本發(fā)明涉及沖擊動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域,特別是一種輕氣炮發(fā)射裝置。
背景技術(shù):
隨著現(xiàn)代沖擊動(dòng)力學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展,對(duì)于材料的加載方式提出了更加苛刻的要求。氣炮尤其是改進(jìn)后的小型輕氣炮,以壓縮氣體作為動(dòng)力源,驅(qū)動(dòng)彈丸以超高速(0~1000m/s)撞擊樣品,從而實(shí)現(xiàn)材料的超高應(yīng)變率加載。憑借此特點(diǎn),氣炮在航天器防護(hù)研究、地球物理研究、動(dòng)能武器研究等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
目前,普通的輕氣炮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)多采用破膜式和電磁閥式發(fā)射系統(tǒng)。破膜式發(fā)射是將預(yù)先準(zhǔn)備好的已知破膜壓力的膜片,置于子彈后端并固定,然后向炮管加壓當(dāng)壓力達(dá)到膜片破膜壓力時(shí),膜片瞬間破裂,子彈獲得較大初始發(fā)射壓力而快速向前推進(jìn)。電磁閥式發(fā)射是在炮管和氣瓶之間設(shè)置一電磁閥,先向氣瓶加壓到預(yù)定值,然后開(kāi)啟電磁閥,氣體釋放推動(dòng)子彈快速前進(jìn)。
現(xiàn)有的發(fā)射系統(tǒng)在實(shí)際的使用過(guò)程中存在著許多的問(wèn)題。
破膜式發(fā)射系統(tǒng),能夠獲得較大初始發(fā)射壓力,但是其破膜壓力只能由膜片決定;實(shí)驗(yàn)加氣壓力受膜片的限制,使得子彈的速度難以控制,難以設(shè)計(jì)壓力-速度連續(xù)可調(diào)的系列性實(shí)驗(yàn);此外,膜片多為鋁片,在加工過(guò)程中難免在其表面造成劃痕等缺陷,而且相同材料的膜片其內(nèi)部也可能存在不同的缺陷,導(dǎo)致同種材料同種厚度的膜片的破膜壓力各不相同,打出的子彈速度也就不同。此外其破膜的膜片易脫落,隨彈丸一起向前飛行,造成飛行發(fā)射質(zhì)量的不確定性,并且金屬的膜片高速飛行狀態(tài)下很容易損傷價(jià)格高昂的炮管內(nèi)壁。這些缺陷使得實(shí)驗(yàn)人員難以設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)速度精確,實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全可靠的實(shí)驗(yàn)。
電磁閥式發(fā)射系統(tǒng),為了提高響應(yīng)速度其內(nèi)部氣體通徑通常較小,開(kāi)啟速度也相對(duì)較慢,同時(shí)電磁閥由于電磁力限制,很難做到大通徑的高壓電磁閥,這導(dǎo)致在發(fā)射時(shí)子彈后端壓降明顯,造成實(shí)際發(fā)射壓強(qiáng)與所加氣壓差異較大,氣體未能夠快速釋放全部勢(shì)能。電磁閥式發(fā)射系統(tǒng)適用于加氣壓力較小的實(shí)驗(yàn),用于氣體壓力較高的實(shí)驗(yàn)中就會(huì)產(chǎn)生較大誤差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的現(xiàn)有破膜式發(fā)射系統(tǒng)破膜壓力只能由膜片決定,子彈的速度難以控制,難以設(shè)計(jì)壓力-速度連續(xù)可調(diào)的系列性實(shí)驗(yàn),現(xiàn)有電磁閥式發(fā)射系統(tǒng)在發(fā)射時(shí)子彈后端壓降明顯,只適用于加氣壓力較小的實(shí)驗(yàn),用于氣體壓力較高的實(shí)驗(yàn)中就會(huì)產(chǎn)生較大誤差的問(wèn)題,提供一種輕氣炮發(fā)射裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種輕氣炮發(fā)射裝置,包括:
