基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置及其方法

1.本发明涉及材料的多射流雨蚀加载技术领域，尤其涉及一种基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置及其方法。


背景技术：

2.航空航天复合材料结构、风力发电机叶片等在服役的过程中，往往会遭受到降雨环境中的连续雨滴撞击。由于飞行器结构、叶片尖端等与雨滴之间巨大的相对速度，其造成的冲击力不容小觑，很容易造成结构表面材料损伤甚至剥落，缩短飞行器结构和叶片的使用寿命，这种现象被称为“雨蚀”。随着飞行器的不断提速和风力发电机转速的提高，材料雨蚀问题日益严重。因此，深入研究雨滴连续高速撞击对材料性能及其动力学行为机制的影响具有十分重要的工程意义。
3.雨滴冲击侵蚀实验包括了飞行实验和地面模拟实验，由于飞行实验的成本高、周期长且危险系数高，地面模拟实验成为了雨蚀测试的重点。目前可采用的地面实验有火箭撬、风洞、旋转臂和多射流等实验装置，上述实验方法均可模拟真实工况下的材料雨蚀损伤。
4.根据现有实验方法的适用性，在雨蚀研究分析的不同阶段，需要采用不同的实验装置进行不同的雨滴加载速度的加载实验，然而，现有的实验装置的可控性较差，例如射流质量和射流间隔时间等条件都不可控，造成系统研究材料雨蚀性能十分的困难。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置及其方法，以解决现有的多射流雨蚀加载技术可控性较差导致不同雨滴加载速度的实验结果没有对比性的问题。
6.根据本发明实施例提出一种基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置，其包括：撞击杆、入射杆、水射流发射器、试样；所述入射杆的近端设置所述撞击杆，所述入射杆的远端设置所述水射流发射器，并且所述水射流发射器间隔预定距离与所述试样相对设置；其中，所述撞击杆撞击所述入射杆产生应力波，该应力波在所述入射杆的两端之间反复传播并推动所述入射杆多次向前运动，从而使所述水射流发射器产生多个相互间隔的水射流，持续对所述试样进行雨蚀加载。
7.其中，所述基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置还包括：高压气缸和套环，所述撞击杆通过所述套环设置在所述高压气缸内；所述撞击杆撞击所述入射杆产生第一列压缩应力波，所述第一列压缩应力波沿所述入射杆传播，所述第一列压缩应力波传播至所述入射杆的远端面后无损反射形成第一列拉伸应力波；所述第一列拉伸应力波传播至所述入射杆的近端面后再次被无损反射形成第二列压缩应力波，上述过程反复进行，使得所述应力波在所述入射杆的两端之间反复传播。
8.其中，所述水射流发射器包括：储水腔体、设置在所述储水腔体近端处的活塞、以
及设置在所述储水腔体远端处的喷嘴；其中，所述喷嘴与所述试样之间间隔预定距离，所述活塞与所述入射杆的远端面紧密贴合；当所述入射杆向前运动时，所述入射杆推动与其紧密贴合的所述活塞挤压所述储水腔体内的液体从所述喷嘴喷出。
9.其中，所述基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置还包括：摄像机，其用于拍摄与所述喷嘴和所述试样的垂直截面相平行的图像；统计模块，用于统计所述摄像机所拍摄的图像中的水射流包含的像素点的数量，并根据水射流的像素点的数量得到水射流的尺寸信息；还用于对比相邻两张图像的水射流前端移动的像素点数，得到水射流移动的距离，根据水射流移动的距离和相邻两张照片之间的时间间隔，得到水射流的实际速度。
