状(方向)确定的方向上被推动。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用用于使旋转构件加速或减速的任何其他装置。例如，盘形线圈可以用于旋转构件的快速加速，或者一个或多个另外的线圈可以用于提供磁场以使旋转构件减速。在一种实现方式中，可以使用用于加速/减速的多于一个装置。例如，可以使用一个减速器/加速器来稍微改变旋转构件的速度，以使捕获在通道16中的液态介质可以从旋转构件的内表面稍微向内移动，从而使液态衬里的阶梯状界面平滑。然后，可以应用第二减速器/加速器以将液态衬里朝向中心区域完全内爆并使腔塌陷。

在一个实现方式中，内爆驱动器可以包括流体源，使得可以在旋转构件的外表面处注入流体以使旋转构件减速。例如，流体如压缩气体或压力下的液态介质可以通过多个阀注入到旋转构件的外表面。所述多个阀可以与流体源(未示出)流体连通，使得当阀打开时，流体(例如压缩气体)可以被注入到旋转构件的外表面以使其减速。在另一实现方式中，加压流体可以用于使旋转构件加速并向内推动液态衬里。例如，叶片15的外侧端可以成形为形成杯状体，使得当将加压流体注入到这种杯状体中时，加压流体的力使旋转构件加速并且将液态介质推下叶片/通道16。由于旋转构件的突然加速和加压气体施加到叶片/通道16中的液态介质的力，液态衬里将向内发射。本领域技术人员将理解，叶片可以成形为使得通过在其中注入加压流体，旋转构件将减速(例如倒置的杯状体)。因此，根据与旋转方向相比的叶片形状，可以使用加压流体来使旋转构件减速或加速。

如本文以上所述，用于在轴向和径向两者上使液态衬里内爆的系统可以用于等离子体压缩系统中以压缩等离子体。等离子体压缩系统包括：等离子体发生器，以用于产生等离子体并将这种等离子体注入到形成在液态衬里内的空腔中；以及液态衬里内爆系统，以朝向空腔的中心区域向内使液态衬里内爆，以压缩其中捕获的等离子体。本领域技术人员将理解，如本文所述的用于形成液态衬里和使液态衬里内爆的系统的任何实施方式或其任何组合都可以用于在径向和轴向上使液态衬里内爆以及用于压缩在内爆液态衬里内捕获的等离子体。图9示出了等离子体压缩系统1000的示例，该等离子体压缩系统1000包括等离子体发生器1100，该等离子体发生器1100被构造成产生等离子体并将这种等离子体注入形成在旋转构件14中的腔13中。旋转构件14可以是本文以上所述的任何实施方式或其组合。等离子体可以是磁化等离子体例如紧凑环形线圈(compact toroid，CT)。等离子体发生器1100的出口1110与在容器12的壁11中形成的环形开口1120以及旋转构件14的入口30(参见图7A)对准，使得将等离子体注入到空腔13中。当旋转构件14突然减速/加速时，液态衬里内爆并使腔13塌陷，从而压缩捕获在其中的等离子体。

在图1至图9中的任何一个中示出的用于使液态衬里内爆的系统是竖直定向的，然而，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，这样的系统可以处于水平定向或倾斜一定角度。

尽管已经示出和描述了本公开内容的特定元件、实施方式和应用，但是应当理解，由于本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下特别是根据前述教导进行修改，因此本公开内容的范围不限于此。因此，例如，在本文公开的任何方法或过程中，构成该方法/过程的动作或操作可以以任何合适的顺序执行，并且不必限于任何特定公开的顺序。在各种实施方式中，元件和组件可以被不同地配置或布置、组合和/或消除。上述的各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合旨在落入本公开内容的范围内。贯穿本公开内容，对“一些实施方式”、“实施方式”等的引用意味着结合该实施方式描述的特定特征、结构、步骤、过程或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，贯穿本公开内容，短语“在一些实施方式中”、“在实施方式中”等的出现不一定都指代同一实施方式，并且可以指代相同或不同实施方式中的一个或多个。实际上，本文描述的新颖的方法和系统可以以多种其他形式来体现；此外，在不脱离本文描述的本发明的精神的情况下，可以对本文描述的实施方式的形式进行各种省略、增加、替换、等同、重新布置和改变。

