具有發(fā)射載體發(fā)射式柱塞的壓力波發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及一種用于在介質(zhì)中產(chǎn)生壓力波的壓力波發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)射載體發(fā)射式射彈已經(jīng)在火炮中使用了兩百多年。發(fā)射載體的使用允許射彈從炮筒發(fā)射。一旦發(fā)射載體被使用，發(fā)射載體就在其離開炮筒時被丟棄并且隨后被毀壞，在此亥|J，發(fā)射載體的功能結(jié)束并且發(fā)射載體發(fā)射式射彈被釋放以在其彈道上繼續(xù)行進。
[0003]壓力波發(fā)生器可以用于產(chǎn)生壓力波，壓力波可以用于壓縮介質(zhì)，將壓力波能的一部分傳遞至所述介質(zhì)，由于壓力波能的集中而在介質(zhì)中產(chǎn)生能量和/或引發(fā)介質(zhì)中的化學(xué)反應(yīng)或物理變化。該介質(zhì)可以為固體、液體、氣體和/或等離子體。
[0004]可以使用各種方法以將壓力波發(fā)送到在介質(zhì)中，例如在聯(lián)接至介質(zhì)的表面上施加直接的機械碰撞、爆震、爆炸、電火花、強輻射光束、振蕩和放大過程等。
[0005]在其全部內(nèi)容均通過參引并入本文中的共同所有的美國專利申請公報N0.2010/0163130和國際專利申請(PCT)公報N0.W02012/113057中描述了壓力波發(fā)生器的示例。這兩篇公報描述了用于在介質(zhì)中產(chǎn)生壓力波(或多個壓力波)的壓力波發(fā)生器的示例。在任意這些公報中描述的示例壓力波發(fā)生器、發(fā)生器的部件或者用于操作發(fā)生器的方法的任意示例可以與本文中描述的壓力波產(chǎn)生裝置和方法的實施方式一起使用。壓力波可以用于對介質(zhì)進行壓縮并且使介質(zhì)的溫度、壓力、能量和/或密度增大。壓力波可以通過加速柱塞在聯(lián)接至介質(zhì)的轉(zhuǎn)換器上的機械碰撞而產(chǎn)生。轉(zhuǎn)換器可以將可移動柱塞的動能至少部分地轉(zhuǎn)換成介質(zhì)中的壓力波。
[0006]位于壓力波發(fā)生器中的柱塞可以由熱處理鋼制成并且具有機加工到柱塞上用作支承環(huán)、密封件、控制桿、控制桿附接件和其他裝置的零件。這些零件的生產(chǎn)可能是復(fù)雜的，這些件可能干擾柱塞的一致性，并且這些件可能在拐角和腔中引入應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致柱塞使用的過早失效。這些零件還可能使柱塞的熱處理復(fù)雜化，這會導(dǎo)致柱塞的失效，例如柱塞的熱破裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一方面中，提供了一種用于在介質(zhì)中產(chǎn)生壓力波的壓力波發(fā)生器。該壓力波發(fā)生器包括殼體、柱塞、發(fā)射載體、碰撞表面、用于使發(fā)射載體加速的加速裝置以及用于使發(fā)射載體減速的減速裝置。該殼體具有內(nèi)孔、第一端部和第二端部。該發(fā)射載體以可釋放的方式承載柱塞并且能夠在殼體的內(nèi)孔內(nèi)從第一端部朝向第二端部移動。該碰撞表面聯(lián)接至介質(zhì)且該碰撞表面位于殼體的第二端部處并且與內(nèi)孔連通。用于使發(fā)射載體加速的加速裝置構(gòu)造成使承載柱塞的發(fā)射載體朝向碰撞表面加速。用于使發(fā)射載體減速的減速裝置構(gòu)造成通過將約束力施加至發(fā)射載體而使發(fā)射載體減速，使得當(dāng)發(fā)射載體減速時，柱塞被向前發(fā)射到發(fā)射載體的前方，使得柱塞在柱塞碰撞碰撞表面時與發(fā)射載體至少部分地分開。
[0008]在一方面中，柱塞的質(zhì)量大于發(fā)射載體的質(zhì)量，使得在加速期間，施加至柱塞的動力不會使柱塞加速到發(fā)射載體前方，而當(dāng)柱塞減速時，施加至柱塞的動力將使柱塞發(fā)射到發(fā)射載體的前方。
[0009]在另一方面中，發(fā)射載體為具有基部和從該基部延伸的側(cè)壁的杯形形狀，以限定內(nèi)腔，柱塞插入穿過內(nèi)腔。發(fā)射載體的內(nèi)腔定形并定尺寸成接納柱塞，使得柱塞的第一表面能夠接觸發(fā)射載體的基部。
[0010]在一方面中，用于使承載柱塞的發(fā)射載體加速的加速裝置包括增壓流體源。壓力波發(fā)生器的殼體包括與增壓流體源以及與內(nèi)孔的位于第一端部與發(fā)射載體之間的一部分流體連通的一個或更多個孔口，使得增壓流體可以傳送到內(nèi)孔中，以使承載柱塞的發(fā)射載體朝向殼體的第二端部加速。