10.根据本发明实施例还提出一种基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载方法，其包括：同轴顺序设置撞击杆、入射杆、水射流发射器和试样，其中在所述入射杆的近端设置所述撞击杆，在所述入射杆的远端设置所述水射流发射器，并且所述水射流发射器间隔预定距离与所述试样相对设置；使所述撞击杆撞击所述入射杆产生应力波，该应力波在所述入射杆的两端之间反复传播并推动所述入射杆多次向前运动；响应于所述入射杆的多次向前运动，所述水射流发射器产生多个相互间隔的水射流，持续对所述试样进行雨蚀加载。
11.其中，所述应力波在所述入射杆的两端之间反复传播包括：所述撞击杆撞击所述入射杆产生第一列压缩应力波，所述第一列压缩应力波沿所述入射杆传播，所述第一列压缩应力波传播至所述入射杆的远端面后无损反射形成第一列拉伸应力波；所述第一列拉伸应力波传播至所述入射杆的近端面后再次被无损反射形成第二列压缩应力波，上述过程反复进行，使得所述应力波在所述入射杆的两端之间反复传播。
12.其中，所述水射流发射器包括：储水腔体、设置在所述储水腔体近端处的活塞、以及设置在所述储水腔体远端处的喷嘴；其中，所述喷嘴与所述试样之间间隔预定距离，所述活塞与所述入射杆的远端面紧密贴合；所述响应于所述入射杆的多次向前运动，水射流发射器产生多个相互间隔的水射流，包括：当所述入射杆向前运动时，所述入射杆推动与其紧密贴合的所述活塞挤压所述储水腔体内的液体从所述喷嘴喷出。
13.其中，通过调节所述撞击杆的速度以及所述储水腔体的内径与所述喷嘴的直径之比来控制所述水射流的速度。
14.其中，根据所述撞击杆的长度和速度确定单个水射流的质量。
15.其中，根据所述入射杆的长度确定多个水射流中相邻的两射流的间隔时间。
16.根据本发明的技术方案，通过使用改进后的霍普金森压杆进行多射流雨蚀加载实验，在入射杆的远端设置水射流发射器，产生的应力波能够在入射杆内反复传播，使得水射流发射器产生多个相互间隔的水射流，以对试样进行雨蚀加载，通过本技术能够对射流速度、射流质量和射流间隔时间实现较好的控制，进而可实现对材料雨蚀性能系统全面的理解和研究。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1是根据本发明实施例的基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置的示意图；
19.图2是根据图1所示实施例的水射流发射器的放大示意图；
20.图3是根据本发明实施例的应变片采集的典型应力波形图；
21.图4是根据本发明实施例的方法的流程图。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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。
23.以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
24.根据本发明实施例提供了一种基于霍普金森(hopkinson)压杆的多射流雨蚀加载装置，能够实现射流质量和加载速度可控的多射流雨蚀加载，并能够在数十至数百米每秒的水射流加载速率下测试材料的抗雨蚀性能。
25.参考图1，该多射流雨蚀加载装置包括：同轴顺序设置的撞击杆1、入射杆2和水射流发射器3，其中入射杆2的近端与撞击杆1相对，入射杆2的远端与水射流发射器3相接触。
26.在本技术实施例中，所述多射流雨蚀加载装置还可包括：套环7和高压气缸8，其中撞击杆1通过套环7设置在高压气缸8内部。撞击杆1、套环7和高压气缸8共同构成应力波发生器。在加载时，在高压气缸8内充入高压氮气，待气压稳定后，迅速打开发射装置使高压气缸8内的氮气推动撞击杆1，套环7用于限制撞击杆1的运动轨迹，使撞击杆1在高压气缸8内部沿着特定的轨道运动，进而使撞击杆1高速撞击入射杆2。
