CN111592431B - 含能复合材料固化应力横纵波调控装置 - Google Patents

含能复合材料固化应力横纵波调控装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及含能复合材料研究技术领域，尤其涉及一种关于含能复合材料固化的应力横纵波调控装置。该应力横纵波调控装置包括内装有待固化的含能复合材料的固化容器；及垂直入射至所述固化容器的垂直式激励器，和多个环绕所述垂直式激励器设置的斜入射至所述固化容器的斜入式激励器，其倾斜角介于第一临界角和第二临界角之间。通过入射横纵波，对内的径向残余应力和轴向残余应力均进行消减及均化，以提高含能复合材料固化的稳定性及力学性能。

Description

含能复合材料固化应力横纵波调控装置
技术领域
本申请涉及含能复合材料研究技术领域，尤其涉及一种关于含能复合材料固化的应力横纵波调控装置。
背景技术
推进剂、PBX炸药等含能复合材料的固化稳定性在应用中要求越来越高。例如，推进剂作为航天重要燃料，随着航天工业在经济发展中作用的日益显著，工程应用中对航天工业安全的要求越来越高，对推进剂的力学性能及稳定性的要求也越来越高。推进剂残余应力的存在，会直接导致推进剂药柱出现裂纹，诱发开裂等现象，这会直接威胁航天器材的运行安全。因此，需要进一步研究消减及均化推进剂、PBX炸药等含能复合材料内部的残余应力，以提高其固化稳定性，提高在应用中的安全性。
现有技术中，申请公布号为CN109797279A、发明名称为“敞开式高能声束消减推进剂固化残余应力装置”的发明专利申请中，公开了敞开式固化容器、高能声束换能器及紧固装置三者的中心轴重合设置，这种设置下的高能声束为纵波，按纵波质点波动方向的特点，纵波主要对轴向残余应力的进行作用，但是，引起变形脱粘的是径向残余应力，故现有技术的残余应力的消减及均化效果有待提高。
发明内容
本申请提供了一种关于含能复合材料固化的应力横纵波调控装置，通过入射横纵波，对内的径向残余应力和轴向残余应力均进行消减及均化，以提高含能复合材料固化的稳定性及力学性能。
本申请提供了一种关于含能复合材料固化的应力横纵波调控装置，包括：
内装有待固化的含能复合材料的固化容器；及
垂直入射至所述固化容器的垂直式激励器，和
多个环绕所述垂直式激励器设置的斜入射至所述固化容器的斜入式激励器，其倾斜角介于第一临界角和第二临界角之间。
与现有技术相比，本申请所提供的应力横纵波调控装置包括垂直入射至固化容器的垂直式激励器和斜入射至固化容器的斜入式激励器，且倾斜角介于第一临界角和第二临界角之间，在固化容器内的待固化的含能复合材料进行由胶态至固态的固化过程中，垂直入射到含能复合材料内的应力超声波主要为纵波，主要起到对其轴向残余应力的消减及均化效应，而以介于第一临界角和第二临界角之间的倾斜角入射到含能复合材料内的应力超声波同时具有纵波和横波，可以同时对其轴向残余应力和径向残余应力进行消减及均化，实现对含能复合材料的多向残余应力的调控，增强其固体颗粒的均匀性，提高含能复合材料固化的力学性能和稳定性。并且，该斜入式激励器具有多个，且环绕该垂直式激励器设置，使固化容器内具有多相混合物介质的含能复合材料粒子质点受控于该横波及纵波，做类似于三维椭圆体轨迹的运动，这样可以进一步实现对含能复合材料内部任意方向的残余应力的消减及均化，进一步增强其颗粒均匀性，提高含能复合材料固化的力学性能和稳定性。
进一步的，所述垂直式激励器的发射端和多个所述斜入式激励器的发射端合体为一体式发射端。
这样与只是设有多个激励器分别插入至固化容器的方案相比，可以进一步的缩小声界面，减小声衰减以及提高能量的传递效率。
进一步的，所述一体式发射端具有垂直入射的第一声楔块和斜入射的第二声楔块，
所述第一声楔块与所述垂直式激励器的发射端对应耦合连接，所述第二声楔块与所述斜入式激励器的发射端对应耦合连接。
这种具体设置方式可以简单直接高效的实现多个激励器发射端一体化。
更进一步的，所述第一声楔块设置于所述一体式发射端的中心位置，多个所述第二声楔块环绕所述第一声楔块均匀设置。
这样设置更有助于含能复合材料固化过程中整体应力调控消减的均匀性，提高固体颗粒的均匀度，提高含能复合材料固化的力学性能和稳定性。
进一步的，所述固化容器顶部与所述一体式发射端耦合对接；
所述垂直式激励器对应所述固化容器顶部的中心位置设置，多个所述斜入式激励器环绕所述垂直式激励器均匀设置。
这样设置更有助于含能复合材料固化过程中整体应力调控消减的均匀性，提高固体颗粒的均匀度，提高含能复合材料固化的力学性能和稳定性。
更进一步的，具有一个所述垂直式激励器，且对应所述固化容器顶部的中心位置设置，具有三个所述斜入式激励器，且环绕所述垂直式激励器均匀设置。
该设置的个数可根据待固化的含能复合材料量、固化容器体积等具体设定，以得到较佳的合理设置方式。
