激光激励式火工冲击模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种激光激励式火工冲击模拟装置，包括：谐振装置；大能量固体激光器，固体激光器发射激光，激光作用于谐振装置上产生冲击响应进而传递至被测试件上；和激光控制器，激光控制器对激光的输出能量、能量密度、脉宽和激光频率等参量进行调节，以适应不同冲击响应谱的要求，谐振装置包括：加载板、谐振板和传递块。传递块设置在加载板和谐振板之间，用于调节在谐振板上产生的冲击响应。通过激光激励与谐振装置的耦合作用，本发明专利技术能够快速、稳定模拟瞬态、高频、高量级冲击，其台面的重复性、均匀性及激光的可控性比较良好，能够较好地模拟火工冲击响应。

Laser-Excited Initiator Shock Simulator

The invention discloses a laser-stimulated initiation shock simulator, which includes: a resonant device; a high-energy solid-state laser, a solid-state laser, which emits a laser, and the laser acts on the resonant device to generate a shock response and then transmits it to the test piece; and a laser controller, which adjusts the output energy, energy density, pulse width and laser frequency of the laser. In order to meet the requirements of different shock response spectra, the resonant device includes loading plate, resonant plate and transfer block. The transfer block is arranged between the loading plate and the resonant plate to adjust the shock response generated on the resonant plate. Through the coupling effect of laser excitation and resonance device, the invention can simulate transient, high frequency and high magnitude shock quickly and stably, and the repeatability, uniformity and laser controllability of the mesa are good, and the initiating explosive shock response can be simulated well.

【技术实现步骤摘要】
激光激励式火工冲击模拟装置
本专利技术涉及力学环境
，特别是涉及火工冲击模拟装置。
技术介绍
航天器火工冲击环境是由星箭分离、部组件展开等工作过程中的火工品起爆引起的作用于结构上的瞬态冲击响应，具有瞬态、高频、高量级的特点，是航天器在全生命周期内经历的最苛刻的力学环境之一。火工冲击的加速度响应幅值可高达200000g，作用持续时间小于20ms，主要频率在100Hz～100kHz范围。火工冲击能够对航天器上含有晶振、脆性材料等的精密电子设备造成致命损伤，影响甚至提前终止航天任务。为了提高航天器的工作性能和可靠性，需要精确模拟火工冲击环境，测试航天产品对火工冲击的耐受性。目前，地面火工冲击模拟试验方法大体可分为火工爆炸式和非火工爆炸式两种。火工爆炸式试验采用真实火工品作为试验冲击源，能够模拟真实火工品爆炸产生的高频和高加速度量级，试验精度高。但采用火工爆炸式模拟试验装置，在正式试验前需要进行多次试错才能得到所需的冲击响应谱，试验结果可重复性差，而且试验成本高、周期长、存在较大的安全隐患。非火工爆炸式模拟试验又可分为机械撞击方式和振动台模拟两种。这类模拟方法具有重复性好、试验成本低等优点。目前国内航天产品冲击模拟试验主要采用该类方法。