27.入射杆2是应力波传播的载体，撞击杆1撞击入射杆2的近端面产生一列压缩应力波，该压缩应力波沿入射杆2传播。当该压缩应力波传播到入射杆2的远端面时，由于入射杆2与水射流发射器3相接触的端面波阻抗相差较大，入射杆2中的应力波几乎全部被反射回杆中，压缩应力波在入射杆2的远端面进行无损反射形成拉伸应力波，向入射杆2的近端传播，其中，反射前的压缩应力波和反射形成的拉伸应力波幅值相等。之后，拉伸应力波在入射杆2的近端面经再次反射成压缩应力波，上述过程反复进行，根据一维应力波传播理论，应力波在入射杆2的两端面之间反复传播。
28.为满足一维应力波传播理论，入射杆2是两端面光滑且平行的圆柱形长直杆，入射杆2的直径与撞击杆1的直径相同，并且入射杆2与撞击杆1采用相同的材料制作，即入射杆2与撞击杆1的波阻抗相同。该压缩应力波沿入射杆2朝向入射杆2的远端传播，入射杆2在该压缩应力波的作用下向前(即朝向水射流发射器3)产生一定位移。
29.继续参考图1，在入射杆2的远端设置有水射流发射器3，结合参考图2，水射流发射器3具体包括储水腔体31、活塞32和喷嘴33。储水腔体31可为刚性储水腔体，其中充满了液体(水)，且腔体内无气泡产生。在储水腔体31靠近入射杆2的一端设置有活塞32，活塞32与入射杆2的远端面紧密贴合。在储水腔体31的另一端设置有喷嘴33，喷嘴33的直径远远小于储水腔体31的直径，腔体内壁与喷嘴间过渡光滑以降低湍流影响。在加载时，在压缩应力波的作用下，入射杆2向前移动进而推动活塞32向前移动，活塞32挤压储水腔体31内的液体，液体经喷嘴33加速后被喷出形成水射流，水射流对试样4进行雨蚀加载。
30.参考图1和图2，试样4与喷嘴33间隔预定距离相对设置，例如，试样4与喷嘴33之间间隔10mm。试样4的尺寸和形状不受限制，可通过不同的固定支架匹配不同形状的试样和/
或不同加载角度的试样。
31.本技术通过摄像机5记录水射流的形态和加载过程，摄像机5可为高速摄像机，摄像机5与数据采集器6连接，数据采集器6与统计模块连接。摄像机5可用于拍摄平行于喷嘴33和试样4的垂直截面的图像。在喷嘴33和试样4之间还设置有标尺(图中未示出)，摄像机5拍摄包含标尺和水射流的照片后，数据采集器6采集图片中单位长度内的像素点的数量和水射流在水平和垂直方向上分别包含的像素点的数量，统计模块可根据数据采集器6采集的信息计算水射流的实际速度和水射流的直径或端面曲率等尺寸信息。
32.入射杆2杆体的中间位置粘贴有一对电阻应变片9，电阻应变片9采集入射杆2中的应变变化，并将入射杆2中的应变变化转换为自身的电阻变化，进而转换为惠斯通半桥的两个桥臂输出电压变化。电阻应变片9与数据采集器6连接。数据采集器6采集电阻应变片9的电压变化，当电压变化超过设定的触发值时，数据采集器6发出触发信号触发摄像机5拍摄照片。
33.下面详细描述具体的加载过程。
34.步骤1、布置实验设备。
35.选取长度合适的撞击杆1和套环7放置在高压气缸8内，将入射杆2和水射流发射器3安装在实验平台上，保证撞击杆1、入射杆2和水射流发射器3的轴心以及试样4的加载点处在同一条水平线上。在本技术实施例中，撞击杆1和入射杆2的材料均为高强度钢，其弹性模量e为184950mpa，波速c为4858m/s；撞击杆1的直径和入射杆2的直径相等，均为19mm；储水腔体31的内径与入射杆2的直径相适配，使得储水腔体31能够套设在入射杆2的右端；储水腔体31的材料为钢，活塞4的材料为波阻抗较低的橡胶。
36.在入射杆2的中间粘贴电阻应变片9，电阻应变片9的电阻值为1000ω，灵敏度系数为1.92，在电阻应变片9的引脚上焊接导线，接入惠斯通半桥的两个相对的桥臂上，惠斯通另外两个桥臂接入阻值为1000ω的固定电阻，供电电压为30v直流电压，再将惠斯通电桥输出端口通过bnc线与数据采集器6连接。
