一种超高速飞行模型减速回收装置与方法与流程

1.本发明涉及减速装置技术领域，尤其涉及一种超高速飞行模型减速回收装置与方法。


背景技术：

2.电磁发射技术研究与现代弹药试验常需要软回收技术来对发射的模型进行减速回收，避免模型在回收过程中出现质量损失和变形。当模型上装载有传感器和数据记录部件时，回收过程还需对模型内的数据记录部件进行热保护，避免高温损毁数据记录。目前，现有技术中采用高压气体、尘雾方法的方式回收模型，回收装置布置空间距离较长，配套建设成本高，且对模型不具有热保护作用；珠岩粉、橡皮泥等缓冲材料适用于速度低于1km/s的模型回收，对于质量大于1kg、发射速度大于1.5km/s的模型的软回收效果不佳，且同样对模型不具有明显的热保护作用。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种能够实现对质量大于1kg、发射速度大于1.5km/s的模型进行软回收，并对模型进行热保护的超高速飞行模型减速回收装置及方法。
4.为了实现上述目的，本发明提供了一种超高速飞行模型减速回收装置，包括：
5.海绵缓冲区，包括多层阻燃海绵层，单层所述阻燃海绵层的密度均匀，各层所述阻燃海绵层沿模型发射的方向逐层紧贴设置，且各所述阻燃海绵层的密度和层截面积均逐层增加；
6.石蜡回收区，设置在所述阻燃海绵缓冲区远离所述模型的一侧，用于减速并回收所述模型。
7.可选地，所述海绵缓冲区用于将所述模型的实际速度减至500m/s以下。
8.可选地，各层所述阻燃海绵层由阻燃海绵块组成，所述石蜡回收区由石蜡块组成。
9.可选地，所述阻燃海绵块、所述石蜡块均为立方体结构。
10.可选地，还包括：
11.采集单元和多个测量单元；
12.每个所述测量单元包括绝缘层与两层导电层，所述绝缘层设置在所述两层导电层之间，所述两层导电层分别连接直流电源的两极，各所述测量单元铺设在所述海绵缓冲区或所述石蜡回收区；
13.所述采集单元与各所述测量单元连接，用于记录各所述测量单元的电压降为0的时刻。
14.可选地，所述导电层为锡箔纸，厚度不超过0.03mm，所述绝缘层为塑料膜。
15.本发明还提供了一种超高速飞行模型减速回收方法，采用如上述任一项所述的超高速飞行模型减速回收装置实现，包括如下步骤：
16.基于模型的几何尺寸、质量、发射速度和偏移概率，设置所述超高速飞行模型减速回收装置的参数；
17.正对所述超高速飞行模型减速回收装置发射所述模型；
18.利用所述超高速飞行模型减速回收装置回收所述模型。
19.可选地，所述超高速飞行模型减速回收装置的参数包括：海绵缓冲区中阻燃海绵层的层数，各层阻燃海绵层的密度、厚度和层截面积，以及石蜡回收区的厚度和横截面积；
20.所述基于模型的几何尺寸、质量、发射速度和偏移概率，设置所述超高速飞行模型减速回收装置的参数，包括：
21.基于所述模型的几何尺寸、质量和发射速度，设置海绵缓冲区中阻燃海绵层的层数；
22.基于所述模型的几何尺寸、质量、发射速度和阻燃海绵层的层数，设置各层阻燃海绵层的密度；
23.基于所述模型的几何尺寸、质量、发射速度和各层阻燃海绵层的密度，设置海绵缓冲区中各层阻燃海绵层的厚度；
24.基于所述模型的几何尺寸、质量、发射速度和偏移概率，设置各层阻燃海绵层的层截面积；
25.基于各层阻燃海绵层的层截面积，设置石蜡回收区的横截面积；
26.基于所述模型的几何尺寸和质量，设置石蜡回收区的厚度。
27.可选地，若各层所述阻燃海绵层由阻燃海绵块组成，所述石蜡回收区由石蜡块组成，则所述超高速飞行模型减速回收装置的参数还包括阻燃海绵块和石蜡块的几何尺寸；
28.所述基于模型的几何尺寸、质量、发射速度和偏移概率，设置所述超高速飞行模型减速回收装置的参数，还包括：
29.基于所述模型的几何尺寸和发射速度，设置阻燃海绵块的几何尺寸；
30.基于所述模型的几何尺寸，设置石蜡块的几何尺寸。
31.可选地，若所述超高速飞行模型减速回收装置还包括采集单元和多个测量单元，所述正对所述超高速飞行模型减速回收装置发射所述模型之后，还包括：
