一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置及方法

本发明涉及电磁轨道发射，具体涉及一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置及方法。

背景技术：

1、电磁轨道发射技术可实现电磁能与动能间瞬时高功率转换，突破了传统发射方式能量和速度极限，能够超高速地发射重载目标。电磁轨道发射系统具备初速高、射程远、发射弹丸质量范围大、结构灵活等优势，可用于高能物理、航天发射、超级高铁等领域。因此，对电磁轨道发射技术的安全性、可靠性和耐久性要求极高。在实际工作中，用于直线推进的电枢作为强磁场和电磁力作用下瞬态发射的载体，是瞬态电磁能-机械能能量转换的运动载体，承受电磁热力多场耦合极端冲击和载流滑动摩擦作用。与此同时，电磁轨道发射系统的平行式固定导轨作为传输强电流和承载电枢运动的核心结构，承受垂直于电枢运动方向的侧向电磁力和枢轨界面的摩擦力作用，其服役性能的优劣直接影响电磁轨道发射系统的发射性能与工作效率。然而，多场耦合高速载流摩擦条件下导轨和电枢等关键部件的变形损伤机制和性能衰退规律不清，界面耐磨性能亟待强化，严重制约发射系统的创新研发。故提出通过构筑电磁轨道发射系统等效工况，开展接近服役工况下的等效原位测试，揭示枢轨界面摩擦失效机制，保障电磁轨道发射系统长效安全服役。

2、现有枢轨界面摩擦服役性能测试大都依赖高速相机对载流摩擦过程中材料变形行为的动态捕获或扫描/透射电子显微镜的静态表征，可直接获取单一静动态或冲击载荷模式下材料的力学性能，结合材料表征分析技术，可分步研究材料的变形行为、磨损机理、断裂机制和冲击韧性等特征。但传统试验模式难以对各类载荷作用或物理场条件下材料显微结构的连续演变实施动态监测，即无法建立材料“环境工况-显微结构-服役性能”的实时相关性。此外，在实际服役工况下，电磁轨道发射系统导轨和电枢材料在电磁热力多场耦合极端工况下的损伤失效归因于高速界面摩擦、电磁力、高温等的耦合作用，且其宏观破坏现象又归因于其多外场作用下微观缺陷及其表/界面处微结构的动态演化。现有测试技术受限于单一表征技术，无法同时获取材料动态力学响应、温度分布和微区损伤，不再满足上述枢轨界面摩擦服役性能测试。故亟需研制一套能够在构筑的等效多物理场耦合枢轨界面极端载流摩擦工况下，实现原位监测与随动监测目的的装置。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明目的在于提供一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置及方法，可实现在变磁场强度条件下针对电磁轨道发射的枢轨界面载流摩擦损伤机理进行原位声学测试，通过动静态协同式声发射原位测试单元采集载流摩擦过程中的声学信号，进一步频谱分析后获得枢轨界面摩擦磨损的声学响应特征，并结合原位监测模块对枢轨接触界面微区进行“表面形貌-温度分布-频率匹配”多模态同步表征，揭示枢轨界面在变磁场强度条件下的载流摩擦损伤机制。

2、为解决上述至少一个技术问题，本发明提供的技术方案是：

3、提供一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置，包括电枢、导轨、支撑座、螺栓、光学成像模块、红外成像模块、静态声发射传感器、动态声发射传感器、控制模块，其中，支撑座包括上支撑座和下支撑座，上支撑座正对间隔设置在下支撑座的正上方，且上支撑座与下支撑座之间设置有分别与两者相连的多组螺栓，使得上支撑座与下支撑座之间能够通过螺栓调整间距；

4、导轨包括间隔设置的呈条形的上导轨和呈条形的下导轨，上导轨设置在上支撑座上，下导轨设置在下支撑座上，且上导轨与下导轨在竖直平面上保持平行，上导轨上间隔可拆卸设置有多组沿上导轨分布的静态声发射传感器，下导轨上间隔可拆卸设置有多组沿下导轨分布的静态声发射传感器；

