本发明属于脉冲功率，具体涉及一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置及方法。
背景技术：
1、激波是爆炸毁伤的主要载荷形式之一，利用安全可控的爆炸模拟装置开展稳定、可重复的爆炸毁伤研究和冲击加载实验是开展实验室研究的基础。激波管作为一种动态载荷加载实验设备，具有经济成本低、可重复性高和易于测试数据等优点。炸药驱动激波管是较真实复现高超压激波场景的可能方式，当前研究更多关注激波与爆炸产物分离状态、波阵面形态等实验参数测试，但在实际情况中，还会面临多个连续激波载荷以及材料的响应问题。传统的激波管产生依靠高压气体或燃烧反应产生初始压力，对人员和设备存在一定危险性。此外，随着对激波管实验压力需求的升高，对其驱动段承压、密封等技术的要求可能会导致过高的加工成本，同时也可能超出现有的技术极限。
2、因此，需要一种在较宽参数范围内、模拟不同场景下冲击波的激波管装置，而理想的爆炸源就是金属丝电爆炸(electrical explosion of a wire)，简称金属丝爆。金属丝电爆炸是指脉冲电流注入金属丝后，在焦耳热的作用下，金属丝被快速加热、汽化、电离，最后产生等离子体，伴随强光辐射和冲击波等效应。与化学爆炸相比，金属丝是本质安全的材料，在脉冲电流的驱动下，电爆炸过程重复性好、可控性高，初始爆炸产物具备高密度(>1019/cm3)、高压强(gpa量级)、高辐射功率(gw/m2量级)与较高温度(1-10ev)的特点，是理想的冲击波源。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置及方法。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，包括电源、脉冲电容器、三电极火花开关、激波管、膜片、电极单元、靶单元和空气压缩单元；激波管内设有电爆炸负载单元、膜片、电极单元和靶单元；电源正极连接脉冲电容器一端、三电极火花开关一端，电源负极和脉冲电容器另一端接地；三电极火花开关另一端与电爆炸负载单元一端连接，电爆炸负载单元另一端接地；激波管的输出端连接空气压缩单元。
4、基于上述技术方案，更进一步地，电爆炸负载单元包括第一电极、第二电极和金属件，激波管具有刚性壁面；第一电极连接三电极火花开关一端，第二电极接地，且第一电极和第二电极之间设有金属件；第一电极、第二电极和金属件的同一侧设有激波管的刚性壁面。
5、基于上述技术方案，更进一步地，所述金属件为金属丝或金属箔，且金属丝的直径范围为50μm-400μm，其中，金属丝的纯度约99.99％，而金属箔的尺寸可根据实际情况设置。
6、基于上述技术方案，更进一步地，所述电极单元包括若干个电极对，每个电极对都构成一个独立的放电系统，且每个电极对都包括两个电极，在激波管的上方设有电极对的一个电极，在激波管的下方设有电极对的另一个电极，且位于激波管上方的电极通过气动开关接地，位于激波管下方的电极通过电容接地。其中，电容优选为可变电容，各电极对之间间隔相等，每个电极作为一个放电系统可通过电源为电容充电。
7、基于上述技术方案，更进一步地，所述膜片和靶单元设于电极单元的不同侧。
8、基于上述技术方案，更进一步地，所述激波管的输出端与空气压缩单元之间还设有调节控制气压的气阀。
9、基于上述技术方案，更进一步地，所述电爆炸负载单元的电源系统由电源、脉冲电容器和三电极火花开关组成，其中，该电源优选为直流电源。具体是通过电源为脉冲电容器充电，达到所需电压，闭合三电极火花开关，驱动负载电爆炸；其中，电源系统的输出电压的调节范围为7.1kv-50kv。
10、基于上述技术方案，更进一步地，所述脉冲电容器的储能范围为150j-7500j。
11、基于上述技术方案，更进一步地，所述激波管被膜片分隔为两个气压不同的区域，膜片的一侧区域爆炸源形成一种高温高压环境，膜片的另一侧区域与空气压缩单元相连，控制膜片的另一侧区域形成一种低压环境。其中，高温高压环境中的高压端压力一般在在gpa量级，其由电爆炸产生，大小可控，高压段范围优选0.1-2gpa，温度范围优选3000-6000k。低压环境中的低压端范围主要根据所选膜片的类型来选择，低压段范围优选0.01-0.5gpa。
12、一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生方法，采用一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，包括以下步骤：
13、1、采用电爆炸负载单元作为爆炸源产生激波，通过电极单元对激波进行加速处理；具体的，将电爆炸复杂单元中的金属丝或金属箔电爆炸作为爆炸源产生激波，激波强度可调控，并可通过电极单元的放电系统实现对前序冲击波耦合的时序的控制。