32.基于采集单元和多个测量单元，采集所述模型穿过各所述测量单元的时刻。
33.本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种超高速飞行模型减速回收装置及方法，该装置采用密度逐渐增大的多层阻燃海绵层作为减速材料，阻燃海绵避免了减速材料燃烧引起的高温，可在大气条件下开展超高速飞行模型的软回收试验，阻燃海绵的抗压弹性较好，可保证模型飞行稳定性，且模型在阻燃海绵中减速主要造成阻燃海绵的穿孔和表面撕裂损伤，不会形成大量粉尘，密度不同的多层阻燃海绵逐级对模型进行减速，保证模型在减速过程中的过载在其可承受的范围内，减少对模型的损伤，并节约减速材料的布置空间；同时，该装置用石蜡回收经过阻燃海绵层减速的模型，石蜡的熔点小于70℃，模型进入石蜡回收区后，周围的石蜡熔化过程中耗散掉模型表面的温度，实现对模型的热保护作用。
附图说明
34.图1是本发明实施例中一种超高速飞行模型减速回收装置结构示意图；
35.图2是本发明实施例中一种采集单元与测量单元的示意图；
36.图3是本发明实施例中一种超高速飞行模型减速回收方法步骤示意图。
37.图中：1：海绵缓冲区；11：阻燃海绵层；2：石蜡回收区；3：直流电源；4：导电层；5：采集单元。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.如图1所示，本发明实施例提供的一种超高速飞行模型减速回收装置，包括海绵缓冲区1和石蜡回收区2，具体地，其中：
40.海绵缓冲区1包括多层的阻燃海绵层11，单层的阻燃海绵层11的密度均匀，各层阻燃海绵层11沿模型发射的方向(即初始的飞行方向)逐层紧贴设置，且沿模型发射的方向各阻燃海绵层11的密度逐层增加，各阻燃海绵层11的层截面积也逐层增加，用于对超高速飞行的模型进行减速；层截面积即单层的阻燃海绵层11中垂直模型发射的方向的截面面积。
41.进一步地，对于水平发射的模型，由于阻燃海绵层11需垂直地面设置，为保证图1中各阻燃海绵层11组装方便，以层截面积最大的一层阻燃海绵层11的侧底面作为水平基准，在其他层截面积较小的阻燃海绵层11下方增加铺设阻燃泡沫板，以使得各阻燃海绵层11的中心对齐在同一水平线。更进一步地，为避免减速过程中海绵散乱，可对各阻燃海绵层11的左、右和上三个方向施加适当约束。
42.石蜡回收区2设置在阻燃海绵缓冲区1的远离模型的一侧，用于减速并回收经阻燃海绵缓冲区1减速的模型。
43.本发明采用密度梯度增加的阻燃海绵作为减速材料，即模型进入减速材料后，先穿过密度较低的阻燃海绵，再穿过密度较高的阻燃海绵，市场上密度10kg/m3～100kg/m3的阻燃海绵供应充足，成本低、易实现。单层阻燃海绵层11密度均匀，保证模型在减速过程中受力尽量沿模型运动(即飞行)的反方向。各层阻燃海绵连续布置，以减小接触面对模型飞行稳定性的影响。考虑到模型在减速回收过程中运动轨迹可能偏离初始弹道，沿着模型初始的飞行方向，海绵缓冲区1中不同位置处横截面逐渐增大，即，多层阻燃海绵层11的层截面积逐层增加，避免模型在减速时偏移预期轨迹，脱出减速材料。阻燃海绵避免了减速材料燃烧引起的高温，可用于在大气条件下开展超高速飞行模型的软回收试验。同时，阻燃海绵的抗压弹性较好，经验证，超高速飞行的模型在阻燃海绵中的穿孔小于模型尺寸，可保证模型飞行稳定性。并且，模型在阻燃海绵中减速，主要造成阻燃海绵的穿孔和表面撕裂损伤，不会形成大量粉尘。模型在减速材料中的阻力，与模型运动的实际速度(v)平方、减速材料的密度(ρ)、模型的最大横截面积(a)、阻力系数(c
d
)均成正比，采用密度逐渐增大的减速材料，即，利用密度逐层增大的多层阻燃海绵逐级对模型进行减速，可保证模型在减速过程中的过载在其可承受的范围内，减少对模型的损伤，并节约减速材料的布置空间，降低回收装置的总长度。
44.本发明采用石蜡回收经过减速的模型。石蜡回收区2的横截面积(即，石蜡回收区2
