Diagnóstico óptico de alta velocidad de un cañón supersónico de ping-pong

Proporcionamos instrucciones para construir y operar un cañón de ping pong supersónico junto con técnicas de diagnóstico óptico para medir las velocidades de la pelota y detectar ondas de choque. La configuración del filo óptico de la cuchilla es altamente sensible a las pequeñas desviaciones transversales de un rayo láser y proporciona un medio para detectar las ondas de choque asociadas con el cañón. Para comenzar, alimente los receptores de fotos y el módulo láser conectándolos a una fuente de alimentación limitada de corriente de 15 voltios y a una fuente de alimentación láser.

Luego, conecte los receptores de fotos a los dos canales del osciloscopio usando cables BNC. Para la configuración de diagnóstico óptico, coloque el láser perpendicular al cañón fabricado con el primer haz atravesando las ventanas de acrílico dentro de la tubería, y el segundo justo fuera de la salida del cañón. Coloque cinta aislante negra sobre la mitad del sensor del receptor de fotos, creando una configuración de detección de choques con filo de cuchillo.

Para evitar el recorte, ajuste la posición del haz en el borde de la cuchilla para que el voltaje de referencia sea aproximadamente el 50% del máximo. A continuación, ajuste la configuración del osciloscopio para recopilar 20 millones de puntos de datos. Utilice la perilla de escala horizontal para establecer la velocidad de adquisición de datos en 500 megahercios.

Gire la perilla del gatillo para disparar a una tensión ligeramente por debajo de la línea de base establecida adquirida del receptor de fotos. Antes de disparar el PPC, use protección para los oídos y los ojos. Inserte una pelota de ping pong en la salida del cañón y sople ligeramente en el extremo del cañón hasta que golpee el accesorio de vacío cerca de la entrada de la tubería.

Selle la brida de salida del cañón y la tapa de acrílico con dos piezas de cinta cuadrada. Asegúrese de que el rayo láser esté centrado en el filo de la cuchilla, que el gatillo esté colocado correctamente y que el contenedor de captura esté seguro. Encienda la bomba de vacío para evacuar la tubería a una presión absoluta reducida de menos de dos Torr.

Una vez que se alcance un vacío suficiente, use una punta de cabeza ancha para perforar la cinta en la entrada. Después de disparar, apague la bomba de vacío y retire cualquier cinta restante de la brida de salida y la tapa de acrílico. Para disparar el PPC supersónico, cierre la válvula que conecta la tubería del controlador al compresor de aire y llene el tanque del compresor de aire.

Sopla la pelota, como se demostró anteriormente. Después de sellar la brida de salida PPC supersónica, inserte un diafragma de poliéster precortado delgado entre dos juntas de goma y colóquelas entre el controlador del cañón y las secciones accionadas. Conecte las dos secciones con cuatro abrazaderas de leva.

Una vez que se reduce la presión en la tubería, libere la presión del compresor de aire en la tubería conductora, permitiendo que la presión aumente hasta que el diafragma se rompa y el aire comprimido dentro de la tubería del controlador llene la tubería impulsada evacuada. Después del disparo supersónico de PPC, apague el compresor de aire y la bomba de vacío. Retire el diafragma de poliéster roto y la cinta del cañón.

La onda de choque de propagación, reflejada a lo largo del proceso de disparo del cañón, estaba representada por un cambio en el voltaje con respecto al tiempo. Un pico positivo o negativo demuestra la dirección de la onda de choque en la señal, y la velocidad se calculó a través del ancho de pulso cuadrado, producido por la bola que corta el haz. Se utilizó un microprocesador para procesar la señal del haz que atraviesa el interior de la tubería para calcular y mostrar automáticamente la velocidad de la bola cerca de la salida del cañón.

Las trazas del osciloscopio demostraron el disparo de doble canal del PPC supersónico. La traza superior representa el haz que atraviesa el interior del cañón, cerca de la salida. Mientras que la traza inferior corresponde al rayo que atraviesa el camino de la pelota de ping pong después de salir del cañón.

Una señal de corte indicaba que la bola pasaba y obstruía cada haz. La gráfica del diferencial de presión frente al número de Mach reveló que los diafragmas de 0.001 y 0.002 pulgadas de espesor se rompen a un diferencial de presión suficiente para acelerar la pelota de ping pong a una velocidad supersónica. La velocidad de la bola era consistentemente mayor que Mach 1.3 con un diafragma de 0.002 pulgadas de espesor.

El cañón de ping pong supersónico presentado y el diagnóstico óptico mejorarán el valor del cañón, tanto como dispositivo de demostración como aparato para experimentos de laboratorio de seguimiento.