5、电枢设置在导轨上，电枢分别与上导轨和下导轨接触，使得电枢能够与导轨形成导电通路，且电枢能够沿导轨滑动，电枢上可拆卸设置有动态声发射传感器；

6、支撑座外部设置有用于获取电枢和导轨所处区域的光学成像的光学成像模块，以及用于获取电枢和导轨所处区域的红外成像的红外成像模块；

7、支撑座外部还设置有控制模块，控制模块分别与导轨、光学成像模块、红外成像模块、静态声发射传感器、动态声发射传感器通信连接。

8、本发明的一种实施方式在于，所述电枢为马鞍形电枢，其顶面和底面相互平行且分别与上导轨和下导轨接触。

9、进一步的，所述动态声发射传感器设置在电枢两侧。

10、本发明的一种实施方式在于，所述多组螺栓沿导轨延伸方向间隔设置，且分布在导轨两侧。

11、进一步的，所述上支撑座与下支撑座之间间隔设置有多组高强度弹簧，高强度弹簧分布在导轨两侧并与螺栓共线交替设置。

12、本发明的一种实施方式在于，所述静态声发射传感器分别沿上导轨和下导轨两侧分布。

13、本发明的一种实施方式在于，所述光学成像模块为高速相机，其高速变焦镜头范围完全覆盖电枢和导轨。

14、本发明的一种实施方式在于，所述红外成像模块为红外热成像仪，其热成像范围完全覆盖电枢和导轨；

15、此外，本发明还提供了一种电磁轨道发射装置动态声发射原位的测试方法，采用上述装置进行测试，包括以下步骤：

16、步骤s1：根据磁场强度条件和实验条件，调节螺栓间距以调整上导轨与下导轨的距离，并在上导轨和下导轨上分别均匀设置多组静态声发射传感器；

17、步骤s2：在上导轨和下导轨之间设置电枢，并在电枢侧面设置动态声发射传感器；

18、步骤s3：在支撑座外部设置光学成像模块和红外成像模块，使得光学成像范围和热成像范围完全覆盖电枢和导轨，并根据实验要求调节测量参数；

19、步骤s4：对导轨供电施加感生磁场，驱动电枢在导轨间运动，执行电磁发射过程，通过静态声发射传感器测量电磁发射过程中枢轨接触界面载流摩擦的宽频响应，通过动态声发射传感器测量电磁发射过程中枢轨接触界面载流摩擦的集中频带响应，同时由红外成像模块收集电磁发射过程中的温度分布变化，并由光学成像模块收集电磁发射过程中电枢与导轨之间的摩擦表面形貌变化。

20、本发明起到的技术效果是：

21、1、本发明提出的可变磁场强度的电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置，具有磁场强度范围广、信噪比高、频响范围宽的特点，测试结果更加准确。

22、2、本发明可通过高强度弹簧和长螺栓实现导轨间距调节，构造出可变磁场强度的发射条件，适用范围广泛。

23、3、本发明通过动静态协同式声发射原位测试单元采集载流摩擦过程中的声学信号，进一步频谱分析后获得枢轨界面摩擦磨损的声学响应特征，并结合原位监测模块对枢轨接触界面微区进行“表面形貌-温度分布-频率匹配”多模态同步表征，能够全方位揭示电磁轨道发射过程中枢轨界面在变磁场强度条件下的载流摩擦损伤机制，为相关研究提供了设备与方法方面的有力支撑。

技术特征：

1.一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置，其特征在于，包括电枢(1)、导轨(2)、支撑座(3)、螺栓(4)、光学成像模块(6)、红外成像模块(7)、静态声发射传感器(8)、动态声发射传感器(9)、控制模块(10)，其中，支撑座(3)包括上支撑座(31)和下支撑座(32)，上支撑座(31)正对间隔设置在下支撑座(32)的正上方，且上支撑座(31)与下支撑座(32)之间设置有分别与两者相连的多组螺栓(4)，使得上支撑座(31)与下支撑座(32)之间能够通过螺栓(4)调整间距；

2.根据权利要求1所述的一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置，其特征在于：所述电枢(1)为马鞍形电枢，其顶面和底面相互平行且分别与上导轨(21)和下导轨(22)接触。

3.根据权利要求2所述的一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置，其特征在于：所述动态声发射传感器(9)设置在电枢(1)两侧。

4.根据权利要求1所述的一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置，其特征在于：所述多组螺栓(4)沿导轨(2)延伸方向间隔设置，且分布在导轨(2)两侧。

5.根据权利要求4所述的一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置，其特征在于：所述上支撑座(31)与下支撑座(32)之间间隔设置有多组高强度弹簧(5)，高强度弹簧(5)分布在导轨(2)两侧并与螺栓(4)共线交替设置。

6.根据权利要求1所述的一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置，其特征在于：所述静态声发射传感器(8)分别沿上导轨(21)和下导轨(22)两侧分布。

7.根据权利要求1所述的一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置，其特征在于：所述光学成像模块(6)为高速相机，其高速变焦镜头范围完全覆盖电枢(1)和导轨(2)。

8.根据权利要求1所述的一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置，其特征在于：所述红外成像模块(7)为红外热成像仪，其热成像范围完全覆盖电枢(1)和导轨(2)。

9.一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的装置进行测试，包括以下步骤：

技术总结
一种电磁轨道发射装置动态声发射原位测试装置及方法，涉及电磁轨道发射技术领域，包括电枢、导轨、支撑座，其中，支撑座包括正对竖直设置的上支撑座和下支撑座，上支撑座与下支撑座之间能够通过螺栓调整间距，导轨竖直设置在上支撑座和下支撑座之间，导轨中夹设有电枢，沿导轨设置有多组静态声发射传感器，电枢上设置有动态声发射传感器，导轨外部设置有拍摄导轨和电枢所在区域的光学成像模块和红外成像模块；本发明能够采集载流摩擦过程中的声学信号，进一步获得枢轨界面摩擦磨损的声学响应特征，并对枢轨接触界面微区进行“表面形貌‑温度分布‑频率匹配”多模态同步表征，能够全方位地揭示枢轨界面在变磁场强度条件下的载流摩擦损伤机制。

技术研发人员：马志超,李傢楷,李超凡,王子淼,韩正辰,解鸿偲,张微,赵晟腾,佟帅,熊俊名,郭子馨,赵宏伟,任露泉
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/26