中垂直模型发射的方向的截面面积)，优选不小于海绵缓冲区1的最大层截面积，以确保能够收集到经海绵缓冲区1减速的模型。石蜡的熔点小于70℃，模型进入石蜡回收区2后，周围的石蜡熔化过程中耗散掉模型表面的温度，实现对模型(及内部的数据记录部件)的热保护作用。同时，石蜡成本低，且不会产生粉尘。
45.需要说明的是，为保证模型减速回收过程中的运动稳定性，降低模型减速运动时偏离初始弹道的可能性，可将模型设计成轴对称体，且质心尽量靠近头部，否则，所需的减速材料还可能进一步增加。
46.考虑到石蜡的减速效果与吸收热量效果，为进一步减少模型损伤，避免冲击损毁，海绵缓冲区1优选用于将模型的实际速度减至500m/s以下，即，海绵缓冲区1的厚度与密度分布至少应将质量大于1kg、发射速度大于1.5km/s的模型减速到500m/s，再令实际运动速度小于500m/s的模型进入石蜡回收区2减速回收。在一些具体的实施方式中，本发明对发射速度1.95km/s、质量1.20kg，以及发射速度1.90km/s、质量1.89kg的模型进行了减速回收试验，经验证，该方式能够获得较好的软回收效果，回收的模型损伤较小，安装在模型内的数据记录部件完好。
47.在一些实施方式中，考虑到减速回收装置的总厚度可能达到几米甚至几十米，各层阻燃海绵层11优选由阻燃海绵块组成，同属一层的阻燃海绵层11所包括的阻燃海绵块内部密度均匀且彼此密度相同，石蜡回收区2优选由石蜡块组成。
48.阻燃海绵块、石蜡块的具体尺寸可根据实际需要结合模型的尺寸设置，阻燃海绵块、石蜡块过小会影响模型的飞行稳定性，过大则不易于更换。若阻燃海绵层11由阻燃海绵块组成，并不意味着单层阻燃海绵层11只能包括一层阵列式平铺的阻燃海绵块，单层(密度不变的)阻燃海绵层11可由多层阵列式排布的阻燃海绵块组装构成。
49.采用组装式的阻燃海绵层11、石蜡回收区2，便于回收材料，重复试验时，更换前一次试验中损伤的阻燃海绵块、石蜡块即可，未损伤的部分可以再次使用。试验后，海绵还可回收生产再生棉，避免环境污染，而试验中受损的石蜡块可熔化成形后再次使用，减少成本。
50.进一步地，阻燃海绵块、石蜡块均为立方体结构。立方体结构易于加工，且方便拆装与替换。如，阻燃海绵块可采用0.5m
×
0.5m
×
0.5m的立方体。
51.在一些实施方式中，如图2所示，该超高速飞行模型减速回收装置还包括采集单元5和多个测量单元，具体地，其中：
52.每个测量单元均包括一层绝缘层与两层导电层4，绝缘层设置在两层导电层4之间，两层导电层4分别连接直流电源3的正、负两极，各测量单元铺设在海绵缓冲区1或石蜡回收区2，绝缘层与导电层优选沿海绵缓冲区1或石蜡回收区2的截面铺设，以覆盖模型可能经过的区域；
53.采集单元5与各测量单元连接，用于记录各测量单元的两层导电层4之间电压降为0的时刻。
54.该实施方式中，通过测量单元与采集单元5，能够获取并记录模型到达(即击穿)各测量单元的时刻，结合各测量单元设置的具体位置，可用于计算模型穿过两个测量单元之间的平均速度。上述方式相比现有技术，能够更为准确地获得模型飞行时的数据，且设置方式简单，易于实现。测量单元的数量和具体位置，以及铺设区域的面积，可根据实际需要设
置，优选不少于所在位置(海绵缓冲区1或石蜡回收区2)的截面面积的80％。
55.进一步地，为尽可能减少测量单元对模型飞行的干扰，导电层4优选采用锡箔纸，且厚度不超过0.03mm，绝缘层优选采用塑料膜。该方式得到的测量单元成本低、易实现，如图2所示，可对各测量单元串联大阻值的电阻r(例如令电阻r的阻值≥1kω)，当模型击穿由锡箔纸
‑
塑料膜
‑
锡箔纸构成的测量单元，两层锡箔纸之间导通(两层锡箔纸之间的电阻小于1ω)，两层导电层4之间电压降为0，采集单元5获取两层锡箔纸之间的电压变化，记录击穿时刻。
56.如图3所示，本发明还提供了一种超高速飞行模型减速回收方法，采用如上述任一项所述的超高速飞行模型减速回收装置实现，具体包括如下步骤：
57.步骤301、基于模型的几何尺寸、质量、发射速度和偏移概率，设置超高速飞行模型减速回收装置的参数，令超高速飞行模型减速回收装置能够有效地减速并回收该模型；
58.步骤302、正对超高速飞行模型减速回收装置发射该模型；