37.根据水射流发射器3和试样4的位置，合理摆放摄像机5，使摄像机5位于喷嘴33与试样4之间，并且摄像机5拍摄的画面平行于喷嘴33和试样4的垂直截面；将高速摄像机通过bnc线接入数据采集器6的触发接口(trigger out)，当电阻应变片9采集到的信号超过设定的触发值时，数据采集器6开始采集数据并给出一个触发信号，该触发信号触发摄像机5开始拍摄。
38.步骤2、装填液体。
39.将水射流发射器3取出，填充适量的水，填充后将活塞32向前推动适当距离以排空储水腔体31内的气泡。将填充好水的水射流发射器3重新放置在试验台上，将入射杆2的右端伸入储水腔体31内，入射杆2的右端面与活塞32紧密贴合。
40.步骤3、安装试样。
41.将试样4固定在支架上，调整试样4的角度以满足预期实验要求，随后放置在距离喷嘴33右侧10mm处，将试样4预设的加载点置于入射杆2、储水腔体31和喷嘴33的轴心的同一水平线上，调整好后采用夹具将支架和试样4固定在实验台上。
42.步骤4、实验参数设定。
43.本实例中采用高压氮气推动撞击杆1撞击入射杆2，根据实验目的选择合适的撞击
杆1长度。根据应力波理论推导，高压氮气推动长度为l的撞击杆1以一初始速度v0撞击入射杆2，在入射杆2的内部形成一列波长为2l/c、质点速度为v0/2的压缩应力波。当压缩应力波传播到入射杆2的右端面时，由于活塞32的波阻抗相比入射杆2的波阻抗过小，从而可以忽略，压缩应力波全部被反射成拉伸应力波，并将入射杆2杆端的质点速度加倍为v0。由于常规状态下水不可压缩，相同时间t内入射杆2挤出的液体体积等于喷嘴33喷出的液体体积，即：
[0044][0045]
其中，d为储水腔体31的内径，d为喷嘴33的直径，v为水射流的速度。从上式可以推出水射流的速度与撞击杆1的速度的关系为：
[0046][0047]
从上式可以看出，水射流的速度可以通过调节撞击杆1的速度(即调节发射气压或/和改变撞击杆1的长度)和储水腔体31的内径与喷嘴33的直径之比来控制。当水射流的速度超过声速时，需将水射流发射器和试样放置在真空环境中，以避免射流在与试样接触前与空气摩擦造成扭曲变形，真空环境可通过真空箱实现。而在每个应力波的作用下，喷出的水射流的体积v为：
[0048][0049]
继而可以计算出单个水射流的质量：
[0050][0051]
其中，ρ为水的密度。由上式可以看出，单个水射流的质量可由撞击杆1的长度和速度控制。根据实验所需的水射流速度和体积，确定撞击杆1的速度，输入所需的发射气压值。相邻的两射流的间隔时间为应力波在入射杆2中传播一个来回的时间，该时间δt与入射杆2的长度有关：
[0052][0053]
其中，li为入射杆2的长度。
[0054]
对摄像机5进行标定。在喷嘴33与试样4之间放置一把标尺，该标尺与喷嘴33的轴线平行，采用摄像机5拍摄一张照片。根据照片中单位距离中包含的水平及垂直方向的像素点数，计算得到每两个水平和垂直像素点之间的实际距离，完成摄像机5的标定，并在后续的实验过程中，不再移动摄像机5的位置。根据实验所需的水射流的速度，选择合适的拍摄帧率，并将摄像机5设置为待触发状态。
[0055]
步骤5、启动加载装置。
[0056]
实验参数设置完毕后，向高压气缸8内充入所需的气压值，待气压稳定后，迅速打开发射装置。高压气缸8中的高压氮气将推动撞击杆1撞击入射杆2，使入射杆2将与其紧密
贴合的活塞32朝向喷嘴33推动一段距离，挤压储水腔体31内的液体从狭窄的喷嘴33中喷出，形成水射流加载到试样4上。由于应力波在入射杆2内的反复传播，活塞32通过入射杆2连续多次挤压液体，喷嘴33喷出多个相互间隔的水射流，最终对试样4完成了多射流雨蚀加载。
[0057]
步骤6、实验数据采集和处理。
[0058]
根据电阻应变片9采集到的电压信息，如图3所示，利用惠斯通电桥公式，入射杆2中的应变为：
