本發(fā)明涉及爆炸波模擬裝置設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、高壓氣體驅(qū)動激波管是爆炸波模擬激波管的主流類型，其通過控制高壓氣體的快速釋放來模擬爆炸沖擊波，高壓氣體驅(qū)動激波管進行氣體釋放時受環(huán)境因素影響較小，且可以重復(fù)使用。

2、目前高壓氣體驅(qū)動激波管的氣體釋放方式包括破膜和快開閥兩種；其中破膜方式的裝置結(jié)構(gòu)簡單，可以驅(qū)動能量釋放迅速，但破膜裝置對膜片的加工精度要求較高，且膜片價格昂貴、更換較為費時，試驗成本較高，實用性不強；快開閥方式具有可重復(fù)操作、實驗準(zhǔn)備周期短等優(yōu)點；因此，快開閥結(jié)構(gòu)在大型激波管驅(qū)動控制方面應(yīng)用潛力較大。

3、然而，受閥門開啟速度的技術(shù)條件限制，現(xiàn)有快開閥結(jié)構(gòu)在大型激波管驅(qū)動控制方面應(yīng)用難度較大，閥門開啟時間較長，開啟速度無法滿足實際測試需求，導(dǎo)致實際測試結(jié)果的準(zhǔn)確性難以保證。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有快開閥結(jié)構(gòu)的閥門開啟時間較長，開啟速度無法滿足實際測試需求等技術(shù)問題，而提出一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)及其控制方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)解決方案為：

3、一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)，包括閥體，閥體的前端設(shè)置有與爆炸波模擬裝置的被驅(qū)動段同軸連接的喉道，閥體與喉道之間通過過渡錐面連接，閥體內(nèi)靠近喉道的位置處設(shè)置有氣缸和閥芯，氣缸的后壁上設(shè)置有溢流閥，閥體上設(shè)置有與氣缸連通的進/排氣管，閥體的內(nèi)壁與氣缸的外壁之間為高壓氣室，其特殊之處在于：

4、所述閥芯包括活塞、閥芯連桿和閥頭，活塞設(shè)置在氣缸內(nèi)，并將氣缸的內(nèi)部空間分割為兩個不同腔室，分別為位于后端的排氣腔和位于前端的阻尼腔，氣缸側(cè)壁上開設(shè)有用于使高壓氣室與阻尼腔連通的漏氣孔；閥芯連桿的一端與活塞連接，另一端穿過氣缸的前壁與閥頭連接；活塞帶動閥頭做往復(fù)運動，使閥頭遠(yuǎn)離或靠近喉道，實現(xiàn)閥芯與喉道之間的開啟或閉合；；

5、所述閥芯連桿的外圓周上設(shè)置有金屬感應(yīng)環(huán)，閥體的外壁與金屬感應(yīng)環(huán)相對應(yīng)的位置處設(shè)置有感應(yīng)線圈；閥芯連桿上的金屬感應(yīng)環(huán)與閥體外壁上的感應(yīng)線圈相互作用產(chǎn)生電磁力，用于加速驅(qū)動閥芯運動。

6、進一步地，所述金屬感應(yīng)環(huán)為螺線管結(jié)構(gòu)，其繞組匝數(shù)n與所產(chǎn)生的電磁力f之間滿足下式：

7、

8、其中，n為繞組匝數(shù)，i為電流強度，δ為氣隙長度，μ0為真空磁導(dǎo)率，s為磁路截面積，k為磁漏系數(shù)。

9、進一步地，所述閥頭上設(shè)置有閥芯延長段；

10、所述閥芯延長段的外徑與喉道的內(nèi)徑相適配。

11、進一步地，所述閥芯延長段的端頭為半球形結(jié)構(gòu)。

12、進一步地，所述閥芯和金屬感應(yīng)環(huán)均為耐高溫高壓材料。

13、進一步地，所述氣缸前端的外側(cè)壁上開設(shè)有緩沖腔。

14、進一步地，所述溢流閥為單向溢流閥。

15、同時，本發(fā)明還提出了一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)的控制方法，包括以下步驟：

16、步驟一、通過進/排氣管向氣缸內(nèi)的排氣腔中充入高壓氮氣，在排氣腔內(nèi)高壓氮氣的驅(qū)動作用下，使閥芯向靠近喉道的方向運動，直至閥芯與喉道之間完全閉合；

17、同時，排氣腔內(nèi)的高壓氮氣通過氣缸后壁上的溢流閥單向流入閥體內(nèi)壁與氣缸外壁之間所形成的高壓氣室內(nèi)，高壓氣室內(nèi)的高壓氮氣通過漏氣孔流入阻尼腔內(nèi)；

18、步驟二、監(jiān)測高壓氣室內(nèi)的氣體壓力值，當(dāng)高壓氣室內(nèi)的氣體壓力到達設(shè)定值時，停止向排氣腔中充入高壓氮氣，快開閥結(jié)構(gòu)中的閥芯處于閉合狀態(tài)；

