CN104406458B - 一种投射物模拟发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投射物模拟发射装置，兵器科学与技术领域。该装置包括气炮发射单元、泄压制动控制单元、转速控制单元和测速装置单元；气炮发射单元包括高压气室、发射管、活塞组件和弹托；泄压制动控制单元包括储气瓶、电磁阀七、电磁阀六、电磁阀三、数据采集器、信号放大器和控制中枢；转速控制单元包括弹托和发射管膛线；测速装置单元包括激光发射与接收装置、激光控制器、数据采集器和控制中枢。本发明的投射物模拟发射装置实现了近距离、高精度、高重复性和环保的发射特点，满足了终点效应试验研究的要求。

Description

一种投射物模拟发射装置

技术领域

本发明涉及兵器科学与技术领域，尤其涉及的是一种投射物模拟发射装置。

背景技术

以往在轻武器终点效应研究中，通常采用战斗枪、弹道枪、滑膛枪发射投射物，它们共同的特点是采用火药气体作为发射能源。由于火药气体压力受到发射药种类、颗粒形状、装填密度、燃烧室温度、燃烧室压力、燃烧室容积等多种因素影响，投射物撞击靶标的速度(能量)一致性很难得到保证，进而增加了终点效应评价的误差。此外，投射物与目标的距离远、旋转速度误差大、着靶姿态无法控制，也是这些发射方法存在的问题。

投射物发射方法有战斗枪发射、弹道枪发射、滑膛枪发射、轻气炮发射单元、电磁炮发射等多种方式。战斗枪和弹道枪发射实弹研究弹丸终点效应的缺点是枪-目距离较远，射中目标相当不易。采用减装药弹药后，枪-目距离有所缩短，但在模拟弹丸低速段运动时，由于枪械发射原理枪口速度仍然很高，枪-目距离仍然不是理想的近距离，同时这种方法带来了弹丸转速误差。滑膛枪发射是不赋予投射物旋转运动的，它和战斗枪发射、弹道枪发射一样在投射物的速度控制上存在太多的干扰因素，投射物的速度重复性很难保证。轻气炮发射单元和电磁炮发射一般作为武器级设备使用，系统较为庞大和复杂，小型化后可用在轻武器投射物的发射上。但是电磁炮发射需要高性能的脉冲电源网络，存在电磁辐射和对加速对象的特殊要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种投射物模拟发射装置。

本发明的技术方案如下：

一种投射物模拟发射装置，包括气炮发射单元、泄压制动控制单元、转速控制单元和测速装置单元；气炮发射单元包括高压气室8、发射管12、活塞组件10和弹托11；泄压制动控制单元包括储气瓶3、电磁阀七19、电磁阀六16、电磁阀三6、数据采集器18、信号放大器25和控制中枢17；转速控制单元包括弹托11和发射管膛线14；测速装置单元包括激光发射与接收装置13、激光控制器15、数据采集器18和控制中枢17；其具体的机械连接方式如下：高压气瓶1上连接压力表四29和电磁阀一2，储气瓶3上连接压力表三28、电磁阀二4和电磁阀三6，高压气室8上连接压力表二27和电磁阀五9；发射管12与高压气室8连接，活塞组件10连接弹托11，激光发射与接收装置13安装在发射管12上，活塞组件10和弹托11置于发射管12内部；在发射管12内部有发射管膛线14；真空瓶21上连接压力表一20；

投射物模拟发射装置的气连接为：高压气瓶1、电磁阀一2、电磁阀二4和储气瓶3依次串联；储气瓶3通过电磁阀四7与高压气室8连接，通过II通道31与电磁阀九24连接，通过电磁阀三6与发射管12连接；高压气室8通过电磁阀五9与发射管12连接，通过电磁阀七19与真空瓶21连接；发射管12通过电磁阀六16与真空瓶21连接；真空瓶21通过电磁阀八22与真空泵23连接；真空泵23通过电磁阀九24与II通道31连接，通过电磁阀十26与I通道30连接；

投射物模拟发射装置的电连接为：控制中枢17连接信号放大器25和数据采集器18，信号放大器25分别与电磁阀一2、电磁阀二4、电磁阀三6、电磁阀四7、电磁阀五9、电磁阀六16、电磁阀七19、电磁阀八22、电磁阀九24、电磁阀十26和真空泵23连接，数据采集器18分别与压力表一20、压力表二27、压力表三28、压力表四29和激光控制器15连接，激光控制器15与激光发射与接收装置13连接。

本发明的投射物模拟发射装置借鉴轻气炮发射单元气源气压可控的技术优势，并采用有效的投射物的旋转、姿态等运动参数实现方法，确保投射物的运动参数在近距离与实弹实装发射的远距离运动参数保持良好的一致性，提高实验质量和效益。本发明的装置实现了近距离、高精度、高重复性和环保的发射特点，满足了终点效应试验研究的要求。