已经在适当的地方描述了实施方式的各个方面和优点。应当理解，根据任何特定实施方式，不必可以实现所有这些方面或优点。因此，例如，应当认识到，可以以实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点的方式执行各种实施方式，而不必实现如本文所教导或建议的其他方面或优点。

除非另外具体说明或在所使用的上下文中以其他方式理解，否则本文所使用的条件语言例如“能够”、“可”、“可能”、“可以”，“例如”等通常旨在传达某些实施方式包括而某些实施方式不包括某些特征、元件和/或步骤。因此，这种条件语言通常不旨在暗示特征、元件和/或步骤以任何方式对于一个或多个实施方式是必需的，或者不旨在暗示一个或多个实施方式必然包括用于确定(有或没有操作员输入或提示)这些特征、元件和/或步骤是否在任何特定实施方式中被包括或将被执行的逻辑。对于任何特定实施方式，不存在单个特征或特征组是需要或必不可少的。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，并且以开放式方式包含地使用，并且不排除其他元件、特征、动作、操作等。此外，术语“或”以其包含的含义使用(而不是以其排他的含义使用)，因此例如在用于连接元件列表时，术语“或”表示列表中的一个、一些或全部元件。

本文描述的实施方式的示例性计算、模拟、结果、图形、值和参数旨在说明而不是限制所公开的实施方式。其他实施方式可以与本文描述的说明性示例不同地配置和/或操作。

Claims (19)

1.一种液态衬里内爆系统，用于在液态衬里中形成腔并通过使所述液态衬里内爆来使所述腔塌陷，所述系统包括：

(a)具有外壁的容器；

(b)旋转构件，所述旋转构件在所述容器内部并且能够绕旋转轴线旋转，所述旋转构件包括：

沿所述旋转轴线的第一端和第二端；

内表面，所述内表面限定内部容积并且相对于所述旋转轴线弯曲；以及

多个弯曲通道，每个弯曲通道在所述内表面处具有内侧开口并且具有外侧端，其中每个通道的曲率随着该通道的外侧端与所述第一端或所述第二端之间的距离而变化，并且其中所述通道中的一个或更多个通道在所述第一端或所述第二端附近具有外侧端，并且沿着朝向所述内部容积的中心区域的方向从所述外侧端到所述内侧开口进行三维弯曲；

(c)旋转驱动器，其操作地联接到所述旋转构件以使所述旋转构件旋转；

(d)在所述旋转构件中的液态介质，当所述旋转构件旋转时所述液态介质至少部分地填充所述弯曲通道并且形成液态衬里，所述液态衬里的内界面限定与所述旋转轴线同轴的腔；以及

(e)内爆驱动器，所述内爆驱动器能够与所述旋转构件接合以改变所述旋转构件的加速度，并且使所述液态衬里朝向所述内部容积的中心区域内爆，由此使所述腔塌陷。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转构件包括间隔开以形成所述多个弯曲通道的多个成形叶片。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个成形叶片中的至少一些成形叶片在所述内侧开口处具有逐渐减小的壁。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转构件的所述内表面朝向所述第一端和所述第二端中的每一端向内弯曲。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个弯曲通道中的至少两个弯曲通道的容积是不同的，其中具有更靠近所述第一端或所述第二端的外侧端的一个或更多个弯曲通道的容积小于具有远离所述第一端或所述第二端的外侧端的一个或多个弯曲通道的容积。

6.根据权利要求5所述的系统，其中每个通道的容积随着其外侧端位于远离所述第一端和所述第二端的位置而增加。

7.根据权利要求4所述的系统，其中具有更靠近所述第一端或所述第二端的外侧端的通道与具有远离所述第一端或所述第二端的外侧端的通道相比满足如下中的一个或多个：更窄、更长和更扭曲。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个弯曲通道的外侧端各自还包括在所述旋转构件的外表面处的外侧开口。