[0059][0060]
其中，ε为入射杆2中的应变，u为直流电源的电压值，δu为惠斯通半桥的桥臂电压随时间的变化值，r为电阻应变片9的电阻值，k为电阻应变片3的灵敏度系数，2100为惠斯通半桥设置固定电阻和应变片的单条电路的电阻值的总和。得到入射杆2中的应变ε后，可进而计算出入射杆2杆端的速度v0，入射杆2杆端的速度v0即为撞击杆1的速度v0：
[0061]
v0＝2ε
·cꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0062]
将上式得到的v0带入公式(2)，可进一步推算出水射流的速度；带入公式(4)，可计算出单个水射流的质量。
[0063]
统计模块对摄像机5拍摄到的实验画面进行分析，统计拍摄照片中水射流在水平和垂直方向上分别包含的像素点的数量，得到水射流的尺寸信息。此外，对比相邻两张照片中水射流前端移动的像素点数，得到水射流移动的距离，使用水射流移动的距离除以相邻两张照片之间的时间间隔(拍摄帧率的倒数)，即可得到水射流的实际速度。摄像机5还可观察到试样4在加载过程中的变形情况，进而可对试样4的抗雨蚀性能进行分析评估。
[0064]
根据本发明实施例还提出一种基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载方法，参考图4，该方法至少包括以下步骤：
[0065]
s402，同轴顺序设置撞击杆、入射杆、水射流发射器和试样，其中在所述入射杆的近端设置所述撞击杆，在所述入射杆的远端设置所述水射流发射器，并且所述水射流发射器间隔预定距离与所述试样相对设置。
[0066]
s404，使所述撞击杆撞击所述入射杆产生应力波，该应力波在所述入射杆的两端之间反复传播并推动所述入射杆多次向前运动。
[0067]
在本步骤中，应力波在所述入射杆的两端之间反复传播，包括：所述撞击杆撞击所述入射杆产生第一列压缩应力波，所述第一列压缩应力波沿所述入射杆传播，所述第一列压缩应力波传播至所述入射杆的远端面后无损反射形成第一列拉伸应力波；所述第一列拉伸应力波传播至所述入射杆的近端面后再次被无损反射形成第二列压缩应力波，上述过程反复进行，使得所述应力波在所述入射杆的两端之间反复传播。
[0068]
s406，响应于所述入射杆的多次向前运动，所述水射流发射器产生多个相互间隔的水射流，持续对所述试样进行雨蚀加载。
[0069]
在本步骤中，水射流发射器包括：储水腔体、设置在所述储水腔体近端处的活塞、以及设置在所述储水腔体远端处的喷嘴；其中，所述喷嘴与所述试样之间间隔预定距离，所述活塞与所述入射杆的远端面紧密贴合；响应于所述入射杆的多次向前运动，水射流发射器产生多个相互间隔的水射流，包括：当所述入射杆向前运动时，所述入射杆推动与其紧密
贴合的所述活塞挤压所述储水腔体内的液体从所述喷嘴喷出。
[0070]
在本技术实施例中，水射流对试样进行雨蚀加载的结果受三个因素影响，即水射流的速度，单个水射流的质量和相邻的两射流的间隔时间。通过调节撞击杆的速度以及储水腔体的内径与喷嘴的直径之比来控制水射流的速度，进一步地，撞击杆的速度可通过调节高压气缸内的气压值或改变撞击杆的长度控制。根据撞击杆的长度和撞击杆的速度可确定单个水射流的质量。根据入射杆的长度可确定多个水射流中相邻的两射流的间隔时间。
[0071]
本发明的方法的操作步骤与系统的结构特征对应，可以相互参照，不再一一赘述。
[0072]
根据本发明的技术方案，通过对现有的霍普金森压杆进行改机，将透射杆去除，在入射杆的远端连接一储水腔体，通过应力波驱动入射杆挤压储水腔体中的液体从喷嘴中喷出，形成水射流对试样进行雨蚀加载；通过在储水腔体内设置波阻抗远小于入射杆的活塞与入射杆贴合，应力波可在入射杆内反复传播，持续推动入射杆移动挤压储水腔体中的液体，使得喷嘴持续喷出相互间隔的水射流，实现了可控的多射流雨蚀加载。根据本发明的技术方案至少能够实现以下技术效果：
