(1)研究背景与意义(要解决什么问题):
爆炸分离冲击是航天器所经历的最严酷的力学环境之一,为了避免一些箭载仪器设备或者结构在飞行中损坏,因此需要进行爆炸分离冲击环境试验。由于针对宽频响、高幅值的爆炸分离冲击环境的模拟无法对冲击加载载荷进行准确的测量与描述,且实验系统中存在诸多的非线性因素,所以要进行精确的爆炸分离冲击环境模拟一直是一个难题。目前研究表明,电磁激励模拟爆炸冲击环境的方法完全能够产生类似火工品爆炸产生的冲击加载载荷,而且激励机理与火工品爆炸冲击非常相似,没有机械冲击产生的低频效应,同时能达到很高频响,而且加载载荷主要由电路决定,为冲击环境的可控性提供了很好的解决方法。为此,该文章开展了电磁式爆炸分离冲击环境模拟研究,为实现电磁激励载荷作用下的结构响应的可预测提供研究基础。
(2)研究方法(怎么干的):
1.原理
电磁式爆炸冲击环境产生原理(见下图 ) 为,金属薄板水平放置,电感金属线圈置于薄板下方,并固定在刚性基础上,电感线圈连接到大功率的磁脉冲电源里,通过大电流开关,电源放电,产生大电流在线圈内产生强磁场,这种强磁场在薄板的表面产生涡流,其与金属线圈中的电流相反,由于电流的影响,线圈内产生洛伦兹力,作用在薄板上,薄板由于受到瞬态冲击力的作用产生类似爆炸冲击环境的复杂震荡环境,以达到对安装在薄板上产品的冲击环境适应性考核。
2.试验设置
3. 试验结果
比较平面线圈与响应板不同间隙情况下,相同放电电压,系统放电电流峰值随着间隙距离增加而衰减,电磁力峰值也随着间隙距离增加而衰减,表明通过调节线圈与响应板的间隙可以达到调节冲击响应的目的。
(3)结论:
1. 该方法模拟爆炸冲击环境冲击谱可达到 60000g,远超机械冲击模拟方法,与火工品模拟的环境量级非常接近,完全具有替代现有方法进行爆炸分离冲击环境模拟的潜力。
2. 研究对宽频、高幅值的爆炸分离冲击环境模拟的可预测和控制提供了研究基础,后续基于现在的研究成果,可以在电磁激励-结构响应的冲击环境的控制模型上开展进一步的研究,以实现该方法产生的高幅值冲击环境可预测。
阅读文献:
皮本楼,陈志军,王佳南,等. 一种电磁式爆炸分离冲击环境模拟试验技术研究[J]. 强度与环境, 2022,49(03): 45-51.