9.根据权利要求8所述的系统，其中根据如下式确定所述旋转构件的所述外表面的形状：

/>

其中P_out(top)是所述旋转构件的所述第一端的外表面处的压力；P_in是所述旋转构件的内表面处的压力；z_o是所述内表面处的参考点；z是沿旋转轴线的可变距离；ρ是所述液态介质的密度；g是由于重力引起的沿着所述旋转构件的旋转轴线的加速度；ω是所述旋转构件的以rad/s为单位的旋转速度；r是距所述旋转轴线的可变垂直距离；r_o(z)是定义每个所述通道的外侧开口相对于所述旋转轴线的半径的函数；并且r_i(z)是定义每个所述通道的内侧开口相对于所述旋转轴线的半径的函数。

10.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个弯曲通道的外侧端各自还包括在所述旋转构件的外表面处的外侧开口，并且其中当所述旋转构件的所述第一端在所述第二端上方时，所述旋转构件关于赤道平面不对称，使得所述外侧开口相对于所述旋转轴线的半径与所述内侧开口相对于所述旋转轴线的半径在所述第一端处的差Δr小于在所述第二端处的差Δr。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转构件包括两个或更多个部分，所述两个或更多个部分沿着所述旋转轴线间隔开并且互锁在一起。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述旋转构件的每个部分独立地连接至所述旋转驱动器和所述内爆驱动器。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述内爆驱动器包括减速器，所述减速器包括偏心齿轮组件，所述偏心齿轮组件具有带齿的空心齿轮环和多个行星齿轮，每个行星齿轮在其圆周上具有多个齿，所述多个行星齿轮位于所述旋转构件与所述齿轮环之间，所述旋转构件包括朝向所述行星齿轮突出的齿，使得所述行星齿轮的至少一些齿接合所述旋转构件的至少一些齿和所述齿轮环的至少一些齿，每个所述行星齿轮还包括偏心质量，所述偏心齿轮组件还包括锁，所述锁被构造成在操作开始时将所述行星齿轮相对于所述旋转构件锁定在锁定位置处，当处于所述锁定位置时每个所述行星齿轮的所述偏心质量相对于所述旋转构件偏移，由此当释放所述锁时所述行星齿轮沿着旋转方向进行旋转，使所述旋转构件减速，并且使所述空心齿轮环加速。

14.根据权利要求13所述的系统，还包括行星齿轮驱动器，所述行星齿轮驱动器操作地联接到所述行星齿轮组件以驱动所述多个行星齿轮，使得每个行星齿轮中的所述偏心质量被带到初始位置。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述内爆驱动器包括选自如下的加速器：化学驱动器、电磁驱动器、气动驱动器、液压驱动器或其组合。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述容器包括从所述外壁朝向所述旋转构件向内延伸的突片，并且所述旋转构件包括从所述旋转构件的闭合外壁朝向所述容器向外延伸的对应的突片，所述容器的突片与所述旋转构件的对应的突片形成具有在其之间的间隔间隙的成对的面对突片，所述加速器被构造成在所述间隔间隙中提供推力以将所述面对突片推开，由此使所述旋转构件和所述容器沿着相反的方向加速。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述加速器包括至少一个阀和与所述至少一个阀连通的加压流体的源，所述加压流体能够通过所述至少一个阀被注入到所述间隔间隙中。

18.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个弯曲通道的外侧端各自还包括在所述旋转构件的外表面中的外侧开口，并且其中所述旋转构件的所述外侧开口处的叶片是杯状的，所述内爆驱动器包括加压流体源和与所述加压流体源连通的阀，使得当所述阀打开时，加压流体被注入叶片的杯状的外侧端，由此改变所述旋转构件的旋转速度。

19.一种等离子体压缩系统，包括：

根据权利要求1至18中任一项所述的液态衬里内爆系统，其中所述容器还包括在所述外壁上的开口，并且其中所述旋转构件还包括在所述第一端或所述第二端中之一处的入口，所述入口与所述多个弯曲通道的所述内部容积和所述内侧开口进行流体连通；和

等离子体发生器，所述等离子体发生器被构造成产生等离子体并且具有出口，所述出口连接到所述容器的所述外壁上的所述开口并且与所述旋转构件的所述入口对准，使得产生的等离子体能够注入到所述腔中，由此内爆的所述液态衬里使所述腔塌陷并且压缩在其中捕获的等离子体。

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