19、步驟三、通過進/排氣管將排氣腔內(nèi)的高壓氮氣不間斷的向外排出，排氣腔內(nèi)的氣體壓力逐漸下降，同時，打開外部電源使閥芯連桿上的金屬感應(yīng)環(huán)與閥體外壁上的感應(yīng)線圈相互作用產(chǎn)生電磁力，閥芯在電磁力和排氣腔與阻尼腔之間的氣體壓力差的協(xié)同驅(qū)動下，向遠(yuǎn)離喉道的方向運動；

20、步驟四、隨著排氣腔內(nèi)高壓氮氣的不斷排出，排氣腔與阻尼腔之間的氣體壓力差值逐漸增大，閥芯沿氣缸軸向運動的速度加快，閥芯與喉道的過渡錐面之間的間隙增大；

21、步驟五、當(dāng)閥芯與喉道分離時，高壓氣室內(nèi)的高壓氮氣通過閥芯與喉道的過渡錐面分離所產(chǎn)生的間隙快速涌出，進一步加速了閥芯的開啟速度，實現(xiàn)了驅(qū)動氣體的快速釋放。

22、本發(fā)明的有益效果：

23、【1】本發(fā)明一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)的實用性較強，具有可重復(fù)使用、試驗成本低、試驗周期短的優(yōu)點，通過充入不同的氣體壓力滿足不同試驗場景的試驗需求，有效擴大了其適用范圍，其結(jié)構(gòu)的靈活性和可操作性較強。

24、【2】本發(fā)明中閥芯連桿上的金屬感應(yīng)環(huán)與閥體外壁上的感應(yīng)線圈相互作用產(chǎn)生電磁力，閥芯在電磁力和氣體壓力差的協(xié)同驅(qū)動下開啟運動，可以有效減少閥芯開啟的所需時間，提高閥芯的運動速度，縮短快開閥結(jié)構(gòu)的開啟時間，有效延長了快開閥結(jié)構(gòu)的使用壽命，節(jié)省了快開閥結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本。

25、【3】本發(fā)明中閥芯延長段的端頭設(shè)置為半球形結(jié)構(gòu)，可以有效減小了高壓氣體的流阻，使得閥芯在開啟過程中更為順暢，有效提高了閥芯的運動速度，減少閥芯開啟時長。

26、【4】本發(fā)明中快開閥結(jié)構(gòu)的控制方法的操作流程簡潔，易實現(xiàn)，利用電磁力對閥芯進行加速，通過快開閥結(jié)構(gòu)中的排氣腔向外排氣，使得閥芯在電磁力和氣壓差的協(xié)同作用下開始運動。

技術(shù)特征：

1.一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)，包括閥體(1)，閥體(1)的前端設(shè)置有與爆炸波模擬裝置的被驅(qū)動段(6)同軸連接的喉道(7)，閥體(1)與喉道(7)之間通過過渡錐面連接，閥體(1)內(nèi)靠近喉道(7)的位置處設(shè)置有氣缸(9)和閥芯(8)，氣缸(9)的后壁上設(shè)置有溢流閥(3)，閥體(1)上設(shè)置有與氣缸(9)連通的進/排氣管(11)，閥體(1)的內(nèi)壁與氣缸(9)的外壁之間為高壓氣室(2)，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)，其特征在于：

8.一種權(quán)利要求1-7任一所述用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及爆炸波模擬裝置設(shè)計領(lǐng)域，為了解決現(xiàn)有快開閥結(jié)構(gòu)的開啟時間較長等問題，而提出一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)，包括閥體、氣缸、閥芯和進/排氣管，閥體的內(nèi)壁與氣缸的外壁之間為高壓氣室，閥芯包括依次連接的活塞、閥芯連桿和閥頭，活塞設(shè)置在氣缸內(nèi)，并將氣缸的內(nèi)部空間分割為兩個不同腔室，分別為排氣腔和阻尼腔，氣缸側(cè)壁上開設(shè)有與阻尼腔連通的漏氣孔；活塞帶動閥芯做往復(fù)運動，使閥芯與喉道之間實現(xiàn)開啟或閉合；閥芯連桿的外圓周上設(shè)置有金屬感應(yīng)環(huán)，閥體的外壁與金屬感應(yīng)環(huán)相對應(yīng)的位置處設(shè)置有感應(yīng)線圈；金屬感應(yīng)環(huán)與感應(yīng)線圈相互作用產(chǎn)生電磁力；同時，本發(fā)明還提出了一種用于爆炸波模擬裝置的快開閥結(jié)構(gòu)的控制方法。

技術(shù)研發(fā)人員：田晉,程帥,李琦,師瑩菊,劉文祥,馬艷軍,張德志
受保護的技術(shù)使用者：西北核技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19