CN101680735B - 用于发射烟火发射体的燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于发射烟火发射体的燃烧室(3)，所述燃烧室包括具有顶壁、底壁和侧壁的容器(4)，其中，所述顶壁包含排气孔(1)。本发明还提供了一种发射系统、一种用于发射烟火发射体的方法、以及包括根据本发明的燃烧室(3)或发射系统以及用在燃烧室(3)中的推进剂装料(7)的一套部件。

Description

用于发射烟火发射体的燃烧室

技术领域

本发明涉及一种燃烧室、一种用于发射(launch)烟火发射体(fireworksprojectile，烟火射弹)的发射系统、一种用于发射烟火发射体的方法、以及包括发射系统和推进剂装料的一套部件。

背景技术

烟火发射体属于烟火物品的范畴。烟火发射体通常从可重复使用的发射管中发射出来。烟火发射体是装载有烟火效果(effect)、类似于星星、彗形物、蜂鸣器、汽笛声的“特技效果”等的容器。烟火发射体涉及许多不同的形状和尺寸。它们都制造有称作“上升装料”的推进剂装料，并且该推进剂装料附接于发射体。一般地，上升装料包括加压的、颗粒状的且筛分(sieve)过的黑火药。黑火药(或者有时也称作火药)是硝酸钾(KNO3)、木炭和硫磺的混合物。这样的黑火药装料将发射体推入到空气中。当黑火药被点燃时会非常迅速地燃烧，即，所谓的爆燃或突燃。在爆燃过程中产生了热气，该热气能够使得发射体从发射管中发射出来。

烟火发射体通常形成有定时导火索(fuse，引线)，该定时导火索用作烟火效果在空气中爆炸的延时元件。该定时导火索借助于黑火药产生的热量被点燃，并且在一定延迟之后时该定时导火索点燃所述发射体内的烟火效果(通常在发射体处于发射之后的其最高点(所谓的“顶点”)时位于定时导火索的另一端处)。

黑火药的公知特征是，在低压力下具有较高的燃烧速率(burnrate)。

烟火发射体和烟火发射系统的特征是，烟火发射体可相当宽松地装配在发射管内。因此，在发射体与发射管之间通常具有数毫米或更大的“间隙”。应进一步注意的是，发射管通常也由相对薄壁的材料制成，这也限制了能够使用的最大压力。这些因素(即，大气压下黑火药的高燃烧速率、发射体与发射管之间的间隙、以及发射管的薄壁)的组合使得黑火药成为烟火发射体的优选推进剂装料。

用于发射烟火发射体的当前可用技术的主要问题是，在黑火药燃烧时会产生作为不期望的副产物的大量烟雾。大约一半量的黑火药作为烟雾(即，非常小的固体燃烧产物)而结束。

一种可能性是使用基于硝化纤维基枪炮推进剂材料的无烟火药。然而，无烟火药需要高压力来适当地点燃并迅速地燃烧。简单地用无烟枪炮推进剂材料替换黑火药会导致无法发射烟火发射体，这是因为烟火发射系统内部的压力太低而不能使得无烟火药适当地点燃和燃烧。例如，在US 7,104,199中描述了一种系统，该系统使用硝化纤维基推进剂材料发射烟火弹或彗形物。在所述文件中，已描述了硝化纤维的低温燃烧提供了用以将固体烟火组分从发射管推进到期望顶点的充足的力，但缺乏足够的燃烧热量来点燃组分、它们的雷管、或者高空礼花弹上的延迟导火索。

用于发射烟火发射体的其他已知技术涉及压缩空气的使用。在这方面可例如参考美国专利No.5,627,338；No.5,526,750；No.5,339,741；以及No.5,282,455。然而该系统的缺点是较高的安装、操作和维护成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃烧室，该燃烧室以可靠且可再生的方式适当地发射烟火发射体，并且该燃烧室同时提供用于所述烟火发射体的点燃方式。

令人惊讶的是，已发现当使用具有包含排气孔的顶壁的燃烧室时能够实现该目的。

燃烧室的作用是在整个运行周期或推进物的燃烧周期期间可靠且恒定地保持期望压力。因此，保持压力的这个特点允许该系统在期望的时间周期产生期望量的热气，该热气可用于可靠且恒定地发射和点燃烟火物品。通过使用根据本发明的排气孔而实现这样一种期望操作。