發(fā)射管,包括用于彈丸導(dǎo)向和加速的內(nèi)腔;
發(fā)射部件,包括發(fā)射腔、第一導(dǎo)氣通道和第二導(dǎo)氣通道,所述發(fā)射腔用于設(shè)置所述彈丸,所述第一導(dǎo)氣通道連通所述發(fā)射腔并將氣體均勻?qū)蛩鰪椡璧膫?cè)壁,所述第二導(dǎo)氣通道連通所述發(fā)射腔并將氣體導(dǎo)向所述彈丸端壁,所述發(fā)射腔連接所述發(fā)射管;
儲(chǔ)氣部件,連通所述第一導(dǎo)氣通道;
供氣部件,包括第一管路和第二管路,所述第一管路連通所述第一導(dǎo)氣通道,所述第二管路連通所述第二導(dǎo)氣通道,所述第一管路和所述第二管路分別連通氣源。
使用時(shí),氣源的壓力氣體由所述第一管路進(jìn)入所述第一導(dǎo)氣通道,壓力氣體的壓強(qiáng)作用在所述彈丸的側(cè)壁,所述彈丸受平衡力保證靜止,同時(shí)壓力氣體經(jīng)所述第一導(dǎo)氣通道向所述儲(chǔ)氣部件充氣蓄能,當(dāng)所述儲(chǔ)氣部件內(nèi)部壓力達(dá)到所需值后,氣源的壓力氣體由所述第二管路進(jìn)入所述第二導(dǎo)氣通道,壓力氣體的壓強(qiáng)作用在所述彈丸的端壁,所述彈丸受到向前的推力逐步向前移動(dòng),在所述彈丸向前移動(dòng),作用于所述彈丸側(cè)壁的平衡氣壓被破壞的瞬間,所述儲(chǔ)氣部件內(nèi)存儲(chǔ)的壓力氣體快速釋放并作用于所述彈丸的端壁,推動(dòng)所述彈丸高速前進(jìn),實(shí)現(xiàn)所述彈丸的發(fā)射。
采用本發(fā)明所述的輕氣炮發(fā)射裝置,相比破膜式發(fā)射系統(tǒng),所述彈丸的速度由充入所述儲(chǔ)氣部件內(nèi)氣體壓力的大小決定,發(fā)射時(shí)間由開(kāi)啟所述第二管路通氣決定,即發(fā)射的速度、壓力大小和時(shí)間等參數(shù)可控,相比電磁閥式發(fā)射系統(tǒng),所述儲(chǔ)氣部件釋放壓力氣體推動(dòng)所述彈丸高速前進(jìn)的通道不設(shè)置電磁閥啟閉,通道的直徑可設(shè)計(jì)較電磁閥式發(fā)射系統(tǒng)通徑大得多,保證所述彈丸發(fā)射后壓力氣體持續(xù)作用,無(wú)明顯壓降,減小誤差,該輕氣炮發(fā)射裝置原理清晰,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,結(jié)合了電磁閥式發(fā)射系統(tǒng)的可控性和破膜式發(fā)射系統(tǒng)的高效性,同時(shí)相較現(xiàn)有技術(shù)在發(fā)射壓力上具有極大突破,所得結(jié)果誤差更小,工作效率更高。
優(yōu)選地,該輕氣炮發(fā)射裝置還包括限位環(huán),所述限位環(huán)設(shè)于所述發(fā)射腔內(nèi),所述彈丸套接于所述限位環(huán),所述限位環(huán)朝向所述第一導(dǎo)氣通道的端面與所述第一導(dǎo)氣通道端面之間具有間隙腔,所述彈丸的側(cè)壁位于所述間隙腔內(nèi)。
采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置,所述限位環(huán)用于限制所述彈丸的初始位置,保持所述彈丸在所述發(fā)射腔中穩(wěn)定,所述間隙腔連通所述第一導(dǎo)氣通道,壓力氣體經(jīng)所述第一導(dǎo)氣通道進(jìn)入所述間隙腔,并作用于所述彈丸的側(cè)壁,使所述彈丸受平衡力保持相對(duì)靜止。
優(yōu)選地,所述第一導(dǎo)氣通道包括均勻分布的若干個(gè)通孔,所有所述通孔一端連通所述間隙腔,所有所述通孔另一端連通所述儲(chǔ)氣部件。
