本发明属于激光应用技术领域，涉及一种激光与表面气流联合破坏效应的试验系统及方法，尤其涉及一种利用高速旋转的方式模拟目标飞行状态的激光辐照效应实验系统及方法。
背景技术
在高功率激光毁伤飞行目标效应研究中，需要在实验室环境下模拟靶目标的飞行状态。通常做法是利用风洞进行模拟实验，研究表面气流对目标激光毁伤效应的影响。在公开号为cn105973563a的中国专利“一种强激光与超声速风洞联合破坏效应的试验系统及方法”中，公开了一种利用风洞模拟靶目标表面气流，研究激光辐照效应的方法。但风洞系统成本高昂，体积庞大，并且靶目标体积严重受限于风洞试验段函道的尺寸。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有试验系统成本高昂、体积庞大和适用范围窄的缺点，提出一种利用高速旋转的方式模拟目标飞行状态的激光辐照效应实验系统及方法。
为了完成上述目的，本发明的具体技术解决方案是：一种激光与表面气流联合破坏效应的试验系统，其特殊之处在于：包括靶目标、光束模块、气流模拟模块和监测设备，
所述光束模块包括激光器和第一全反镜，所述第一全反镜设置在激光器的出射光路上；
所述气流模拟模块包括旋转支撑组件，所述旋转支撑组件包括电机和支撑组件，所述电机转轴与支撑组件中部固连；
所述第一全反镜、靶目标和监测设备均固定在支撑组件上端，其中第一全反镜设中间，靶目标和监测设备分别设在第一全反镜的两侧；
激光器发出的光经第一全反镜反射照射在靶目标上，靶目标表面的光信号进入监测设备而不被第一全反镜遮挡。
进一步地，所述支撑组件包括转杆和竖直安装在转杆两端的靶目标支杆和监测设备支杆，第一全反镜固定在转杆的中部，靶目标安装在靶目标支杆上，监测设备安装在监测设备支杆上；当第一全反镜处于靶目标与监测设备的连线上时，第一全反镜的设置高度低于靶目标和监测设备的设置高度。
进一步地，所述支撑组件包括转台和安装在转台外缘的靶目标支杆和监测设备支杆，第一全反镜固定在转台的中心，靶目标安装在靶目标支杆上，监测设备安装在监测设备支杆上；当第一全反镜处于靶目标与监测设备的连线上时，第一全反镜的设置高度低于靶目标和监测设备的设置高度。
进一步地，所述转台边缘安装有用于对靶目标进行正面辐照的第二全反镜，所述第二全反镜与转台可拆卸连接。
进一步地，所述支撑组件的边缘设有约束其运动轨迹的轨道。通过对支撑组件外端力学约束的方式，降低气流模块由于高速旋转造成的震动，提高系统的稳定性和安全性。
进一步地，所述激光器出射光光轴依次穿过第一全反镜的中心和电机转轴的轴心。
进一步地，所述第一全反镜和第二全反镜为棱镜、金属反射镜或介质膜反射镜。
进一步地，所述监测设备为相机、辐射测温计或光电探测器。
同时，本发明还提出了采用上述激光与表面气流联合破坏效应试验系统的试验方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)将靶目标和监测设备分别安装在靶目标支杆和监测设备支杆上；
2)根据靶目标所需的飞行线速度和支撑组件边缘到其中心的距离计算电机转速；
3)设置电机参数，打开电机的同时打开监测设备；
4)待电机运转至设定转速时，设定激光器出光参数并打开激光器，激光器发出的光经第一全反镜反射后照射在靶目标上，或者经第一全反镜反射到第二全反镜上后，再由第二全反射镜反射至靶目标；
5)激光器出光结束后关闭电机，待电机停止后导出监测设备中的数据。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的试验系统由电机转动带动固定在支撑组件外侧的靶目标达到试验所需的线速度，然后开启激光器对飞行状态下的靶目标进行辐照，由监测设备记录联合破坏效应所对应的结果。相比成本高昂和体积庞大的风洞系统，具有体积小、结构简单的特点，并且该试验系统中的靶目标处于开放空间中，适用范围较广，不会受限于风洞试验段函道的尺寸。
2、本发明目标处于标准大气压下，不会出现风洞系统中因气压增加而无法模拟飞行器在正常大气压下飞行状态的负效果。
3、本发明将转杆替换为转台时，在转台边缘安装第二全反镜，激光器发出的光经第一全反镜反射到第二全反镜上后，再由第二全反射镜反射至靶目标；利用第二全反镜实现对目标正面辐照，可以模拟正向气流和激光联合破坏效应。并且第二全反镜与转台可拆卸连接，通过调节第二全反镜的位置和角度,能模拟从0°到90°连续可变的光束入射角。
附图说明
图1是本发明激光与表面气流联合破坏效应试验系统的结构示意图；
图2是本发明试验系统支撑组件采用转台时的俯视图；
图3是本发明转杆端部或转台边缘被轨道约束时的局部状态示意图。
图中：1-激光器；2-第一全反镜；3-第二全反镜；4-电机；5-电机转轴；6-转杆；7-靶目标支杆；8-靶目标；9-监测设备支杆；10-监测设备；11-转台；12-轨道。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