排气孔的物理形状和尺寸(长度、直径)可最优化以获得发射系统的最佳性能。排气孔可为永久性打开的(如本发明优选实施例中的情况)，或者，在推进剂材料点燃的初始阶段排气孔可处于“关闭”位置，而在点燃的稍后阶段排气孔打开。可以以多种方式实现该“关闭”位置。例如可使用附接于燃烧室顶壁(该顶壁包含多个开口)的可穿孔的盘(perforatable disk)，或者排气孔可为燃烧室顶壁中的开口，所述开口借助阀临时关闭。

可穿孔的盘(或“防爆箔”)应具有这样的物理尺寸和材料特性，即，它应在预设压力值下爆裂。可替换地，可使用耐用设计的机械可重复使用的压力安全阀或者一次性压力安全阀，所述压力安全阀在点燃的初始阶段临时关闭燃烧室顶壁中的开口。在本发明的另一实施例中，可使用可穿孔的盘和阀的组合。

因此，本发明涉及用于发射烟火发射体的燃烧室，该燃烧室包括具有顶壁、底壁和侧壁的容器，其中顶壁包含排气孔。

根据本发明的燃烧室具有以下优点，即，实现了烟火物品的可靠且恒定的发射，与此同时点燃所述烟火物品。

排气孔可以以各种图案分布在顶壁上。

优选地，排气孔均匀地分布在顶壁上。

优选地，使用对称的排气孔图案。

优选地，顶壁包括4-10个排气孔。

优选地，排气孔具有0.5-8mm范围内的直径。

优选地，排气孔具有2-4mm范围内的直径。

适当地，容器由钢、不锈钢、青铜、黄铜、铁、铸铁、铝、或其任意合金、塑料、(纤维加固的)树脂材料、或可用来制造压力容器的任何其它材料制成。优选地，该容器由不锈钢制成。

优选地，根据本发明的燃烧室的形状具有圆柱形的形状，但这并不是功能性要求。本领域技术人员应该理解，也可适当地使用其他形状(诸如平截头圆锥体)。

燃烧室的总体外部形状将取决于待使用的推进剂装料被装载于发射系统中所使用的方法。例如，可通过侧装载门机构进行所述装载。

燃烧室可进一步包括设计成内置式安全部件的安全阀，该安全阀于燃烧室在超压力情况下损坏之前失效。该安全阀的设计对本领域技术人员来说是公知的。

优选地，根据本发明的燃烧室具有承受操作发射条件压力这样的一种结构和设计。

优选地，顶壁可为包括排气孔的可移除盘形式的，所述盘在燃烧室的操作中固定于燃烧室的侧壁。

本发明还涉及用于发射烟火发射体的发射系统，该发射系统包括用于容纳并连续发射烟火发射体的发射管和根据本发明的燃烧室，推进剂装料可装载在所述燃烧室中。

优选地，并且特别是当这样的推进剂装料不包含点火器时，根据本发明的发射系统进一步包括点火器，当所述推进剂装料已被装载于燃烧室中时，该点火器可在包含于推进剂装料中的推进剂材料附近或与之接触。在本发明的另一实施例中，可在装载推进剂装料之前设置点火器。

优选地，发射管安装在燃烧室顶壁上方，或者可替换地，燃烧室的顶壁连接至发射管。

本发明进一步涉及一种用于发射烟火发射体的方法，所述方法包括：将推进剂装料装载于上文中限定的发射系统的燃烧室中并关闭燃烧室；将烟火发射体装载于发射管中；以及一旦装料和发射体已分别被装载于发射管和燃烧室中之后就点燃包含于推进剂装料中的推进剂材料，之后烟火发射体将从发射系统中被发射和点燃。

优选地，在本方法中，使用设置在顶壁与推进剂装料之间的安全隔膜以防止燃烧室中的过压力。

另外，本发明还涉及包括上文中限定的发射系统或燃烧室以及用在燃烧室中的推进剂装料的一套部件。

推进剂装料的目的是产生预期量的热燃烧气；从而给出预期量的力(或推动力)以通过预期初速度(muzzle velocity，弹出膛时的速度)推进或发射典型烟火物品，同时点燃所述物品。

根据本发明的待使用的推进剂装料包括称作“推进剂”的推进剂材料，例如(但不局限于)“单基推进剂”或“双基推进剂”。推进剂装料可进一步包括一容器，该容器的作用是确保存在预期量的初始压力以确保所述推进剂材料的适当点燃，同时允许所述推进剂材料的能够在操作环境下处理的实用形式的封装。可替换地，所述容器可为圆柱形或球形封装(例如，一次性杯、袋等)。