14、2、得到激波簇，最终作用于靶单元上。
15、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
16、(1)本发明施加脉冲电流至金属丝/箔负载上，驱动金属丝/箔发生电爆炸，作为高压气源和冲击波加载装置，促使膜片破裂，产生初始激波；在激波管内增加电极单元，控制放电时序，产生二次激波叠加，实现初始激波的增强和加速；在加速区后设计靶单元，研究激波与特定材料的相互作用机制，模拟激波的破坏效果。
17、(2)本发明记载的发生装置，其爆炸源结构可实现大气空气环境下运行，操作简单、可控，重复性强，可通过改变参数产生不同的爆炸效果，实现对冲击波强度和其他参数的控制，其他参数包括放电参数、激波管内时空压力分布参数等。
18、(3)本发明记载的产生装置，爆炸源作为激波管的高压段，可选择不同的膜片来控制爆炸源进入加速区的初始压力，当高圧段中气体压力超过聚脂薄膜的承受极限时会导致其破裂(膜片材质一般采用聚酯薄膜，厚度范围约在mm量级,同时可采用不同厚度膜片组合的形式，可根据实际情况选择)。金属丝电爆炸产生压力在gpa量级，根据所选膜片类型控制膜压比(高压与低压区域压力比值)。另外，气压控制装置可调节膜片压力，便于产生特定强度和方向的冲击波。
19、(4)本发明记载的发生装置，在电极单元位置设有多个电极对，回路中电容大小可变(nf级别)，利用直流电源进行储能(百焦耳量级)，配合三电极火花开关，可实现对前序冲击波耦合时序的控制，形成不同速度和形状激波串。
20、(5)本发明记载的发生装置，在靶单元内可放置不同的材料，模拟爆炸产生的损伤破坏效应，研究激波与物质相互作用。
1.一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，其特征在于，包括电源、脉冲电容器、三电极火花开关、激波管、膜片、电极单元、靶单元和空气压缩单元；
2.根据权利要求1所述的一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，其特征在于，所述电爆炸负载单元包括第一电极、第二电极和金属件，激波管具有刚性壁面；第一电极连接三电极火花开关一端，第二电极接地，且第一电极和第二电极之间设有金属件；第一电极、第二电极和金属件的同一侧设有激波管的刚性壁面。
3.根据权利要求2所述的一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，其特征在于，所述金属件为金属丝或金属箔，其中，金属丝的直径范围为50μm-400μm。
4.根据权利要求1所述的一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，其特征在于，所述电极单元包括若干个电极对，每个电极对都构成一个独立的放电系统，且每个电极对都包括两个电极，在激波管的上方设有电极对的一个电极，在激波管的下方设有电极对的另一个电极，且位于激波管上方的电极通过气动开关接地，位于激波管下方的电极通过电容接地。
5.根据权利要求1所述的一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，其特征在于，所述膜片和靶单元设于电极单元的不同侧。
6.根据权利要求1所述的一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，其特征在于，所述激波管的输出端与空气压缩单元之间还设有调节控制气压的气阀。
7.根据权利要求1所述的一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，其特征在于，所述电爆炸负载单元的电源系统由电源、脉冲电容器和三电极火花开关组成，通过电源为脉冲电容器充电，达到所需电压，闭合三电极火花开关，驱动负载电爆炸；其中，电源系统的输出电压的调节范围为7.1kv-50kv。
8.根据权利要求1所述的一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，其特征在于，所述脉冲电容器的储能范围为150j-7500j。
9.根据权利要求1所述的一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，其特征在于，所述激波管被膜片分隔为两个气压不同的区域，膜片的一侧区域爆炸源形成一种温压环境，膜片的另一侧区域与空气压缩单元相连，控制膜片的另一侧区域形成一种压力环境。
10.一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生方法，采用权利要求1-9任一项所述的一种电爆炸激波管驱动的可控激波簇发生装置，其特征在于，包括以下步骤：
