СВЕТОВОЙ ЗАТВОР
LIGHT VALVE

Изобретение относится к испытательной технике. Преимущественная область применения - фоторегистрация высокоскоростных аэродинамических объектов и быстропротекающих процессов.
Известно «Устройство для высокоскоростной фотографической съемки», заявка Японии №58-15778, МПК G03B 39/00, опубл. 28.03.83, содержащее между светоприемной плоскостью и оптической системой светонепроницаемый ящик, в котором установлен вращающийся диск, имеющий щель. Диск вращается двигателем, число оборотов которого устанавливается регулятором. На ящике установлены детектор, определяющий число оборотов диска, и детектор, определяющий положение щели. К недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции и нестойкость к внешним воздействиям (например, ударная волна или попадание осколка).
Известен «Затвор с зарядами взрывчатки и угольного порошка», патент США №3721172, МПК G03B 9/08, G02F 1/28, опубл. 20.03.73, выбранный в качестве прототипа и содержащий рамку из эластичного материала, ограничивающую отверстие, через которое проходят световые лучи. В рамку герметично встроены две параллельно расположенные прозрачные пластины (светоприемные отверстия), закрывающие отверстие с внешней стороны. Между пластинами и рамкой образуется внутренняя камера (полость). В рамку также вмонтированы один или несколько элементов, предназначенных для закрывания затвора (регулирования прохождения света через светоприемные отверстия), причем каждый из них состоит из корпуса или оболочки с открытой боковой стенкой, соединяющей оболочку с камерой, заряда угольного порошка, установленного с открытой стороны оболочки в виде хрупкого слоя, расположенного поперек открытой боковой стороны и предназначенного для изоляции угольного порошка в оболочке до момента срабатывания, и заряда взрывчатки (газогенерирующее устройство), подрываемого с помощью электрического сигнала (разряда). Заряд взрывчатки развеивает угольный порошок по всей камере, тем самым затвор закрывается, так как прекращается дальнейшее прохождение световых лучей через отверстие. К недостаткам данной конструкции можно отнести сложность конструкции и нестойкость к внешним воздействиям (например, ударная волна или попадание осколка).
Решаемой технической задачей является создание простого по конструкции светового затвора для фоторегистрации высокоскоростных аэродинамических объектов и быстропротекающих процессов.
Ожидаемый технический результат заключается в повышении надежности срабатывания затвора, снижении себестоимости и трудоемкости проведения эксперимента, возможности многоразового использования.
Технический результат достигается за счет создания светового затвора, содержащего корпус с внутренней полостью, в котором выполнены напротив друг друга светоприемные отверстия, и газогенерирующее устройство в виде размещенного в оболочке взрывчатого заряда, инициируемого электрическим разрядом, выполненное с возможностью перетекания продуктов взрыва заряда в полость корпуса затвора и предназначенное для регулирования прохождения света через светоприемные отверстия.
В отличие от прототипа в заявляемом устройстве дополнительно в полости корпуса затвора с возможностью продольного перемещения размещен шток. На одном торце корпуса установлены колпачок с демпфером продольного перемещения штока. Газогенерирующее устройство закреплено на другом торце корпуса с образованием герметичной заштоковой полости. В штоке выполнен продольный сквозной светопропускающий паз, длина которого выбрана из условия совмещения на заданное время светоприемных отверстий в корпусе затвора и светопропускающего паза штока при перемещении штока под воздействием давления в заштоковой полости. На боковой поверхности корпуса затвора дополнительно выполнено два сквозных отверстия, а на боковой поверхности штока выполнен второй продольный паз, первое сквозное отверстие предназначено для стравливания газообразных продуктов взрыва заряда, а во второе отверстие ввернут винт с возможностью захода во второй продольный паз на боковой поверхности штока при заданном начальном положении светопропускающего паза на поверхности штока.
Затвор может быть снабжен устройством, препятствующим отскоку штока в обратном направлении.
Размещение в полости корпуса штока со сквозным продольным светопропускающим пазом и с возможностью его продольного перемещения, с длиной светопропускающего паза, выбранной из условия, обеспечивающего совмещение светоприемных отверстий в корпусе и светопропускающего паза штока при его перемещении на заданное время, тем самым регулируя прохождение через них светового потока.
Установка на торце корпуса колпачка с демпфером продольного перемещения штока обеспечивает торможение штока с сохранением его целостности.
Закрепление газогенерирующего устройства на другом торце корпуса обеспечивает создание давления в заштоковой полости, необходимого для перемещения штока.
Герметичность заштоковой полости необходима для постоянства в ней давления, что обеспечивает стабильное время экспозиции. Герметичность заштоковой полости также препятствует попаданию продуктов взрыва в светоприемные отверстия корпуса, что может негативно влиять на прохождение через них светового потока.