[0011 ] 發(fā)射載體還包括形成在其中的一個或更多個孔口，以允許增壓流體流動穿過所述一個或更多個孔口并且接觸柱塞，使得增壓流體可以在發(fā)射載體減速時使柱塞繼續(xù)加速。
[0012]在一方面中，提供鎖定裝置以在鎖定裝置接合柱塞時將柱塞鎖定至發(fā)射載體以及在鎖定裝置與柱塞斷開時將柱塞從發(fā)射載體釋放。
[0013]鎖定裝置可以包括安裝至發(fā)射載體的電磁體以及與電磁體電連通的電源。當(dāng)打開電源時，電磁體被激勵，從而產(chǎn)生將柱塞緊固至發(fā)射載體的磁場。當(dāng)關(guān)閉電源時，電磁體去激勵，使得柱塞遠離發(fā)射載體釋放。
[0014]電源可以通過電源線電聯(lián)接至電磁體。壓力波發(fā)生器可以包括聯(lián)接至發(fā)射載體的控制桿?？刂茥U構(gòu)造成容置電源線。
[0015]在又一方面中，鎖定裝置包括流體聯(lián)接至發(fā)射載體中的孔口的真空源，以在打開真空源時在發(fā)射載體的腔中形成真空，從而將柱塞吸至發(fā)射載體。
[0016]在一方面中，壓力波發(fā)生器包括控制單元，該控制單元用于控制鎖定裝置以及用于使發(fā)射載體加速及減速的加速裝置和減速裝置。該控制單元配置成操作用于加速及減速的加速裝置和減速裝置，使得在約束力施加至發(fā)射載體并且柱塞與發(fā)射載體至少部分地分開之后，發(fā)射載體繼續(xù)向前移動以在碰撞點處重新接合柱塞?？刂茊卧渲贸刹僮饔糜诩铀偌皽p速的加速裝置和減速裝置，使得發(fā)射載體朝向碰撞點減速的速度小于柱塞朝向碰撞表面加速的速度?？刂茊卧€操作用于使承載柱塞的發(fā)射載體返回至殼體的第一端部的裝置以用于再次發(fā)射。
[0017]在另一方面，提供了一種具有柱塞和發(fā)射載體的裝置，該發(fā)射載體構(gòu)造成沿著路徑以可釋放的方式承載柱塞。該裝置還包括鎖定裝置、用于使承載柱塞的發(fā)射載體加速的加速裝置、用于使發(fā)射載體減速的減速裝置、位置傳感器以及控制單元，其中，該鎖定裝置在鎖定裝置接合柱塞時將柱塞鎖定至發(fā)射載體并且在鎖定裝置與柱塞斷開接合時將柱塞從發(fā)射載體釋放，用于使發(fā)射載體減速的減速裝置將柱塞向前發(fā)射到發(fā)射載體的前方，使得柱塞與發(fā)射載體至少部分地分開，該位置傳感器配置成檢測發(fā)射載體在路徑上的位置，該控制單元控制柱塞的發(fā)射。該控制單元與位置傳感器、鎖定裝置、用于使發(fā)射載體減速的減速裝置通信，并且該控制單元配置成根據(jù)從位置傳感器接收的位置信號來確定發(fā)射載體的位置。當(dāng)發(fā)射載體到達特定位置時，控制單元向鎖定裝置發(fā)送用以釋放柱塞的信號，并且向用于使發(fā)射載體減速的減速裝置發(fā)送用以將約束力施加至發(fā)射載體的信號，使得在發(fā)射載體減速的同時柱塞被向前發(fā)射并且與發(fā)射載體至少部分地分開。
[0018]發(fā)射載體繼續(xù)向前移動以在碰撞點處重新接合柱塞。該控制單元還配置成操作用于使承載柱塞的發(fā)射載體返回至起始位置的裝置以用于再次發(fā)射。
[0019]在一方面中，提供了一種用于在介質(zhì)中產(chǎn)生壓力波的方法。該方法包括使以可釋放的方式承載柱塞的發(fā)射載體朝向聯(lián)接至介質(zhì)的碰撞表面加速，隨后在到達碰撞表面之前使發(fā)射載體減速，從而使柱塞與發(fā)射載體分開，并且柱塞朝向碰撞表面行進，直到柱塞碰撞到碰撞表面為止；朝向碰撞點驅(qū)動發(fā)射載體以與柱塞重新接合；以及使承載柱塞的發(fā)射載體返回至起始位置以用于再次發(fā)射。
[0020]該方法還包括在發(fā)射載體的加速期間將柱塞鎖定至發(fā)射載體以及在發(fā)射載體的減速期間使柱塞從發(fā)射載體解鎖的步驟。
[0021]除上述的方面和實施方式之外，另外的實施例和方面通過參照附圖以及通過研宄以下詳細說明而變得明顯。
【附圖說明】
[0022]貫穿附圖，可以重復(fù)使用附圖標記來指示所參考的元件之間的一致性。提供附圖以示出文中所描述的示例實施方式并且附圖不意在限制本公開的范圍。附圖中元件的大小和相對位置不一定按比例繪制。例如，各種元件的形狀和角度未按比例繪出，并且這些元件中的一些元件被恣意放大并定位以提高附圖的易讀性。
[0023]圖1為壓力波發(fā)生器的示意性地示出了發(fā)射載體和插入到發(fā)射載體的腔中的柱塞的不例的局部截面圖。
[0024]圖2為圖1的壓力波發(fā)生器的示意性地示