采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置,便于壓力氣體快速、均勻的分布作用于所述彈丸的側(cè)壁。
優(yōu)選地,所述第二管路連通所述第一管路,所述第二管路上設(shè)有閥門(mén)。
采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置,所述第二管路連通所述第一管路,所述第一管路連接氣源,能夠簡(jiǎn)化所述供氣部件的結(jié)構(gòu),節(jié)約材料成本。
優(yōu)選地,所述閥門(mén)為電磁閥。
優(yōu)選地,該輕氣炮發(fā)射裝置還包括發(fā)射轉(zhuǎn)接頭和儲(chǔ)氣轉(zhuǎn)接頭,所述發(fā)射管連接所述發(fā)射轉(zhuǎn)接頭,所述發(fā)射轉(zhuǎn)接頭連接所述發(fā)射部件,所述發(fā)射部件連接所述儲(chǔ)氣轉(zhuǎn)接頭,所述儲(chǔ)氣轉(zhuǎn)接頭連接所述儲(chǔ)氣部件。
優(yōu)選地,所述儲(chǔ)氣部件為碳纖維高壓氣瓶。
優(yōu)選地,所述發(fā)射管與所述發(fā)射部件的連接部位設(shè)有密封部件,所述儲(chǔ)氣部件與所述發(fā)射部件的連接部位設(shè)有所述密封部件,所述供氣部件與所述發(fā)射部件的連接部位設(shè)有所述密封部件。
優(yōu)選地,所述密封部件為o型密封圈。
優(yōu)選地,所述彈丸的兩端分別設(shè)有至少一個(gè)密封圈,將氣體隔絕在所述彈丸的側(cè)壁。
綜上所述,由于采用了上述技術(shù)方案,本發(fā)明的有益效果是:
1、運(yùn)用本發(fā)明所述的輕氣炮發(fā)射裝置,相比破膜式發(fā)射系統(tǒng),所述彈丸的速度由充入所述儲(chǔ)氣部件內(nèi)氣體壓力的大小決定,發(fā)射時(shí)間由開(kāi)啟所述第二管路通氣決定,即發(fā)射的速度、壓力大小和時(shí)間等參數(shù)可控,相比電磁閥式發(fā)射系統(tǒng),所述儲(chǔ)氣部件釋放壓力氣體推動(dòng)所述彈丸高速前進(jìn)的通道不設(shè)置電磁閥啟閉,通道的直徑可設(shè)計(jì)較電磁閥式發(fā)射系統(tǒng)通徑大得多,保證所述彈丸發(fā)射后壓力氣體持續(xù)作用,無(wú)明顯壓降,減小誤差,該輕氣炮發(fā)射裝置原理清晰,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,結(jié)合了電磁閥式發(fā)射系統(tǒng)的可控性和破膜式發(fā)射系統(tǒng)的高效性,同時(shí)相較現(xiàn)有技術(shù)在發(fā)射壓力上具有極大突破,所得結(jié)果誤差更小,工作效率更高;
2、運(yùn)用本發(fā)明所述的輕氣炮發(fā)射裝置,該輕氣炮發(fā)射裝置還包括限位環(huán),所述限位環(huán)設(shè)于所述發(fā)射腔內(nèi),所述彈丸套接于所述限位環(huán),所述限位環(huán)朝向所述第一導(dǎo)氣通道的端面與所述第一導(dǎo)氣通道端面之間具有間隙腔,所述彈丸的側(cè)壁位于所述間隙腔內(nèi),采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置,所述限位環(huán)用于限制所述彈丸的初始位置,保持所述彈丸在所述發(fā)射腔中穩(wěn)定,所述間隙腔連通所述第一導(dǎo)氣通道,壓力氣體經(jīng)所述第一導(dǎo)氣通道進(jìn)入所述間隙腔,并作用于所述彈丸的側(cè)壁,使所述彈丸受平衡力保持相對(duì)靜止;
