超音速ピンポン砲の高速光学診断

超音速ピンポン砲の構築と操作、およびボール速度の測定と衝撃波の検出のための光学診断技術を提供します。光学ナイフエッジのセットアップは、レーザービームの小さなトラバース偏向に非常に敏感であり、大砲に関連する衝撃波を検出する手段を提供します。まず、フォトレシーバーとレーザーモジュールを15ボルトの電流制限電源とレーザー電源に接続して電力を供給します。

次に、BNCケーブルを使用してフォトレシーバーをオシロスコープの2つのチャンネルに接続します。光学診断のセットアップでは、レーザーを製造された大砲に垂直に配置し、最初のビームをパイプ内のアクリル窓を通過し、2番目のビームを大砲の出口のすぐ外側に配置します。フォトレシーバーセンサーの半分に黒い電気テープを置き、ナイフエッジの衝撃検出セットアップを作成します。

クリッピングを回避するには、ベースライン電圧が最大値の約50%になるようにナイフエッジのビーム位置を調整します。次に、オシロスコープの設定を調整して、2,000万個のデータポイントを収集します。水平スケールノブを使用して、データ収集速度を500メガヘルツに設定します。

トリガーノブを回して、フォトレシーバーから取得した設定ベースラインをわずかに下回る電圧でトリップします。PPCを発射する前に、耳と目の保護具を着用してください。ピンポン球を大砲の出口に挿入し、パイプ入口近くの真空継手に当たるまで大砲の端に軽く吹き込みます。

大砲の出口フランジとアクリルキャップを2枚の正方形のテープで密封します。レーザービームがナイフの端の中央に配置され、トリガーが正しく配置され、キャッチコンテナが固定されていることを確認してください。真空ポンプをオンにして、パイプを2Torr未満の減圧まで排気します。

十分な真空に達したら、ブロードヘッドチップを使用して入り口のテープに穴を開けます。焼成後、真空ポンプの電源を切り、出口フランジとアクリルキャップから残っているテープをすべて取り除きます。超音速PPCを点火するには、ドライバーパイプをエアコンプレッサーに接続するバルブを閉じて、エアコンプレッサータンクを満たします。

前に示したように、ボールを吹きます。超音速PPC出口フランジを密閉した後、2つのゴム製ガスケットの間に薄いプレカットポリエステルダイアフラムを挿入し、大砲のドライバーと被駆動セクションの間に配置します。4つのカムクランプを使用して2つのセクションを接続します。

パイプ内の圧力が低下したら、エアコンプレッサーからドライバーパイプに圧力を解放し、ダイヤフラムが破裂し、ドライバーパイプ内の圧縮空気が排気された駆動パイプを満たすまで圧力を上げます。超音速PPC発射後、エアコンプレッサーと真空ポンプをオフにします。破裂したポリエステルダイヤフラムとテープを大砲から取り外します。

大砲の発射プロセス全体で反射される伝播衝撃波は、時間に対する電圧の変化によって表されました。正または負のスパイクは信号の衝撃波の方向を示し、速度はボールがビームを遮断することによって生成される正方形のパルス幅によって計算されました。マイクロプロセッサを使用して、パイプ内部を横切るビームからの信号を処理し、大砲の出口近くのボール速度を自動的に計算して表示しました。

オシロスコープのトレースは、超音速PPCのデュアルチャネル発射を示しました。上のトレースは、出口近くの大砲の内部を横断するビームを表しています。一方、下のトレースは、大砲を出た後にピンポン球の経路を横断するビームに対応します。

カットオフ信号は、ボールが通過し、各ビームを遮ったことを示しました。マッハ数に対する圧力差のプロットは、0.001インチと0.002インチの厚さのダイアフラムが、ピンポン球を超音速に加速するのに十分な圧力差で破裂することが明らかになりました。ボール速度は一貫してマッハ1.3よりも大きく、厚さ0.002インチのダイヤフラムがありました。

提示された超音速ピンポン大砲と光学診断は、デモンストレーション装置としても、その後の実験室実験のための装置としても、大砲の価値を高めます。