但是，非火工爆炸式方法模拟频率一般在10kHz以内，仅适用于模拟火工冲击中、远场的响应，无法模拟火工冲击源的高频特征，会导致“低频过”、“高频欠”的问题。“低频过试验”会造成设计合理的设备不能通过地面试验，而无法上天使用，“高频欠试验”则使一些设计有缺陷的航天产品“带病上天”，在轨发生故障，造成无法挽回的损失。因此，亟需研制一种高精度火工冲击模拟装置，实现航天产品真实火工冲击环境的精确模拟，为我国航天型号研制提供试验保障。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种火工冲击模拟装置，该装置具有快速、稳定、量级高、频率高等优点，实现了瞬态、高频、高量级的冲击试验要求。本专利技术需要解决的技术问题是提供一种高精度火工冲击模拟试验装置，实现航天产品真实火工冲击环境的精确模拟、测试和分析。为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种激光激励式火工冲击地面模拟试验装置，包括：谐振装置；固体激光器，固体激光器发射激光，激光作用于谐振装置上产生冲击响应进而传递至被测试件上；和激光控制装置，激光控制装置对激光的输出能量、能量密度、脉宽和激光频率等参量进行调节，以适应不同冲击响应谱的要求，其特征在于，谐振装置包括：加载板，加载板通过柔性索水平地吊设在谐振装置上；谐振板，谐振板位于加载板上方，被测试件放置在谐振板上；传递块，传递块设置在加载板和谐振板之间，用于调节在谐振板上产生的冲击响应。根据本专利技术的一个实施例，谐振装置为长方体铝型材结构，通过螺栓固定在工作平台上。根据本专利技术的一个实施例，加载板和谐振板都为铝合金材料，加载板通过四条柔性索在谐振装置上水平地吊起，并且谐振板通过四个传递块固定地设置在加载板上方。根据本专利技术的一个实施例，加载板包括：板体，板体为冲击传递载体；波形发生器，述波形发生器为刚度不同的质量块，通过调节波形发生器可以实现冲击响应谱形控制；吸收层，吸收层为铝箔或者黑胶带，吸收层粘附于波形发生器上；和约束层，约束层为K9玻璃或者水膜，以在吸收层上方形成一层约束。当激光辐射加载板的冲击位置时，由于吸收层在极短时间内吸收较大能量，会迅速烧蚀产生等离子体，并在约束层的作用下不断积聚形成高量级的冲击波作用于加载板的波形发生器上，通过调节波形发生器材料刚度，可以产生具有一定谱形的冲击波。根据本专利技术的一个实施例，传递块由钢、铝合金或橡胶材料制成，传递块的高度在一定范围内能够调节，通过调节传递块的材料或者高度，能够控制冲击响应谱拐点。根据本专利技术的一个实施例，谐振板由铝合金材料制成，通过调节谐振板的大小或质量，能够调节冲击响应谱拐点。根据本专利技术的一个实施例，固体激光器为Nd：YAG固体激光器，固体激光器包括：激光激励系统，激光激励系统包括振荡级部分和能量放大级部分；冷却系统，冷却系统为激光激励系统提供冷却；和供电系统，供电系统为激光激励系统提供电力。根据本专利技术的一个实施例，激光控制器包括：激光参数计算子模块，激光参数计算子模块计算不同冲击响应谱的要求参数；和激光参数调节子模块，激光参数调节子模块能够调节激光输出能量、能量密度、脉宽以及激光频率等参量。当采集到的冲击响应数据传输到激光控制器时，激光参数计算子模块首先进行该响应冲击响应谱的计算，并采用峰值包络的方法分别提取冲击响应谱的谱形、拐点、量级等参数，并与实验条件对应的参数进行对比，若符合实验条件，则运算结束；若不符合实验条件，激光参数调节子模块继续调节激光脉宽、能量、重复频率等参数并通过外控接口发送指令至固体激光器，从而控制固体激光器产生激光作用于谐振装置，直至测得的冲击响应达到实验条件要求，循环终止。根据本专利技术的一个实施例，在工作平台上固定设置有反射镜和聚焦镜，通过调节反射镜的角度，使固体激光器产生的激光准确作用于激励位置，并且通过调节聚焦镜的位置，能够调节聚焦位置，进一步调节作用于冲击位置的激光光斑直径。聚焦镜位置通过滑轨设计进行调节，通过试验标定的方式在滑轨上标注每一激光光斑直径对应的聚焦镜位置，从而方便实验过程中光斑直径的调节。根据本专利技术的另一个实施例的一种火工冲击模拟装置，包括：存储器，用于存储可执行指令；以及处理器，用于执行存储器中存储的可执行指令，以执行如下操作：在加载板的冲击位置处粘贴吸收层，打开水管，以在吸收层上方形成一层水膜；打开激光控制器，根据冲击响应谱来调节激光单脉冲能量、脉宽等参数，以控制固体激光器产生高能、窄脉宽激光；调节反射镜角度，以使激光反射通过聚焦镜；通过调节聚焦镜的位置，调整激光焦距以及光斑直径，以使激光聚焦于加载板的冲击位置处；吸收层吸收能量，从而烧蚀以产生等离子体，并在约束层的作用下积聚形成高量级的冲击波作用于加载板；冲击波通过传递块传递至谐振板，引起谐振板的冲击响应，并作用于被测试件。