3、運(yùn)用本發(fā)明所述的輕氣炮發(fā)射裝置,所述第一導(dǎo)氣通道包括均勻分布的若干個(gè)通孔,所有所述通孔一端連通所述間隙腔,所有所述通孔另一端連通所述儲(chǔ)氣部件,采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置,便于壓力氣體快速、均勻的分布作用于所述彈丸的側(cè)壁;
4、運(yùn)用本發(fā)明所述的輕氣炮發(fā)射裝置,所述第二管路連通所述第一管路,所述第二管路上設(shè)有閥門(mén),采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置,所述第二管路連通所述第一管路,所述第一管路連接氣源,能夠簡(jiǎn)化所述供氣部件的結(jié)構(gòu),節(jié)約材料成本。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明所述的輕氣炮發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明所述的輕氣炮發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖;
圖3為圖2中a-a剖視下的發(fā)射腔結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)記:1-發(fā)射管,2-發(fā)射部件,21-發(fā)射腔,22-第一導(dǎo)氣通道,23-第二導(dǎo)氣通道,3-儲(chǔ)氣部件,4-供氣部件,41-第一管路,42-第二管路,43-閥門(mén),5-限位環(huán),6-彈丸,7-發(fā)射轉(zhuǎn)接頭,8-儲(chǔ)氣轉(zhuǎn)接頭。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖,對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例
如圖1-3所示,本發(fā)明所述的一種輕氣炮發(fā)射裝置,包括:
發(fā)射管1,包括用于彈丸6導(dǎo)向和加速的內(nèi)腔;
發(fā)射部件2,包括發(fā)射腔21、第一導(dǎo)氣通道22和第二導(dǎo)氣通道23,所述發(fā)射腔21用于設(shè)置所述彈丸6,所述第一導(dǎo)氣通道22連通所述發(fā)射腔21并將氣體均勻?qū)蛩鰪椡?的側(cè)壁,所述第二導(dǎo)氣通道23連通所述發(fā)射腔21并將氣體導(dǎo)向所述彈丸6端壁,所述發(fā)射腔21連接所述發(fā)射管1;
儲(chǔ)氣部件3,連通所述第一導(dǎo)氣通道22;
供氣部件4,包括第一管路41和第二管路42,所述第一管路41連通所述第一導(dǎo)氣通道22,所述第二管路42連通所述第二導(dǎo)氣通道23,所述第一管路41和所述第二管路42分別連通氣源。
使用時(shí),氣源的壓力氣體由所述第一管路41進(jìn)入所述第一導(dǎo)氣通道22,如圖2中虛線箭頭所示,壓力氣體的壓強(qiáng)作用在所述彈丸6的側(cè)壁,所述彈丸6受平衡力保證靜止,同時(shí)壓力氣體經(jīng)所述第一導(dǎo)氣通道22向所述儲(chǔ)氣部件3充氣蓄能,當(dāng)所述儲(chǔ)氣部件3內(nèi)部壓力達(dá)到所需值后,氣源的壓力氣體由所述第二管路42進(jìn)入所述第二導(dǎo)氣通道23,如圖2中實(shí)線箭頭所示,壓力氣體的壓強(qiáng)作用在所述彈丸6的端壁,所述彈丸6受到向前的推力逐步向前移動(dòng),在所述彈丸6向前移動(dòng),作用于所述彈丸6側(cè)壁的平衡氣壓被破壞的瞬間,所述儲(chǔ)氣部件3內(nèi)存儲(chǔ)的壓力氣體快速釋放并作用于所述彈丸6的端壁,推動(dòng)所述彈丸6高速前進(jìn),實(shí)現(xiàn)所述彈丸6的發(fā)射。