附图说明

图1为投射物模拟发射装置；图中，1高压气瓶、2电磁阀一、3储气瓶、4电磁阀二、5导气管、6电磁阀三、7电磁阀四、8高压气室、9电磁阀五、10活塞组件、11弹托、12发射管、13激光发射与接收装置、14发射管膛线、15激光控制器、16电磁阀六、17控制中枢、18数据采集器、19电磁阀七、20压力表一、21真空瓶、22电磁阀八、23真空泵、24电磁阀九、25信号放大器、26电磁阀十、27压力表二、28压力表三、29压力表四、30I通道、31II通道。

图2为投射物模拟发射装置气连接。

图3为投射物模拟发射装置电连接。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

1、本发明的装置包括气炮发射单元、泄压制动控制单元、转速控制单元和测速装置单元；气炮发射单元包括高压气室8、发射管12、活塞组件10和弹托11；泄压制动控制单元包括储气瓶3、电磁阀七19、电磁阀六16、电磁阀三6、数据采集器18、信号放大器25和控制中枢17；转速控制单元包括弹托11和发射管膛线14；测速装置单元包括激光发射与接收装置13、激光控制器15、数据采集器18和控制中枢17(如图1所示)。其具体的机械连接方式如下(如图1)：

高压气瓶1上连接压力表四29和电磁阀一2，储气瓶3上连接压力表三28、电磁阀二4和电磁阀三6，高压气室8上连接压力表二27和电磁阀五9；发射管12与高压气室8连接，活塞组件10连接弹托11，激光发射与接收装置13安装在发射管12上，活塞组件10和弹托11置于发射管12内部；在发射管12内部有发射管膛线14；真空瓶21上连接压力表一20。

如图1、图2所示，该投射物模拟发射装置的气连接如下：

高压气瓶1通过电磁阀一2和电磁阀二4和储气瓶3连接；储气瓶3通过电磁阀四7与高压气室8连接，通过II通道31与电磁阀九24连接，通过电磁阀三6与发射管12连接；高压气室8通过电磁阀五9与发射管12连接，通过电磁阀七19与真空瓶21连接；发射管12通过电磁阀六16与真空瓶21连接；真空瓶21通过电磁阀八22与真空泵23连接；真空泵23通过电磁阀九24与II通道31连接，通过电磁阀十26与I通道30连接。

如图1、图3所示，该投射物模拟发射装置的电连接如下：

控制中枢17连接信号放大器25和数据采集器18，信号放大器25分别与电磁阀一2、电磁阀二4、电磁阀三6、电磁阀四7、电磁阀五9、电磁阀六16、电磁阀七19、电磁阀八22、电磁阀九24、电磁阀十26和真空泵23连接，数据采集器18分别与压力表一20、压力表二27、压力表三28、压力表四29和激光控制器15连接，激光控制器15与激光发射与接收装置13连接。

2、本发明的投射物模拟发射装置主要用于发射投射物并模拟投射物用弹道枪或者战斗枪等发射时不同射程处的运动参数。高压气瓶用于存储高压空气或者氮气，其压力可达30MPa。实验时，根据用气量需求，由高压气瓶向储气瓶中充入适量的气体，满足多次射击需求，减少射击准备时间。每次射击前，储气瓶向高压气室充入规定压力气体作为驱动投射物运动的介质，充注时要关闭电磁阀二，打开储气瓶与高压气室连接导管上电磁阀四，达到规定的充气压力后关闭电磁阀四。首次射击前，打开真空瓶与发射管间的电磁阀六，用真空泵抽出真空瓶和发射管内的气体，通过I通道排入大气，达到规定真空度后关闭真空泵和真空瓶与真空泵间的电磁阀八，真空瓶的作用是增大发射管容积，减少发射管真空度的波动，并可作为高压气室泄放气体的收集器。充气、抽真空、安装弹托和投射物等准备工作结束后，打开高压气室与发射管间的电磁阀五，活塞组件在气压的作用下沿发射管高速向前运动，弹托在发射管膛线引导下在向前运动的同时高速旋转，从而赋予投射物质心运动和旋转运动。控制中枢实时采集分析气压、投射物运动参数，满足限定条件要求时，控制中枢输出控制信号，经过信号放大器放大传递给执行元件，打开储气瓶与发射管间的电磁阀三迅速向发射管真空部注入高压气体，同时关闭真空瓶与发射管间的电磁阀六、打开高压气室与真空瓶间的电磁阀七。活塞组件由轻质材料构成，在反向气压作用下迅速减速制动。弹托则释放投射物，投射物在惯性力作用下以预定的速度和转速飞离发射系统。控制高压气室与发射管间电磁阀五以及储气瓶与发射管间电磁阀三开度，活塞组件在反向压力作用下慢慢复位。之后关闭高压气室与发射管间的电磁阀五，打开真空瓶与发射管间的电磁阀六，开启真空泵，通过II通道将气体排入储气瓶，进入下一发发射准备状态。