Наличие первого сквозного отверстия в корпусе позволяет стравливать в конце работы светового затвора из заштоковой полости продукты взрыва.
Установка винта во второе отверстие корпуса с возможностью его захода во второй продольный паз, расположенный на боковой поверхности штока, обеспечивает постоянную осевую ориентацию светопропускающего паза относительно светоприемных отверстий корпуса.
Снабжение затвора устройством, препятствующим отскоку штока в обратном направлении, позволяет остановить шток в случае его перемещения в обратном направлении и, тем самым, не допустить повторное совмещение светоприемных отверстий корпуса и светопропускающего паза штока.
Совокупность всех признаков обеспечивает надежное срабатывание светового затвора.
Конструкция и принцип действия предлагаемого светового затвора поясняются чертежами. На фиг.1 приведен внешний вид светового затвора, на фиг.2, 3 - последовательные стадии работы светового затвора и на фиг.4 - схема прохождения лучей света через систему светоприемных отверстий корпуса и светопропускающего паза штока светового затвора.
Световой затвор (фиг.1) состоит из корпуса 1 с внутренней полостью 2, в котором выполнены напротив друг друга светоприемные отверстия 3 и 4, газогенерирующее устройство 5 в виде размещенного в оболочке 6 взрывчатого заряда 7, инициируемого электрическим разрядом, выполненное с возможностью перетекания продуктов взрыва заряда 7 в полость 2 корпуса 1.
Во внутренней полости 2 корпуса 1 размещен с возможностью продольного перемещения шток 8, в котором выполнены продольный сквозной светопропускающий паз 9, длина которого выбрана из условия совмещения на заданное время светоприемных отверстий 3 и 4 в корпусе затвора и светопропускающего паза 9 штока 8 и второй продольный паз 10. На одном торце корпуса 1 установлены колпачок 11 с демпфером 12 продольного перемещения штока 8, выполненным в виде втулки из упругого материала. Газогенерирующее устройство 5 закреплено на другом торце корпуса 1 с образованием герметичной заштоковой полости 13. В нашем случае герметичность заштоковой полости 13 обеспечивается путем установки на торце штока 8 манжеты 14 и обжатия проводов линии инициирования 15 уплотнительной втулкой 16, сдавливаемой винтом 17.
На боковой поверхности корпуса 1 затвора дополнительно выполнено два сквозных отверстия, первое сквозное отверстие 18 предназначено для стравливания газообразных продуктов взрывчатого превращения заряда 7, а во второе отверстие 19 ввернут винт 20 с возможностью захода во второй продольный паз 10 на боковой поверхности штока 8 при заданном начальном положении светопропускающего паза 9 на поверхности штока.
Световой затвор может быть снабжен устройством, препятствующим отскоку штока 8 в обратном направлении, которое может быть выполнено в виде дополнительного третьего сквозного отверстия 21 на боковой поверхности корпуса 1 затвора и размещенной в нем втулки 22 с подпружиненным относительно поверхности корпуса затвора фиксатором 23, предназначенным для остановки штока в случае его перемещения в обратном направлении и выполненным в нашем случае в виде стержня.
Световой затвор работает следующим образом.
В момент пролета высокоскоростного аэродинамического объекта подается электрический импульс и происходит инициирование электрическим разрядом взрывчатого заряда 7, продукты взрыва которого создают давление в заштоковой полости 13. Под действием давления происходит перемещение штока 8 в направлении демпфера 12 (фиг.2). За заданное время перемещения штока 8 совмещаются светопропускающий паз 9 штока 8 и светоприемные отверстия 3, 4 корпуса 1, чем обеспечивается прохождение светового потока (фиг.4). Длина светопропускающего паза 9 выбирается исходя из требуемого времени экспозиции при условии знания энергетических характеристик взрывчатого заряда 7. В конце хода штока 8 при перекрытых светоприемных отверстиях 3, 4 происходит стравливание газообразных продуктов взрыва через боковое отверстие 18 в корпусе 1, торможение штока 8 путем его внедрения в конусную часть демпфера 12 и срабатывание устройства, препятствующего отскоку штока 8 в обратном направлении, в нашем случае путем перекрытия внутренней полости корпуса 2 подпружиненным фиксатором 23 (фиг.3).
Изготовлен экспериментальный образец светового затвора, подтверждена его работоспособность. Результаты отработки приведены ниже:
- получено стабильное время экспозиции, равное 3 мс, при длине светопропускающего паза штока 0,05 м;
- световой затвор благодаря своей простой конструкции технологичен в эксплуатации (быстрое переснаряжение, возможность многоразового использования), что снижает трудоемкость и себестоимость эксперимента.