[0073]
1、本技术基于霍普金森压杆实验技术和一维应力波传播理论，通过采用入射杆多次推动活塞压缩储水腔体内的液体从喷嘴喷出，产生多个水射流，从而实现对试样的多射流雨蚀加载，观测材料的抗雨蚀性能。
[0074]
2、本技术的多射流雨蚀加载装置可以通过合理调节撞击杆的速度和刚性储水腔体与喷嘴直径比值，实现数十至数百每秒的水射流的速度，涵盖了较大范围的射流速度，对材料雨蚀性能的探究更加全面。
[0075]
3、本技术的多射流雨蚀加载装置，可对水射流的速度、单个水射流的质量和相邻两水射流的间隔时间实现较好的控制，可综合考虑多种因素对材料雨蚀性能的影响。
[0076]
4、本技术对实施雨蚀加载的试样的尺寸和形状等不受限制，通过合理设计试样的固定支架，对不同形状、材质的试样均可实现多射流雨蚀加载实验，亦可实现不同加载角度下的多射流雨蚀加载实验。
[0077]
尽管已经参考本公开的特定实施例详细地描述本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离实施例的精神和范围的情况下可以在其中进行各种改变和修改。因此，本公开旨在覆盖本公开的修改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的权利要求以及其等效物的范围之内。
[0078]
此外，在以上描述或权利要求书或附图中公开、以其特定形式或根据用于执行所公开功能的方式或用于获得所公开结果的方法或过程表达的特征视情况可以单独地或以这些特征的任何组合来用于以它们的不同形式实现本发明。具体来说，本文所描述的任一个实施例的一个或多个特征可以与本文所描述的任何其它实施例的一个或多个特征组合。
[0079]
还可以为结合本公开引用和/或通过引用合并的任何一个或多个公开文件中公开的任何特征寻求保护。

技术特征：
1.一种基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置，其特征在于，包括：撞击杆、入射杆、水射流发射器、试样；所述入射杆的近端设置所述撞击杆，所述入射杆的远端设置所述水射流发射器，并且所述水射流发射器间隔预定距离与所述试样相对设置；其中，所述撞击杆撞击所述入射杆产生应力波，该应力波在所述入射杆的两端之间反复传播并推动所述入射杆多次向前运动，从而使所述水射流发射器产生多个相互间隔的水射流，持续对所述试样进行雨蚀加载。2.根据权利要求1所述的基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置，其特征在于，还包括：高压气缸和套环，所述撞击杆通过所述套环设置在所述高压气缸内；所述撞击杆撞击所述入射杆产生第一列压缩应力波，所述第一列压缩应力波沿所述入射杆传播，所述第一列压缩应力波传播至所述入射杆的远端面后无损反射形成第一列拉伸应力波；所述第一列拉伸应力波传播至所述入射杆的近端面后再次被无损反射形成第二列压缩应力波，上述过程反复进行，使得所述应力波在所述入射杆的两端之间反复传播。3.根据权利要求1或2所述的基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置，其特征在于，所述水射流发射器包括：储水腔体、设置在所述储水腔体近端处的活塞、以及设置在所述储水腔体远端处的喷嘴；其中，所述喷嘴与所述试样之间间隔预定距离，所述活塞与所述入射杆的远端面紧密贴合；当所述入射杆向前运动时，所述入射杆推动与其紧密贴合的所述活塞挤压所述储水腔体内的液体从所述喷嘴喷出。4.