[发明专利]太空环境超高速撞击试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种太空环境超高速撞击试验装置及方法，其在太空环境模拟容器内部限定有包括飞行区和撞击区的试验空间，并设有可对沿试验空间超高速飞行的弹丸产生与重力反向电磁力的电磁铁。试验前，根据弹丸的质量和类型调整电磁铁所提供的磁场的大小，即可平衡弹丸沿试验空间飞行过程中所受重力，从而在试验空间中模拟太空中的微重力环境，进而能更好地满足太空超高速撞击的模拟试验要求以及进行相应的力学研究。

技术领域

本发明涉及超高速碰撞加载试验技术领域，特别涉及一种太空环境超高速撞击试验装置及方法。

背景技术

随着航空航天技术的不断发展，人类在太空中的活动日益频繁。在太空活动中，各国将功能不同的航天器送入太空，使得地球上空轨道上的空间碎片数量呈上升趋势。在此环境下，航天器在地球上空轨道上运行时，受到空间碎片撞击的概率大大提升。一般来说，航天器少有主动防御的能力，仅具有一定的被动保护结构。因此，探究材料、结构在太空环境(真空、微重力、超低温)中，受到超高速撞击后的力学性能对指导航天器的选型、设计意义重大。

在现有的超高速撞击试验中，采用一级或多级轻气炮加载是最为常见的技术手段。但现有的轻气炮加载装置大多针对常规重力环境下的高速撞击加载，少有考虑到太空环境的特点(如真空、微重力以及超低温等特点)，进行撞击模拟的。因此，常规的轻气炮加载系统难以满足太空超高速撞击的模拟试验要求以及进行相应的力学研究。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种能满足太空环境超高速撞击模拟试验要求的试验装置及方法。

为实现上述目的，本发明提出一种太空环境超高速撞击试验装置，包括：

太空环境模拟容器，所述太空环境模拟容器内部限定有可封闭的试验空间，试验空间包括飞行区以及与飞行区的尾端连通的撞击区，撞击区中可设置靶体；

加速器，所述加速器与飞行区的前端通连，用于驱使弹丸沿试验空间超高速飞向靶体；

电磁铁，所述电磁铁用于对沿试验空间超高速飞向靶体的弹丸产生与所受重力反向的电磁力，用于模拟太空中的微重力环境；

高速摄像机，所述高速摄像机用于记录弹丸进入试验空间时的运动轨迹；

红外高速摄像机，所述红外高速摄像机用于记录靶体的温度变化以及撞击产生的靶体飞片的运动轨迹；以及

应力传感器，所述应力传感器设于靶体，用于记录靶体的应力变化。

为实现上述目的，本发明还提出一种太空环境超高速撞击试验方法，包括如下步骤：

S1、根据弹丸的质量和类型调整电磁铁所提供的磁场大小；

S2、在确保弹丸至靶体的空间畅通的情况下，通过加速器驱使弹丸沿试验空间飞行以超高速撞击靶体，并通过高速摄像机记录弹丸进入试验空间时的运动轨迹、通过红外高速摄像机记录靶体的温度变化和撞击产生的靶体飞片的运动轨迹、以及通过应力传感器用于记录靶体的应力变化。

本发明太空环境超高速撞击试验装置及方法，在太空环境模拟容器内部限定有包括飞行区和撞击区的试验空间，并设有可对沿试验空间超高速飞行的弹丸产生与重力反向电磁力的电磁铁。试验前，根据弹丸的质量和类型调整电磁铁所提供的磁场的大小，即可平衡弹丸沿试验空间飞行过程中所受重力，从而在试验空间中模拟太空中的微重力环境，进而能更好地满足太空超高速撞击的模拟试验要求以及进行相应的力学研究。

附图说明

图1为本发明的纵向剖视图；

图2为本发明的横向剖视图；

图3为防护罩的示意图；

图4为弹丸在试验空间内速飞行过程的受力原理图。

具体实施方式