本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)沖擊動力學(xué)試驗，具體涉及一種電磁線圈炮發(fā)射速度的智能調(diào)控裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、彈丸高速沖擊是研究高速碰撞動力學(xué)問題的關(guān)鍵，如何有效提高和精準(zhǔn)控制彈丸的沖擊速度是高速碰撞實驗的核心。目前，常用的彈丸加速方式有爆炸加載驅(qū)動和輕氣炮加載驅(qū)動。由于炸藥管控原因，爆炸加載驅(qū)動逐漸被輕氣炮加載驅(qū)動代替。輕氣炮加載是利用壓縮輕氣來驅(qū)動彈丸加速的，加載裝置普遍存在占地面積大、速度穩(wěn)定性差等特點。近年來，電磁驅(qū)動加載由于能控制發(fā)射速度的穩(wěn)定性而被用來加速彈丸。電磁驅(qū)動加載又細(xì)分為電磁軌道炮加載和電磁線圈炮加載兩種方式。電磁軌道炮發(fā)射速度依賴于供電電源的能量，當(dāng)發(fā)射速度達(dá)到千米每秒時，電源體積將超過100立方米，設(shè)備搬運的便捷性差，而且高能量電源的電磁輻射強度高，嚴(yán)重影響光源探測試驗設(shè)備。電磁軌道炮無法與光源探測試驗站結(jié)合，因此，利用電磁軌道炮加載技術(shù)來原位研究高速碰撞動力學(xué)問題的技術(shù)路線不成熟。電磁線圈炮則利用多個線圈逐級加速彈丸，直至試驗要求的速度為止。每個線圈所需的電源能量小，供電電源體積小，整個設(shè)備的便捷性高電磁輻射強度低，能夠直接應(yīng)用于光源探測試驗站。然而，電磁線圈炮對每級線圈的放電時序要求極高，如果每級線圈的放電時間窗口與彈丸加速時間窗口不匹配，不僅沒有加速效果，反而對彈丸產(chǎn)生電磁反拉力，甚至減速彈丸，彈丸的發(fā)射速度低，達(dá)不到實驗要求的高速沖擊要求。

2、綜上所述，電磁線圈炮由于缺乏有效的控制技術(shù)，不能精準(zhǔn)地控制每級線圈的放電時間節(jié)點，嚴(yán)重制約了彈丸加速效果，無法實現(xiàn)更高更精準(zhǔn)的沖擊速度，因此，發(fā)展電磁線圈炮的智能調(diào)控技術(shù)、有效地提高和精準(zhǔn)控制發(fā)射彈丸的沖擊速度仍是電磁線圈炮驅(qū)動加載彈丸領(lǐng)域亟待解決的一個問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種電磁線圈炮發(fā)射速度的智能調(diào)控裝置及方法，其裝卸便捷、精準(zhǔn)調(diào)控、操作智能、安全可靠，可自動調(diào)節(jié)智能化地加速彈丸至千米每秒量級，為高速碰撞動力學(xué)問題的研究奠定了實驗基礎(chǔ)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種電磁線圈炮發(fā)射速度的智能調(diào)控裝置，其包括電磁驅(qū)動加載機械系統(tǒng)、激光測速控制系統(tǒng)、電控開關(guān)控制系統(tǒng)、電容容量控制系統(tǒng)、智能變壓器控制系統(tǒng)和電腦主機控制系統(tǒng)；

3、所述電磁驅(qū)動加載機械系統(tǒng)，提供電磁驅(qū)動加載所需的驅(qū)動構(gòu)件和發(fā)射部件；

4、所述激光測速控制系統(tǒng)，提供用于測量所述發(fā)射部件的速度的激光測速模塊，并提供用于實時控制所述激光測速模塊的激光測速控制器；

5、所述電控開關(guān)控制系統(tǒng)，提供用于控制所述驅(qū)動構(gòu)件動作的電控開關(guān)，并提供用于實時控制所述電控開關(guān)通斷的電控開關(guān)控制器；

6、所述電容容量控制系統(tǒng)，提供用于實現(xiàn)所述驅(qū)動構(gòu)件充放電的自動調(diào)節(jié)電容，并提供用于控制所述自動調(diào)節(jié)電容的容量的電容容量控制器；

7、所述智能變壓器控制系統(tǒng)，提供用于調(diào)控所述自動調(diào)節(jié)電容的電壓的智能變壓器，并提供用于實時控制所述智能變壓器輸出電壓的智能變壓器控制器；

8、所述電腦主機控制系統(tǒng)，提供電腦主機并通過所述電腦主機編寫程序向所述激光測速控制系統(tǒng)、所述電控開關(guān)控制系統(tǒng)、所述電容容量控制系統(tǒng)和所述智能變壓器控制系統(tǒng)發(fā)出程序指令。

9、所述電磁線圈炮發(fā)射速度的智能調(diào)控裝置，其中：所述驅(qū)動構(gòu)件包括炮管、銅線圈和二極管；所述發(fā)射部件采用磁性子彈；所述銅線圈以特定的間距纏繞在所述炮管外壁上，并利用電能產(chǎn)生感應(yīng)磁場；所述磁性子彈利用電磁驅(qū)動力沿著所述炮管內(nèi)壁加速運動，并在達(dá)到設(shè)定的速度后，從所述炮管一側(cè)發(fā)射出去；所述二極管的陽極端和陰極端分別連接所述銅線圈的兩端，用于釋放所述銅線圈中的多余電流。