适当地，推进剂装料包括点火器，优选为通常用于烟火应用领域类型的电点火器，容许发射系统以非常精确的定时而远程致动，因此允许音乐伴奏的礼花根据音乐而表演。在本发明的替换实施例中，可使用传统导火索，诸如化学的延时导火索，包括(但不局限于)安全导火索、Visco延时导火索、黑火药导火索、快速导火索、点燃导火线、或塞莫利特导火索(Thermolite)。

可替换地，推进剂装料还可包括放置在燃烧室内部的大量散推进剂材料粉末。在这样的实施例中，没有使用容器。在这种情况下点火器可在使用之前即刻(at shortnotice)物理地放置成与推进剂材料相接触或在推进剂材料附近。

优选地，待使用的推进剂装料包括容纳有少烟推进剂材料的容器，并且所述容器包括固体材料的封闭层或密封件(confinement)，该封闭层覆盖容器的横截面(cross-section)且设置在容器的上部中，其中所述封闭层或密封件可至少部分地被推进剂材料点燃时所产生的气体压力穿孔或弄破裂。

在本发明的范围内，密封件被限定为推进剂的充分封闭件，这确保了推进物会被适当地点燃并迅速地燃烧，直到层或密封穿孔或破裂为止。

适当地，在根据本发明待使用的推进剂装料中，固体材料的层或密封件附接于容器的一个或多个侧部的内或外表面。

在本发明的另一个优选实施例中，推进剂装料的容器中的固体材料的层或密封构成容器的一个或多个侧部的整体部分。

适当地，容器的一个或多个侧部是容器的顶侧或底侧。

在本发明的另一个优选实施例中，推进剂装料的容器中的固体材料的层或密封件设置在容器的内部，从而在容器中形成两个隔间，其中第一隔间容纳第一部分推进剂材料而第二隔间容纳第二部分推进剂材料，该第一部分小于第二部分，其中容器的一个或多个侧部的与固体材料的层或密封件一起构成第一隔间的部分被推进剂材料点燃时所产生的气体压力穿孔或弄破裂。

在这样的实施例中，容器的一个或多个侧部优选是推进剂装料的容器的顶侧或底侧。

在一优选实施例中，推进剂装料的容器具有圆柱形形状，尽管如此但也可适当地使用其他形状，这当然取决于待用于发射所述烟火发射体的燃烧室的形状。

优选地，根据本发明待使用的推进剂装料的容器具有盒体、袋状、杯状、炮弹(shell，子弹壳)状、或盘状。

优选地，推进剂装料的容器中的固体材料的层或密封件对称地设置在容器的横截面上。该横截面可沿容器的水平轴线布置。然而，所选择的横截面也可设置成与容器的竖直轴线限定特定角度的角。

优选地，固体材料的层或密封覆盖推进剂装料的圆柱形容器的横截面的圆形部分(例如，平坦的圆形盘)，尽管如此该层或密封也可覆盖横截面的另一部分，例如正方形或三角形形状的部分，或任何其他适合形状的部分。

优选地，根据本发明待使用的固体材料的层或密封件是盘形的。

优选地，基本上所有推进剂材料都位于固体材料的层的一侧处。

在本发明的优选实施例中，固体材料的层或密封件连接至推进剂装料的容器的内表面，从而构成容器的顶侧或底侧。

允许少量推进剂材料存在于容器的内表面与固体材料的层或密封件之间。

优选地，固体材料的层或密封件具有0.01-0.5mm范围内的厚度。

适当地，用于制成层或密封件的固体材料包括塑料、纸或金属。优选地，该固体材料包括选自由铝、压制纸板、青铜、磷青铜、黄铜、钢或其任意合金、塑料、树脂、或适合于防爆膜型应用的材料构成的组中的材料。更优选地，该固体材料包括上述金属或其合金中的一种。更优选地，该固体材料包括铝。

优选地，根据本发明待使用的推进剂材料是粉末或者细粒或薄片形式的。更优选地，该推进剂材料是微小细粒形式的。

适当地，根据本发明待使用的少烟推进剂材料选自由枪炮推进物、基于硝化纤维的单基推进剂材料、基于硝化纤维和硝化甘油的双基推进剂材料、基于硝化纤维和添加剂的三基推进剂材料、低致命性枪炮推进剂材料(LOVA型)、复合推进剂、烟火型气体发生材料、气袋型推进剂材料以及高氮材料基推进剂材料构成的组。