作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選方案,該輕氣炮發(fā)射裝置還包括限位環(huán)5,所述限位環(huán)5設(shè)于所述發(fā)射腔21內(nèi),所述彈丸6套接于所述限位環(huán)5,所述限位環(huán)5朝向所述第一導(dǎo)氣通道22的端面與所述第一導(dǎo)氣通道22端面之間具有間隙腔,所述彈丸6的側(cè)壁位于所述間隙腔內(nèi),采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置,所述限位環(huán)5用于限制所述彈丸6的初始位置,保持所述彈丸6在所述發(fā)射腔21中穩(wěn)定,所述間隙腔連通所述第一導(dǎo)氣通道22,壓力氣體經(jīng)所述第一導(dǎo)氣通道22進(jìn)入所述間隙腔,并作用于所述彈丸6的側(cè)壁,使所述彈丸6受平衡力保持相對(duì)靜止。如圖3所示,所述第一導(dǎo)氣通道22包括均勻分布的五個(gè)通孔,所有所述通孔一端連通所述間隙腔,所有所述通孔另一端連通所述儲(chǔ)氣部件3,采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置,便于壓力氣體快速、均勻的分布作用于所述彈丸6的側(cè)壁。所述第二管路42連通所述第一管路41,所述第二管路42上設(shè)有閥門(mén)43,采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)置,所述第二管路42連通所述第一管路41,所述第一管路41連接氣源,能夠簡(jiǎn)化所述供氣部件4的結(jié)構(gòu),節(jié)約材料成本,所述閥門(mén)43為電磁閥。
作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選方案,該輕氣炮發(fā)射裝置還包括發(fā)射轉(zhuǎn)接頭7和儲(chǔ)氣轉(zhuǎn)接頭8,所述發(fā)射管1連接所述發(fā)射轉(zhuǎn)接頭7,所述發(fā)射轉(zhuǎn)接頭7連接所述發(fā)射部件2,所述發(fā)射部件2連接所述儲(chǔ)氣轉(zhuǎn)接頭8,所述儲(chǔ)氣轉(zhuǎn)接頭8連接所述儲(chǔ)氣部件3。所述儲(chǔ)氣部件3為碳纖維高壓氣瓶。所述發(fā)射管1與所述發(fā)射部件2的連接部位設(shè)有密封部件,所述儲(chǔ)氣部件3與所述發(fā)射部件2的連接部位設(shè)有所述密封部件,所述供氣部件4與所述發(fā)射部件2的連接部位設(shè)有所述密封部件,所述密封部件為o型密封圈。所述彈丸6的兩端分別設(shè)有至少一個(gè)密封圈,將氣體隔絕在所述彈丸6的側(cè)壁。
運(yùn)用本發(fā)明所述的輕氣炮發(fā)射裝置,相比破膜式發(fā)射系統(tǒng),所述彈丸6的速度由充入所述儲(chǔ)氣部件3內(nèi)氣體壓力的大小決定,發(fā)射時(shí)間由開(kāi)啟所述第二管路42通氣決定,即發(fā)射的速度、壓力大小和時(shí)間等參數(shù)可控,相比電磁閥式發(fā)射系統(tǒng),所述儲(chǔ)氣部件3釋放壓力氣體推動(dòng)所述彈丸6高速前進(jìn)的通道不設(shè)置電磁閥啟閉,通道的直徑可設(shè)計(jì)較電磁閥式發(fā)射系統(tǒng)通徑大得多,保證所述彈丸6發(fā)射后壓力氣體持續(xù)作用,無(wú)明顯壓降,減小誤差,該輕氣炮發(fā)射裝置原理清晰,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,結(jié)合了電磁閥式發(fā)射系統(tǒng)的可控性和破膜式發(fā)射系統(tǒng)的高效性,同時(shí)相較現(xiàn)有技術(shù)在發(fā)射壓力上具有極大突破,所得結(jié)果誤差更小,工作效率更高。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。