本發(fā)明涉及激光打擊，具體涉及到一種高能激光燒蝕打擊降落傘試驗(yàn)方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)打擊空投降落傘的方式主要包括：傳統(tǒng)火力打擊、電子戰(zhàn)干擾方式和激光反制等方式。其中，降落傘傘面和傘繩主要材料為尼龍、聚酯纖維或聚芳酰胺纖維等材料，當(dāng)遭受高溫時(shí)容易著火，激光燒蝕反制方式主要基于材料不耐高溫的特點(diǎn)而研制。

2、近年來(lái)，隨著反制“低慢小”無(wú)人機(jī)的需求，高能激光反制無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)得到了重視，并得到了初步應(yīng)用。然而，無(wú)人機(jī)的反制和降落傘的反制的技術(shù)特點(diǎn)不相同：首先，在飛手的操作下，無(wú)人機(jī)的飛行軌跡難以預(yù)測(cè)，但是降落傘一般不具備動(dòng)力，其軌跡容易被預(yù)測(cè)；其次，無(wú)人機(jī)的外殼材料一般為塑料或者碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，相比降落傘材料更耐燒蝕；最后，無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)較復(fù)雜，在失去平衡后，部分多旋翼無(wú)人機(jī)可以通過(guò)控制算法調(diào)整不同旋翼的轉(zhuǎn)速來(lái)保持平衡?；诟吣芗す夥粗茻o(wú)人機(jī)已經(jīng)得到了成功應(yīng)用，有必要發(fā)展激光反制降落傘的技術(shù)。

3、因此，有必要設(shè)計(jì)一種高能激光燒蝕打擊降落傘試驗(yàn)方法及裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一，提供一種高能激光燒蝕打擊降落傘試驗(yàn)方法及裝置。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種高能激光燒蝕打擊降落傘試驗(yàn)方法，包括：

3、步驟1，準(zhǔn)備試驗(yàn)裝置：所述試驗(yàn)裝置包括風(fēng)洞、高能激光器組件、高速攝像機(jī)和若干降落傘，所述風(fēng)洞用于吹開(kāi)所述降落傘以模擬所述降落傘飛行時(shí)的狀態(tài)，所述高能激光器組件用于向所述降落傘發(fā)射高能激光以燒蝕所述降落傘，所述高速攝像機(jī)用于拍攝試驗(yàn)過(guò)程；

4、步驟2，進(jìn)行高能激光燒蝕打擊降落傘試驗(yàn)：將所述降落傘的傘繩端部懸掛在風(fēng)洞出口的中間位置，開(kāi)啟所述風(fēng)洞并設(shè)定風(fēng)速范圍，使得所述降落傘正常打開(kāi)，開(kāi)啟所述高速攝像機(jī)以拍攝所述降落傘的姿態(tài)，開(kāi)啟所述高能激光器組件照射并燒蝕所述降落傘直至所述降落傘無(wú)法繼續(xù)飛行；更換所述降落傘再進(jìn)行試驗(yàn)，以使所述高能激光器組件照射并燒蝕所述降落傘的不同部位，完成降落傘若干部位的燒蝕打擊試驗(yàn)；

5、步驟3，分析試驗(yàn)過(guò)程和試驗(yàn)結(jié)果：分析所述降落傘受燒蝕的高速攝像視頻，獲取關(guān)鍵時(shí)間參數(shù)；在光學(xué)顯微鏡下觀測(cè)所述降落傘被燒蝕處的微觀形貌，對(duì)比得到所述降落傘不同部位的燒蝕程度，以及同一部位的燒蝕區(qū)中心和邊界形貌；

6、步驟4，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行有限元模擬：在有限元模擬中，計(jì)算在所述降落傘的傘面和傘繩不同損傷程度下，降落傘的力學(xué)特性；選取降落傘端部的節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)隨時(shí)間變化曲線；

7、步驟5，對(duì)比模擬和試驗(yàn)得到的受損傷降落傘在不同速度場(chǎng)下的形貌和力學(xué)特征，調(diào)整有限元模擬參數(shù)使得模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

8、進(jìn)一步的，在所述步驟2中，所述降落傘的不同部位包括傘繩的不同位置和傘面的不同位置。

9、進(jìn)一步的，在所述步驟3中，所述關(guān)鍵時(shí)間參數(shù)包括和；為開(kāi)傘時(shí)間；為從激光開(kāi)始燒蝕降落傘局部開(kāi)始，到降落傘局部開(kāi)始出現(xiàn)變形不穩(wěn)定但傘面依舊保持正常形態(tài)為止的時(shí)間。

10、進(jìn)一步的，在所述步驟3中，在光學(xué)顯微鏡下觀測(cè)所述降落傘被燒蝕處的微觀形貌，對(duì)比得到所述降落傘不同部位的燒蝕程度，以及同一部位的燒蝕區(qū)中心和邊界形貌；具體包括：