优选地，该推进剂材料包括单基推进物或双基枪炮推进物。更优选地，该推进剂材料包括作为主要成分的基于硝化纤维的单基枪炮推进剂材料。

适当地，推进剂装料的容器具有圆柱形、平截头圆锥体、或锥体的形状，其中可将该容器制成为盒体、袋状、杯状、炮弹状、或盘状。

根据本发明的推进剂装料可适当地进一步包括点火器，该点火器位于推进剂材料附近或与之接触。

适当地，推进剂装料的容器由选自由塑料、纸或金属构成的组中的一种材料制成。优选地，制成容器的材料选自由铝、青铜、黄铜、模制塑料或钢构成的组。更优选地，该容器由铝、塑料或钢制成。

固体材料的层或密封件的至少一部分会被推进剂材料点燃时所产生的气体压力穿孔或弄破裂。在本发明的特别优选的实施例中，固体材料的层或密封件基本上完全(更优选地，完全)被推进剂材料点燃时所产生的气体压力穿孔或弄破裂。

本发明燃烧室的主要优点是，实现了可靠且可再生的点燃阶段，并且由于可产生高压力因而可实现无烟火药的充分的完全燃烧。在这一点上，应该注意的是，在任意压力可被释放之前需要一定的压力来启动提升烟火发射体，例如烟火炮弹、彗形物、或雷。

适当地，在容器的顶壁与推进剂装料之间设有安全系统以防止燃烧室中的过压力。

还应注意的是，本发明在提供充足的热量以点燃烟火组分、雷管以及未经处理的商业定时导火索(适合于礼花弹、彗形物、或雷)方面是可靠的。本发明在向炮弹提供推进力方面是可靠的，并且本发明能够将相对重的炮弹成功地发射到正常高度。

待用在根据本发明的发射系统中的发射管适当地放置在燃烧室的一部分上，或者可替换地发射管可放置在整个燃烧室上。该发射管也可适当地机械固定在位，以使得所述发射系统足够坚固，以便承受与烟火发射体的发射阶段相关的反冲力。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了根据本发明的发射系统的实施例，该实施例不限制本发明的范围。该发射系统包括燃烧室3、推进剂装料7、以及发射管8。

燃烧室3是用钢制成的坚固压力容器，其被设计为承受高压力。燃烧室3具有多个排气孔1，气体从排气孔1排入到发射管中。所述热气将导致烟火发射体(或者另一种烟火装置)的加速，同时所述热气将点燃通常位于烟火发射体上的定时导火索(或同样地，其将点燃直接位于起爆药上的彗形物或者通常能够点燃所使用的主要彗形物组分)。燃烧室3的上部也可被看作是用于定位烟火发射体的一部分，并确保例如烟火礼花弹的定时导火索相对于从排气孔排出的热气的适当相对位置。可选地，层或密封件(可穿孔的盘或箔)定位在图1中示出的相对位置2处。这是当推进剂材料已被点燃时会呈现穿孔或破裂的层或密封。

在该具体实施例中，推进剂装料7将作为盒体被装载在燃烧室3内部并且借助封闭机构(未示出)将其锁定在位。推进剂装料7包含位于容器4内的推进剂材料5以及电子点火器6。图1中未示出的安全特征是：安全隔膜，被设计成用于防止燃烧室的超压。

Claims (30)

1.一种用于发射烟火发射体的燃烧室，所述燃烧室包括具有顶壁、底壁和侧壁的容器，其中，所述顶壁包含排气孔，所述燃烧室包括邻近所述顶壁设置的可穿孔的盘，用于关闭允许气体从所述容器中流出的所述排气孔，其中，所述可穿孔的盘适于当所述容器中超过预设压力时爆裂，以打开所述排气孔将气体排出所述容器，其中，所述预设压力对应于包含少烟推进剂材料的推进剂的点燃阶段的压力。