10、所述電磁線圈炮發(fā)射速度的智能調(diào)控裝置，其中：每個所述銅線圈的旁側(cè)安裝有所述激光測速模塊，且所有的所述激光測速模塊均連接至所述激光測速控制器；當(dāng)所述磁性子彈運動至所述激光測速模塊時，所述激光測速模塊的電壓會瞬間升高，當(dāng)所述激光測速控制器探測到所述激光測速模塊電壓升高信號后，所述電腦主機立刻向所述激光測速控制器發(fā)出指令，所述激光測速控制器開始測量所述磁性子彈的瞬時速度。

11、所述電磁線圈炮發(fā)射速度的智能調(diào)控裝置，其中：每個所述銅線圈對應(yīng)一個所述電控開關(guān)；每個所述電控開關(guān)的一端電連接所述二極管的陰極端，另一端電連接所述自動調(diào)節(jié)電容的正極；且所有的所述電控開關(guān)均連接至所述電控開關(guān)控制器，當(dāng)所述電控開關(guān)控制器收到所述電腦主機的指令后，即可控制各個所述電控開關(guān)的通斷狀態(tài)。

12、所述電磁線圈炮發(fā)射速度的智能調(diào)控裝置，其中：每個所述銅線圈配置一個所述自動調(diào)節(jié)電容，且每個所述自動調(diào)節(jié)電容正負(fù)極分別連接對應(yīng)的所述銅線圈兩端；所有的所述自動調(diào)節(jié)電容均通過信號線連接至所述電容容量控制器，當(dāng)所述電容容量控制器收到所述電腦主機的指令后，即可自動調(diào)節(jié)所述自動調(diào)節(jié)電容的容量大小。

13、所述電磁線圈炮發(fā)射速度的智能調(diào)控裝置，其中：每個所述自動調(diào)節(jié)電容配置一個智能變壓器，且所述智能變壓器正負(fù)極對應(yīng)地連接至所述自動調(diào)節(jié)電容正負(fù)極；所有的所述智能變壓器均通過信號線連接至所述智能變壓器控制器，當(dāng)所述智能變壓器控制器收到所述電腦主機的指令后，即可自動調(diào)節(jié)所述智能變壓器的升壓電壓高低。

14、所述電磁線圈炮發(fā)射速度的智能調(diào)控裝置，其中：所述電腦主機控制系統(tǒng)包括電腦主機；所述激光測速控制器、所述電控開關(guān)控制器、所述電容容量控制器和所述智能變壓器控制器均通過信號線連接至所述電腦主機的接口；所述電腦主機通過編寫程序并向所述激光測速控制器、電控開關(guān)控制器、電容容量控制器和智能變壓器控制器發(fā)出程序指令，從而自動地控制所述激光測速模塊、所述電控開關(guān)、所述自動調(diào)節(jié)電容和所述智能變壓器。

15、一種電磁線圈炮發(fā)射速度的智能調(diào)控方法，基于上述的電磁線圈炮發(fā)射速度的智能調(diào)控裝置；其首先，通過電腦主機編寫程序，借助電容容量控制器和智能變壓器控制器，對電容容量大小和充電電壓進(jìn)行調(diào)控，從而使得各個電容在設(shè)定的電壓和容量條件下自動充電；再通過電控開關(guān)控制器和激光測速控制器來執(zhí)行電腦主機的程序指令，對每個銅線圈的放電時刻進(jìn)行精確控制，并對每個銅線圈加速后的磁性子彈速度進(jìn)行精準(zhǔn)測量；最后，反復(fù)多次發(fā)射磁性子彈，記錄電容充電電壓、容量、磁性子彈速度等數(shù)據(jù)，反饋至電腦主機進(jìn)行參數(shù)最優(yōu)化設(shè)計，并最終達(dá)到磁性子彈以設(shè)定速度從炮管發(fā)射出去的目標(biāo)。

16、采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

17、本發(fā)明可智能化地調(diào)控電磁線圈炮發(fā)射磁性子彈的速度；可智能化地計算出磁性子彈通過每級銅線圈的加速時間窗口；可精準(zhǔn)地控制每級銅線圈的放電時序；可智能化地調(diào)控電容容量及充電電壓高低，使銅線圈放電時間窗口與磁性子彈加速時間窗口自動匹配；有精確的控制系統(tǒng)，通過電腦主機智能化地控制各個控制器；本發(fā)明裝置占地空間小、電磁輻射弱、安全可靠、通用性強，可放置于同步輻射光源平臺，實現(xiàn)高速碰撞動力學(xué)實驗的原位觀測。

18、本發(fā)明利用電控開關(guān)控制系統(tǒng)、電容容量控制系統(tǒng)、智能變壓器控制系統(tǒng)和電腦主機對銅線圈的充放電進(jìn)行精確控制，從而實現(xiàn)對彈丸發(fā)射速度的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，應(yīng)用該實驗技術(shù)與裝置可研究彈丸高速沖擊動力學(xué)問題。