根据本专利技术的一个实施例的火工冲击地面模拟试验装置的有益效果包括但不限于以下一个或多个：本专利技术实现的瞬态、高频、高量级冲击环境与真实火工冲击环境具有较好的一致性；本专利技术具有较好的重复性、可控制性、台面均匀性和稳定性；本专利技术冲击过程对加载装置不产生破坏，可实现加载装置的可重复使用，有效降低成本和试验周期；本专利技术通过调节各种参数，如激光能量、光斑直径、传递块高低以及加载板和响应板尺寸等，可实现冲击响应谱谱形、量级、拐点的调节，适应航天器不同火工品、不同位置处的冲击响应模拟要求。附图说明通过参照附图详细描述本专利技术的实施例，本专利技术将变得更加清楚，多个实施例被图示在附图中以用于说明性目的，并且决不应该被理解为限制实施例的范围。另外，不同的公开的实施例的各种特征可以组合以形成额外实施例，额外实施例是本公开的一部分，其中：图1为本专利技术实施例的激光激励式火工冲击模拟装置的设计示意图；图2为本专利技术实施例的激光激励式火工冲击模拟装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例的激光激励式火工冲击模拟装置的激光束作用在加载板上的示意图；图4为本专利技术实施例的激光激励式火工冲击模拟装置的激光控制器的控制过程示意图；图5为本专利技术实施例的激光激励式火工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光激励式火工冲击模拟装置，包括：谐振装置；大能量固体激光器(7)，所述固体激光器发射激光，所述激光作用于所述谐振装置上产生冲击响应进而传递至被测试件(6)上；和激光控制器(8)，所述激光控制器(5)对所述激光的输出能量、能量密度、脉宽和激光频率进行调节，以适应不同冲击响应谱的要求，其特征在于，所述谐振装置包括：主体框架(1)；加载板(2)，所述加载板(2)通过柔性索(5)水平地吊设在所述主体框架(1)上；谐振板(3)，所述谐振板(3)位于所述加载板(2)上方，所述被测试件(6)放置在所述谐振板(3)上；和传递块(4)，所述传递块(4)设置在所述加载板(2)和所述谐振板(3)之间，用于调节在谐振板(4)上产生的冲击响应。

【技术特征摘要】
1.一种激光激励式火工冲击模拟装置，包括：谐振装置；大能量固体激光器(7)，所述固体激光器发射激光，所述激光作用于所述谐振装置上产生冲击响应进而传递至被测试件(6)上；和激光控制器(8)，所述激光控制器(5)对所述激光的输出能量、能量密度、脉宽和激光频率进行调节，以适应不同冲击响应谱的要求，其特征在于，所述谐振装置包括：主体框架(1)；加载板(2)，所述加载板(2)通过柔性索(5)水平地吊设在所述主体框架(1)上；谐振板(3)，所述谐振板(3)位于所述加载板(2)上方，所述被测试件(6)放置在所述谐振板(3)上；和传递块(4)，所述传递块(4)设置在所述加载板(2)和所述谐振板(3)之间，用于调节在谐振板(4)上产生的冲击响应。2.根据权利要求1所述的一种激光激励式火工冲击模拟装置，其特征在于：所述谐振装置为自由悬吊式结构，通过螺栓固定在工作平台上。3.根据权利要求1所述的火工冲击模拟装置，其特征在于：所述加载板(2)和所述谐振板(3)为铝合金材料或铝蜂窝结构，所述加载板(2)通过多个柔性索(5)水平地吊设在主体框架(1)上，并且所述谐振板(3)通过多个传递块(4)固定地设置在所述加载板(2)上方。4.根据权利要求1所述的火工冲击模拟装置，其特征在于，所述加载板(2)包括：板体(12)，所述板体为冲击传递载体；波形发生器(13)，所述述波形发生器为刚度不同的质量块，通过调节波形发生器可以实现冲击响应谱形控制；吸收层(14)，所述吸收层为铝箔或者黑胶带，所述吸收层粘附于所述波形发生器上；和约束层(15)，所述约束层为K9玻璃或者水膜，以在吸收层上方形成一层约束。5.根据权利要求1所述的火工冲击...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦朝烨，闫会朋，王锡雄，丁继锋，褚福磊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11