2.根据权利要求1所述的燃烧室，其中，所述排气孔均匀地分布在所述顶壁上。

3.根据权利要求1或2所述的燃烧室，其中，所述顶壁包括4-10个排气孔。

4.根据权利要求1或2所述的燃烧室，其中，所述排气孔具有0.5-8mm范围内的直径。

5.根据权利要求4所述的燃烧室，其中，所述排气孔具有2-4mm范围内的直径。

6.根据权利要求1或2所述的燃烧室，其中，所述容器由钢、青铜、黄铜、铁、铝、或其任意合金、塑料、或纤维加固的树脂材料制成。

7.根据权利要求6所述的燃烧室，其中，所述容器由不锈钢制成。

8.根据权利要求6所述的燃烧室，其中，所述容器由铸铁制成。

9.根据权利要求1或2所述的燃烧室，其中，所述容器具有圆柱形或平截头圆锥体的形状。

10.根据权利要求9所述的燃烧室，其中，所述容器具有圆柱形的形状。

11.根据权利要求1或2所述的燃烧室，其中，所述燃烧室具有承受操作发射条件压力的结构和设计。

12.一种用于发射烟火发射体的发射系统，所述发射系统包括用于容纳并连续发射所述烟火发射体的发射管以及根据权利要求1-11中任一项所述的燃烧室，其中，推进剂装料可装载在所述燃烧室中。

13.根据权利要求12所述的发射系统，其中，所述燃烧室被布置为使得，在操作中所述推进剂装料与所述燃烧室的顶壁直接接触。

14.根据权利要求12或13所述的发射系统，进一步包括一点火器，当所述推进剂装料被装载于所述燃烧室中时，所述点火器能够位于包含于所述推进剂装料中的推进剂材料附近或与所述推进剂材料接触。

15.根据权利要求12或13所述的发射系统，其中，所述燃烧室的顶壁连接至所述发射管。

16.一种用于发射烟火发射体的方法，所述方法包括：将推进剂装料装载于一发射系统的根据权利要求4-7中任一项所述的燃烧室中并关闭所述燃烧室；将所述烟火发射体装载于发射管中；以及一旦装料和发射体已分别被装载于所述燃烧室和所述发射管中之后就点燃包含于所述推进剂装料中的推进剂材料，之后所述烟火发射体将从所述发射系统中被发射。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，将一安全系统设置在所述容器的顶壁与所述推进剂装料之间，以防止所述燃烧室中的过压力。

18.一套部件，所述部件包括根据权利要求1-15中任一项所述的发射系统或燃烧室以及用在所述燃烧室中的推进剂装料。

19.根据权利要求18所述的一套部件，其中，所述推进剂装料包括容纳有少烟推进剂材料的容器，并且所述容器包括固体材料构成的封闭层或密封件且是推进剂装料容器，所述封闭层或密封件覆盖所述容器的横截面且被设置在所述容器的上部中而构成所述可穿孔的盘，其中，所述封闭层或密封件能够至少部分地被所述推进剂材料点燃时所产生的气体压力穿孔或弄破裂。

20.根据权利要求19所述的一套部件，其中，所述推进剂装料的容器包括固体材料构成的封闭层或密封件，所述封闭层或密封件覆盖所述容器的水平横截面。

21.根据权利要求19或20所述的一套部件，其中，所述推进剂装料的容器中的固体材料构成的层或密封件构成所述容器的整体部分。

22.根据权利要求19或20所述的一套部件，其中，所述推进剂装料的容器中的固体材料构成的层或密封件连接于所述容器的内表面，从而构成所述容器的顶侧。

23.根据权利要求19或20所述的一套部件，其中，所述推进剂装料的容器中的固体材料构成的封闭层或密封件附接于所述容器的顶侧或底侧。

24.根据权利要求19或20所述的一套部件，其中，所述推进剂装料的容器中的固体材料具有独特的预定破裂强度。

25.根据权利要求19或20所述的一套部件，其中，所述推进剂装料的容器和所述燃烧室具有圆柱形的形状。

26.根据权利要求19或20所述的一套部件，其中，所述推进剂装料的容器具有圆柱、或锥体的形状，并且所述容器能够被制成为盒状、袋状、杯状、炮弹状、或盘状。

27.根据权利要求26所述的一套部件，其中，所述推进剂装料的容器具有平截头圆锥体的形状。

28.根据权利要求19或20所述的一套部件，其中，所述推进剂装料的容器中的固体材料构成的层或密封件对称地设置在所述容器的横截面上。

29.根据权利要求19或20所述的一套部件，其中，所述推进剂装料的容器中的固体材料构成的层或密封件覆盖所述容器的横截面的圆形部分。

30.根据权利要求19或20所述的一套部件，其中，所述推进剂装料的容器中的固体材料构成的层或密封件是盘状的。