进一步的，具有多个所述垂直式激励器，且多个所述垂直式激励器对应于所述固化容器顶部的中心位置均匀分布。
这样可以加强纵波能量的射入，提高轴向残余应力的消减及均化效率。
进一步的，所述固化容器为罐体结构，所述一体式发射端的边缘与所述固化容器顶部的边缘紧固连接。
以进一步保证含能复合材料固化过程的有效进行。
进一步的，不同的所述斜入式激励器的倾斜角相同或不相同。
斜入式激励器的倾斜角介于第一临界角和第二临界角之间，其具有很大的调控范围，各斜入式激励器的倾斜角可根据需要选择该范围内的任意角度，不同的斜入式激励器的倾斜角相同或不相同均可，以实现最优的横纵波调控方案，达到最好的含能复合材料固化中残余应力的消减及均化效果，达到最好的稳定性，进而实现应用中安全性最大化。
进一步的，所述固化容器内壁表面均匀涂覆有脱模剂。
这样可以使固化后的含能复合材料取出时更容易脱落，保证含能复合材料的完整无损，以及可以更方便固化容器重复多次使用。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请实施例所提供的应力横纵波调控装置的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的应力横纵波调控装置的俯视图；
图3为本申请实施例所提供的应力横纵波调控装置的另一角度的结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的一体式发射端的结构示意图；
图5为本申请实施例所提供的一体式发射端的另一角度的结构示意图。
附图标记：
10-固化容器；
20-垂直式激励器；
30-斜入式激励器；
40-一体式发射端；
41-第一声楔块；
42-第二声楔块；
43-连接孔。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。
如图1-3所示，本申请实施例提供了一种关于含能复合材料固化的应力横纵波调控装置，该含能复合材料具体为推进剂、PBX炸药等。该应力横纵波调控装置包括内装有待固化的含能复合材料的固化容器10，可以将待固化的液态或胶态的含能复合材料从该固化容器10顶部注入到其内部中，该固化容器10可以为罐体结构，具体形状可以为圆柱体、方柱体、不规则柱体等，具体形状不做限定，优选为圆柱形罐体结构；该固化容器10可以采用金属材质或者合金材质制成，只要不与其内部的含能复合材料产生破坏其结构的反应，以及不消减应力超声波在其内传播的能量即可，例如，该固化容器10可以采用铝合金材料制成，该材料具有质量轻、不易变形的优点。优选的，为了使固化后的含能复合材料取出时更容易脱落，保证含能复合材料的完整无损，以及可以更方便固化容器10重复多次使用，该固化容器10内壁表面可均匀涂覆有脱模剂。
本申请实施例所提供的应力横纵波调控装置还包括多个激励器，具体包括垂直入射至前述固化容器10的垂直式激励器20，和多个环绕该垂直式激励器20设置的斜入射至该固化容器10的斜入式激励器30，其倾斜角介于第一临界角和第二临界角之间，该第一临界角为：光线从光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角，当入射角为某一数值时，折射角等于90°，此入射角称第一临界角。该第二临界角为：光线从光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角，当入射角为0时，折射角等于某一数值，此折射角称第二临界角。该激励器是一种将输入的电功率转换为机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少一部分功率的设备。
与现有技术相比，在固化容器10内的待固化的含能复合材料进行由胶态至固态的固化过程中，垂直式激励器20发射的垂直入射到含能复合材料内的应力超声波主要为纵波，主要起到对其轴向残余应力的消减及均化效应；而斜入式激励器30入射到含能复合材料内的应力超声波同时具有纵波和横波，可以同时对其轴向残余应力和径向残余应力进行消减及均化，实现对含能复合材料的多向残余应力的调控，增强其固体颗粒的均匀性，提高含能复合材料固化的力学性能和稳定性。并且，该斜入式激励器30具有多个，且环绕该垂直式激励器20设置，使固化容器10内具有多相混合物介质的含能复合材料质点受控于该横波及纵波，做类似于三维椭圆体轨迹的运动，这样可以进一步实现对含能复合材料内部任意方向的残余应力的消减及均化，进一步提高固体颗粒的均匀度，提高含能复合材料固化的力学性能和稳定性。