参见图1和图3，一种激光与表面气流联合破坏效应的试验系统，包括靶目标8、光束模块、气流模拟模块和监测设备10，光束模块包括激光器1和第一全反镜2，所述第一全反镜2设置在激光器1的出射光路上；气流模拟模块包括旋转支撑组件，所述旋转支撑组件包括电机4和支撑组件，电机转轴5与支撑组件中部固连；所述激光器1出射光光轴依次穿过第一全反镜2的中心和电机转轴5的轴心。
所述支撑组件包括转杆6和竖直安装在转杆6两端的靶目标支杆7和监测设备支杆9，第一全反镜2固定在转杆6的中部，靶目标8安装在靶目标支杆7上，监测设备10安装在监测设备支杆9上；所述转杆6的端部设有约束其运动轨迹的轨道12，所述轨道12为圆形气垫轨道或磁悬浮轨道。通过对转杆6外端力学约束的方式，降低气流模块由于高速旋转造成的震动，提高系统的稳定性和安全性。
所述第一全反镜2为棱镜、金属反射镜或介质膜反射镜。所述监测设备10为相机、辐射测温计或光电探测器。
激光器1发出的光经第一全反镜2反射照射在靶目标8上，靶目标8表面的光信号进入监测设备10而不被第一全反镜2遮挡。当第一全反镜2处于靶目标8与监测设备10的连线上时，第一全反镜2的设置高度低于靶目标8和监测设备10的设置高度。
同时，该实施例还提出了采用上述激光与表面气流联合破坏效应试验系统的试验方法，包括以下步骤：
1)将靶目标8和监测设备10分别安装在靶目标支杆7和监测设备支杆9上；
2)根据靶目标8所需的飞行线速度和转杆6端部到其中心的距离计算电机4转速；
3)设置电机4参数，打开电机4的同时打开监测设备10；
4)待电机4运转至设定转速时，设定激光器1出光参数并打开激光器1，激光器1发出的光经第一全反镜2反射后照射在靶目标8上；
5)激光器1出光结束后关闭电机4，待电机4停止后导出监测设备10中的数据。
实施例二
参见图2，一种激光与表面气流联合破坏效应的试验系统，包括靶目标8、光束模块、气流模拟模块和监测设备10，光束模块包括激光器1和第一全反镜2，所述第一全反镜2设置在激光器1的出射光路上；气流模拟模块包括旋转支撑组件，所述旋转支撑组件包括电机4和支撑组件，电机转轴5与支撑组件中部固连；所述激光器1出射光光轴依次穿过第一全反镜2的中心和电机转轴5的轴心。
所述支撑组件包括转台11和安装在转台11外缘的靶目标支杆7和监测设备支杆9，第一全反镜2固定在转台11的中心，靶目标8安装在靶目标支杆7上，监测设备10安装在监测设备支杆9上；转台11的边缘同样设有约束其运动轨迹的轨道12，所述轨道12为圆形气垫轨道或磁悬浮轨道。
靶目标8表面的光信号进入监测设备10而不被第一全反镜2遮挡。当第一全反镜1处于靶目标8与监测设备10的连线上时，第一全反镜2的设置高度低于靶目标8和监测设备10的设置高度。
转台11边缘安装有用于对靶目标8进行正面辐照的第二全反镜3，激光器1发出的光经第一全反镜2反射到第二全反镜3上后，再由第二全反射镜3反射至靶目标；第二全反镜与转台可拆卸连接，通过调节第二面第二全反镜3的位置和角度,能模拟从0°到90°连续可变的光束入射角。利用第二全反镜3对目标正面辐照，可以模拟正向气流和激光联合破坏效应。
所述第一全反镜2和第二全反镜3为棱镜、金属反射镜或介质膜反射镜。所述监测设备10为相机、辐射测温计或光电探测器。
同时，该实施例还提出了采用上述激光与表面气流联合破坏效应试验系统的试验方法，包括以下步骤：
1)将靶目标8和监测设备10分别安装在靶目标支杆7和监测设备支杆9上；
2)根据靶目标8所需的飞行线速度和转台11边缘到其中心的距离计算电机4转速；
3)设置电机4参数，打开电机4的同时打开监测设备10；
4)待电机4运转至设定转速时，设定激光器1出光参数并打开激光器1，激光器1发出的光经第一全反镜2反射到第二全反镜上后，再由第二全反射镜反射至靶目标；
5)激光器1出光结束后关闭电机4，待电机4停止后导出监测设备10中的数据。
结合实施例一和实施例二进行举例说明：
例如，模拟0.8马赫亚声速飞行状态下的空天目标的激光辐照效应(例如导弹和飞行器)，需要模拟的靶目标8的飞行线速度约为272m/s，在转杆或转台半径为1m的情况下，设置电机4转速为43转/秒。按照实际空天目标制成外观尺寸缩比的靶目标8，并固定在靶目标支杆7上，将摄像机固定在监测设备支杆9上。开启摄像机，运行电机4，待靶目标8达到预定线速度后，开启激光器1，对飞行状态下的靶目标8进行辐照。由于摄像机相对于靶目标8位置始终保持静止，所以摄像机可以清晰记录下靶目标8在激光辐照下的效应现象。
应当说明，以上所述的仅是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。