该装置的基本原理为：

以压缩气体作为发射各种投射物的能源(可调、可控)，推动发射物沿着发射管向前运动，通过速度测量、速度预测和压力控制实现投射物初速控制；通过设置发射管膛线缠度调节控制投射物的转速；通过调整发射角度实现着靶章动角控制，以此实现在发射管口部设置目标进行实验，实现投射物在近距离上模拟远距离作用效果。

3、该装置的功能实现情况

(1)气炮发射单元：利用高压气体推动弹托和活塞组合件产生质心运动，弹托在向前运动时由发射管膛线赋予旋转运动。投射物置于弹托之中，因此投射物同时产生直线运动和旋转运动。控制气源气体压力可以产生不同的推动力，进而使投射物产生不同的初始速度。这里气源气体压力、工质、发射管长度以及附件质量、活塞与缸体的配合、摩擦系数，发射管膛线与弹托之间的摩擦系数的选择至关重要。弹托不仅要能可靠夹持投射物，同时还要适时可靠地制动并释放投射物。

(2)泄压制动控制单元：当投射物速度达到预定值时，活塞组件要及时地减速制动，弹托释放投射物。这个过程主要通过发射管高压段泄压完成。发射管高压段气体通过向真空瓶快速释放，发射管低压段通过储气瓶注入高压气体而使活塞组件快速减速制动。发射管将承受低压和高压气体的作用，因此发射管的密封要兼顾这两种情况。由高压到低压的闭环气体释放、打压，减少了气体的排放，充分地利用气体做功。

(3)转速控制单元：投射物的旋转运动由弹托提供，而弹托的旋转运动取决于弹托的质心运动速度和发射管膛线缠度。实际上发射管膛线提供了质心运动速度与旋转速度的固定比例关系。通过大量的实验数据，确定不同情况下的比值，从而在误差允许范围内选择几个关键的比值。

(4)测速装置：采用激光挡光原理测试投射物速度。激光发射与接收装置开设位置、激光波长、接收装置灵敏度等是选择的重点。信号处理程序要顾及激波对信号发射与接收的影响，同时也具有速度预判功能，适时地为系统其它控制环节提供控制信号。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种投射物模拟发射装置，其特征在于，其包括气炮发射单元、泄压制动控制单元、转速控制单元和测速装置单元；气炮发射单元包括高压气室(8)、发射管(12)、活塞组件(10)和弹托(11)；泄压制动控制单元包括储气瓶(3)、电磁阀七(19)、电磁阀六(16)、电磁阀三(6)、数据采集器(18)、信号放大器(25)和控制中枢(17)；转速控制单元包括弹托(11)和发射管膛线(14)；测速装置单元包括激光发射与接收装置(13)、激光控制器(15)、数据采集器(18)和控制中枢(17)；具体的机械连接方式如下：高压气瓶(1)上连接压力表四(29)和电磁阀一(2)，储气瓶(3)上连接压力表三(28)、电磁阀二(4)和电磁阀三(6)，高压气室(8)上连接压力表二(27)和电磁阀五(9)；发射管(12)与高压气室(8)连接，活塞组件(10)连接弹托(11)，激光发射与接收装置(13)安装在发射管(12)上，活塞组件(10)和弹托(11)置于发射管(12)内部；在发射管(12)内部有发射管膛线(14)；真空瓶(21)上连接压力表一(20)；

投射物模拟发射装置的气连接为：高压气瓶(1)、电磁阀一(2)、电磁阀二(4)和储气瓶(3)依次串联；储气瓶(3)通过电磁阀四(7)与高压气室(8)连接，通过II通道(31)与电磁阀九(24)连接，通过电磁阀三(6)与发射管(12)连接；高压气室(8)通过电磁阀五(9)与发射管(12)连接，通过电磁阀七(19)与真空瓶(21)连接；发射管(12)通过电磁阀六(16)与真空瓶(21)连接；真空瓶(21)通过电磁阀八(22)与真空泵(23)连接；真空泵(23)通过电磁阀九(24)与II通道(31)连接，通过电磁阀十(26)与I通道(30)连接；

投射物模拟发射装置的电连接为：控制中枢(17)连接信号放大器(25)和数据采集器(18)，信号放大器(25)分别与电磁阀一(2)、电磁阀二(4)、电磁阀三(6)、电磁阀四(7)、电磁阀五(9)、电磁阀六(16)、电磁阀七(19)、电磁阀八(22)、电磁阀九(24)、电磁阀十(26)和真空泵(23)连接，数据采集器(18)分别与压力表一(20)、压力表二(27)、压力表三(28)、压力表四(29)和激光控制器(15)连接，激光控制器(15)与激光发射与接收装置(13)连接。