为了尽量的缩小声界面，减小声衰减以及提高能量的传递效率，前述的垂直式激励器20的发射端和多个斜入式激励器30的发射端合体为一体式发射端40。一种具体的实施例是，如图4和图5所示，该一体式发射端40可以具有垂直入射的第一声楔块41和斜入射的第二声楔块42，该第一声楔块41与垂直式激励器20的发射端对应耦合连接，该第二声楔块42与斜入式激励器30的发射端对应耦合连接。这种具体设置方式可以简单直接高效的实现多个激励器发射端一体化。
进一步的实施例是，该第一声楔块41可以设置于该一体式发射端40的中心位置，多个第二声楔块42环绕该第一声楔块41均匀设置，具体该第二声楔块42可以设置3个，该设置的个数可根据待固化的含能复合材料量、固化容器10体积等具体设定。这样设置更有助于含能复合材料固化过程中整体应力调控消减的均匀性，提高固体颗粒的均匀度，提高含能复合材料固化的力学性能和稳定性。
前述的一体式发射端40可以与前述固化容器10的顶部耦合对接，该一体式发射端40的边缘还可以与该固化容器10的顶部的边缘紧固连接，以进一步保证含能复合材料固化过程的有效进行，具体该一体式发射端40的边缘可均匀设有连接孔43，用于二者紧固连接。
优选的实施例是，前述的垂直式激励器20可以对应固化容器10顶部的中心位置设置，该垂直式激励器20具体可具有一个或多个，当具体一个该垂直式激励器20时，该垂直式激励器20对应固化容器10顶部的中心位置设置；当具体多个时，该多个垂直式激励器20对应于固化容器10顶部的中心位置均匀分布。这样可以加强纵波能量的射入，提高轴向残余应力的消减及均化效率。再有，前述的多个斜入式激励器30环绕该一个或多个垂直式激励器20均匀设置，该斜入式激励器30具体可以为3个，该设置的个数可根据待固化的含能复合材料量、固化容器10体积等具体设定。这样设置更有助于含能复合材料固化过程中整体应力调控消减的均匀性，提高固体颗粒的均匀度，，提高含能复合材料固化的力学性能和稳定性。
此外，前述斜入式激励器30的倾斜角介于第一临界角和第二临界角之间，其具有很大的调控范围，各斜入式激励器30的倾斜角可根据需要选择该范围内的任意角度，不同的斜入式激励器30的倾斜角相同或不相同均可，以实现最优的横纵波调控方案，达到最好的含能复合材料固化中残余应力的消减及均化效果，达到最好的稳定性，进而实现应用中安全性最大化。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种关于含能复合材料固化的应力横纵波调控装置，其特征在于，包括：
内装有待固化的含能复合材料的固化容器；及
垂直入射至所述固化容器的垂直式激励器，和
多个环绕所述垂直式激励器设置的斜入射至所述固化容器的斜入式激励器，其倾斜角介于第一临界角和第二临界角之间，其中，所述第一临界角为：光线从光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角，当入射角为某一数值时，折射角等于90°，此入射角称为第一临界角；所述第二临界角为：光线从光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角，当入射角为0°时，折射角等于某一数值，此折射角称为第二临界角。
2.根据权利要求1所述的应力横纵波调控装置，其特征在于，
所述垂直式激励器的发射端和多个所述斜入式激励器的发射端合体为一体式发射端。
3.根据权利要求2所述的应力横纵波调控装置，其特征在于，
所述一体式发射端具有垂直入射的第一声楔块和斜入射的第二声楔块，
所述第一声楔块与所述垂直式激励器的发射端对应耦合连接，所述第二声楔块与所述斜入式激励器的发射端对应耦合连接。
4.根据权利要求3所述的应力横纵波调控装置，其特征在于，
所述第一声楔块设置于所述一体式发射端的中心位置，多个所述第二声楔块环绕所述第一声楔块均匀设置。
5.根据权利要求2所述的应力横纵波调控装置，其特征在于，
所述固化容器顶部与所述一体式发射端耦合对接；
所述垂直式激励器对应所述固化容器顶部的中心位置设置，多个所述斜入式激励器环绕所述垂直式激励器均匀设置。
6.根据权利要求5所述的应力横纵波调控装置，其特征在于，
具有一个所述垂直式激励器，且对应所述固化容器顶部的中心位置设置，具有三个所述斜入式激励器，且环绕所述垂直式激励器均匀设置。
7.根据权利要求5所述的应力横纵波调控装置，其特征在于，
具有多个所述垂直式激励器，且多个所述垂直式激励器对应于所述固化容器顶部的中心位置均匀分布。
8.根据权利要求2所述的应力横纵波调控装置，其特征在于，
所述固化容器为罐体结构，所述一体式发射端的边缘与所述固化容器顶部的边缘紧固连接。
9.根据权利要求1所述的应力横纵波调控装置，其特征在于，
不同的所述斜入式激励器的倾斜角相同或不相同。
10.根据权利要求1所述的应力横纵波调控装置，其特征在于，
所述固化容器内壁表面均匀涂覆有脱模剂。
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