根据权利要求1所述的基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置，其特征在于，还包括：摄像机，其用于拍摄与所述喷嘴和所述试样的垂直截面相平行的图像；统计模块，用于统计所述摄像机所拍摄的图像中的水射流包含的像素点的数量，并根据水射流的像素点的数量得到水射流的尺寸信息；还用于对比相邻两张图像的水射流前端移动的像素点数，得到水射流移动的距离，根据水射流移动的距离和相邻两张照片之间的时间间隔，得到水射流的实际速度。5.一种基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载方法，其特征在于，包括：同轴顺序设置撞击杆、入射杆、水射流发射器和试样，其中在所述入射杆的近端设置所述撞击杆，在所述入射杆的远端设置所述水射流发射器，并且所述水射流发射器间隔预定距离与所述试样相对设置；使所述撞击杆撞击所述入射杆产生应力波，该应力波在所述入射杆的两端之间反复传播并推动所述入射杆多次向前运动；响应于所述入射杆的多次向前运动，所述水射流发射器产生多个相互间隔的水射流，持续对所述试样进行雨蚀加载。6.根据权利要求5所述的基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载方法，其特征在于，所述应力波在所述入射杆的两端之间反复传播，包括：所述撞击杆撞击所述入射杆产生第一列压缩应力波，所述第一列压缩应力波沿所述入射杆传播，所述第一列压缩应力波传播至所述入射杆的远端面后无损反射形成第一列拉伸
应力波；所述第一列拉伸应力波传播至所述入射杆的近端面后再次被无损反射形成第二列压缩应力波，上述过程反复进行，使得所述应力波在所述入射杆的两端之间反复传播。7.根据权利要求5或6所述的基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载方法，其特征在于，所述水射流发射器包括：储水腔体、设置在所述储水腔体近端处的活塞、以及设置在所述储水腔体远端处的喷嘴；其中，所述喷嘴与所述试样之间间隔预定距离，所述活塞与所述入射杆的远端面紧密贴合；所述响应于所述入射杆的多次向前运动，水射流发射器产生多个相互间隔的水射流，包括：当所述入射杆向前运动时，所述入射杆推动与其紧密贴合的所述活塞挤压所述储水腔体内的液体从所述喷嘴喷出。8.根据权利要求5所述的基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载方法，其特征在于，通过调节所述撞击杆的速度以及所述储水腔体的内径与所述喷嘴的直径之比来控制所述水射流的速度。9.根据权利要求5所述的基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载方法，其特征在于，根据所述撞击杆的长度和速度确定单个水射流的质量。10.根据权利要求5所述的基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载方法，其特征在于，根据所述入射杆的长度确定多个水射流中相邻的两射流的间隔时间。

技术总结
本申请公开一种基于霍普金森压杆的多射流雨蚀加载装置及其方法，其中所述装置包括：撞击杆、入射杆、水射流发射器、试样；所述入射杆的近端设置所述撞击杆，所述入射杆的远端设置所述水射流发射器，并且所述水射流发射器间隔预定距离与所述试样相对设置；其中，所述撞击杆撞击所述入射杆产生应力波，该应力波在所述入射杆的两端之间反复传播并推动所述入射杆多次向前运动，从而使所述水射流发射器产生多个相互间隔的水射流，持续对所述试样进行雨蚀加载。通过本申请能够较好的控制射流速度、射流质量和射流间隔时间。射流质量和射流间隔时间。射流质量和射流间隔时间。


技术研发人员：苗应刚 刘兰亭 吴知博
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/13