11、一維平面lagrange流體力學(xué)編碼sss的流體力學(xué)方程組為：

12、；

13、；

14、；

15、；

16、；

17、；

18、；

19、式中，為時(shí)間；為euler坐標(biāo)；為粒子速度；為比容；為比內(nèi)能；為總比能量；為溫度；為總壓力；為壓力；為粘性；為單位面積的質(zhì)量；為合應(yīng)力，、均為應(yīng)力偏量；為熱傳導(dǎo)系數(shù)；為單位質(zhì)量介質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)吸收的激光能量，，其中，為介質(zhì)對(duì)激光的線性吸收系數(shù)，為激光吸收區(qū)單位網(wǎng)格的光強(qiáng)，為單位網(wǎng)格長(zhǎng)度；

20、將sss編碼用于激光驅(qū)動(dòng)飛片過(guò)程計(jì)算時(shí)，首先在式（3）右邊加入激光效應(yīng)附加項(xiàng)，并引入能描述激光燒蝕等離子體物態(tài)的狀態(tài)方程；

21、在第1階段，降落傘材料對(duì)激光的吸收采用固態(tài)吸收模型，根據(jù)lambert-beer-bouguer定律，在固體介質(zhì)中光強(qiáng)隨傳播距離x指數(shù)衰減，即：

22、；

23、在第2階段，當(dāng)氣體溫度低于一定值時(shí)，部分電離的材料吸收系數(shù)與成正比，表示為；常數(shù)隨溫度升高而增大，在-3/2至1/2之間變化，為2；通過(guò)與固態(tài)吸收有機(jī)耦合起來(lái)，在蒸氣狀態(tài)下：

24、；

25、式中，，，分別為初始狀態(tài)下固態(tài)金屬的線性吸收系數(shù)、密度和溫度；和為當(dāng)?shù)孛芏群蜏囟龋?/p>

26、在激光燒蝕降落傘材料形成蒸氣等離子體的過(guò)程中，激光強(qiáng)度為量級(jí)時(shí)，逆軔致吸收是降落傘材料蒸氣中最主要的吸收機(jī)制，即在第3階段，等離子體的線性吸收系數(shù)為：

27、；

28、式中，為量子力學(xué)修正系數(shù)，約為1；為離子平均電離電荷數(shù)；為入射激光波長(zhǎng)；為離子數(shù)密度；為電子溫度。

29、進(jìn)一步的，在所述步驟4中，具體包括：

30、用catia繪制試驗(yàn)裝置和空氣流場(chǎng)的三維模型，運(yùn)用hypermesh軟件劃分網(wǎng)格，其用于模擬含不同部位損傷的降落傘的飛行性能，并導(dǎo)出可以用于ls-prepost軟件操作的k文件；

31、在ls-prepost軟件中，添加傘繩的繩單元，模擬傘面受傘繩制約作用下的受力過(guò)程；

32、提交ls-dyna求解器求解，計(jì)算在傘面和傘繩的不同損傷程度下，降落傘的力學(xué)特性；選取降落傘端部的節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)隨時(shí)間變化曲線。

33、本發(fā)明還提供了一種高能激光燒蝕打擊降落傘試驗(yàn)裝置，包括風(fēng)洞、高能激光器組件、高速攝像機(jī)和若干降落傘；

34、所述降落傘的傘繩端部懸掛在風(fēng)洞出口的中間位置；

35、所述風(fēng)洞用于吹開(kāi)所述降落傘以模擬所述降落傘飛行時(shí)的狀態(tài)；

36、所述高能激光器組件設(shè)置在所述降落傘的側(cè)方，用于向所述降落傘發(fā)射高能激光以燒蝕所述降落傘；

37、所述高速攝像機(jī)設(shè)置在所述降落傘的側(cè)方，用于拍攝試驗(yàn)過(guò)程。

38、進(jìn)一步的，所述高能激光器組件包括高能激光器、旋轉(zhuǎn)云臺(tái)、散熱器；

39、所述高能激光器設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)云臺(tái)上，用于發(fā)射高能激光；

40、所述旋轉(zhuǎn)云臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)所述高能激光器轉(zhuǎn)動(dòng)，以調(diào)整高能激光的發(fā)射方向；

41、所述散熱器與所述高能激光器抵接，用于對(duì)所述高能激光器進(jìn)行散熱。

42、由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高能激光燒蝕打擊降落傘試驗(yàn)方法及裝置包括以下有益效果：

43、1、本發(fā)明適用性強(qiáng)，可用于測(cè)試多種形狀和尺寸的降落傘抗激光燒蝕性能，為降落傘抗激光燒蝕提供了設(shè)計(jì)依據(jù)；

44、2、本發(fā)明易于試驗(yàn)且試驗(yàn)成本較低，通過(guò)低速風(fēng)洞產(chǎn)生不同流速的風(fēng)場(chǎng)，可以模擬降落傘在不同降落速度下的飛行性能；

45、3、本發(fā)明方便數(shù)據(jù)采集，將高速攝像機(jī)架設(shè)在地面上，解決了傳統(tǒng)室外試驗(yàn)中難以采集運(yùn)動(dòng)降落傘形變的難點(diǎn)，易于鏡頭對(duì)焦并采集降落傘變形視頻；

46、4、本發(fā)明建立了研究損傷降落傘氣動(dòng)特性的有限元模擬方法，揭示了不同部位及不同結(jié)構(gòu)損傷程度對(duì)降落傘整體飛行性能的影響。