59.步骤303、利用超高速飞行模型减速回收装置回收该模型。
60.模型的几何尺寸，包括模型的长度、最大横截面积和几何形状，若模型内有数据记录部件，可在步骤303之后取出数据记录部件，以便对其中记录的数据进行分析。
61.进一步地，该超高速飞行模型减速回收方法(简称该方法)在步骤303之后还包括：
62.替换并修复超高速飞行模型减速回收装置中损伤的区域，以便进行下一次试验。
63.在一些实施方式中，超高速飞行模型减速回收装置的参数包括：海绵缓冲区1中阻燃海绵层11的层数，各层阻燃海绵层11的密度、厚度和层截面积，以及石蜡回收区2的厚度和横截面积，步骤301进一步包括：
64.基于模型的几何尺寸、质量和发射速度，设置海绵缓冲区中阻燃海绵层的层数；
65.当模型的质量增加，或模型的发射速度增加，相应的，阻燃海绵层的层数也应增加；
66.基于模型的几何尺寸、质量、发射速度和阻燃海绵层的层数，设置各层阻燃海绵层的密度；
67.当模型的几何尺寸、质量、发射速度、阻燃海绵层的层数确定，可通过仿真分析确定各层阻燃海绵层的密度；模型的质量增加，或模型的发射速度增加，或阻燃海绵层的层数偏少，相应的，各层阻燃海绵层的密度也应增加；需要说明的是，阻燃海绵层的最大密度应满足阻力造成的过载在模型可承受的范围内；
68.基于模型的几何尺寸、质量、发射速度和各层阻燃海绵层的密度，设置海绵缓冲区中各层阻燃海绵层的厚度；
69.当模型的几何尺寸、质量、发射速度、各层阻燃海绵层的密度确定，可通过仿真分析确定各层阻燃海绵层的厚度；
70.基于模型的几何尺寸、质量、发射速度和偏移概率，设置各层阻燃海绵层的层截面积；
71.当模型的最大横截面积数值增加，或模型的几何形状向着阻力减少的方向改变，或模型的质量增加，或偏移概率增加，相应的，各层阻燃海绵层的层截面积也应增大；
72.基于各层阻燃海绵层的层截面积，设置石蜡回收区的横截面积；
73.当阻燃海绵层的层截面积增大，为避免模型脱出，相应的石蜡回收区的横截面积
也应增加，石蜡回收区的横截面积优选不小于海绵缓冲区的最大层截面积；
74.基于模型的几何尺寸和质量，设置石蜡回收区的厚度；
75.当模型的最大横截面积数值增加，或模型的几何形状向着阻力减少的方向改变，或模型的质量增加，相应的，石蜡回收区的厚度也应增加。
76.进一步地，一些实施方式中，若各层阻燃海绵层由阻燃海绵块组成，石蜡回收区由石蜡块组成，则超高速飞行模型减速回收装置的参数还包括：阻燃海绵块和石蜡块的几何尺寸；
77.基于模型的几何尺寸、质量、发射速度和偏移概率，设置超高速飞行模型减速回收装置的参数，还包括：
78.基于模型的几何尺寸和发射速度，设置阻燃海绵块的几何尺寸；
79.基于模型的几何尺寸，设置石蜡块的几何尺寸。
80.为更好的对模型进行减速回收，当模型的最大横截面积数值增加，或模型的几何形状向着阻力减少的方向改变，相应的，阻燃海绵块和石蜡块的几何尺寸也应数值增加。
81.该实施方式中，阻燃海绵块的几何尺寸，包括阻燃海绵块的长、宽、高，石蜡块的几何尺寸，包括石蜡块的长、宽、高。
82.在一些实施方式中，若超高速飞行模型减速回收装置还包括采集单元和多个测量单元，该方法在步骤302之后还进一步包括：
83.基于采集单元和多个测量单元，采集模型穿过各测量单元的时刻，以便进行模型的减速过程分析。
84.利用采集单元和多个测量单元，结合各测量单元的具体位置，可计算减速过程的模型实际速度。
85.综上所述，本发明提供了一种超高速飞行模型减速回收装置及方法，采用密度逐渐增大的阻燃海绵，以较短距离将超高速运动模型的速度降低至高速(约500m/s)，再用石蜡对高速运动的模型减速回收，对模型内的数据记录部件具有热保护作用，不会损失模型内存储的数据，且能够获得超高速飞行模型在减速过程中的运动特性，可解决现有技术难以实现对质量大于1kg、发射速度大于1.5km/s的模型进行软回收的问题。
86.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。