CN105509548A - 一种水下气爆发声装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下气爆发声装置，该装置包括容器、密封圈、定深锁紧机构、端盖、销轴和充气嘴；端盖通过销轴活动连接在容器的开放端，定深锁紧机构设置在端盖上方，定深锁紧机构同时使得端盖将容器的开放端密封且锁紧，通过充气嘴向所述容器内充入压缩空气，定深锁紧机构在下沉到水中预定深度时，通过水压的作用打开端盖，将容器内的高压压缩空气瞬间释放到水中，产生次声信号。本发明能够调节腔室内高压气体压力的高低控制水中辐射能量大小，实现不同的杀伤性。并且能够通过调节定深装置中弹簧弹性系数的大小控制装置在水下开启的深度，实现不同深度的工作需求。

Description

一种水下气爆发声装置

技术领域

发明涉及一种水下发声装置，具体涉及一种用于打击水下蛙人的水下发声装置。

背景技术

鉴于当前国际形势，世界各国对来自空中和地面的恐怖袭击已有了相应的应对措施，但对水下隐蔽的恐怖袭击，还是防御中的薄弱环节。例如为应对南海冲突，越南著名的海军第126团多年来始终保持高强度训练，每年都会组织不少于200人奔赴“长沙大岛”(即越占南威岛)进行为期30-50天的高强度特训，内容包括模拟攻击敌方舰艇以及对“敌占岛屿”实施渗透、侦察和突袭。据越南《青年报》等媒体披露的信息，第126团蛙人可渗透至距离敌舰(停泊状态下)仅有3-4米处实施侦察，如果有必要，他们会继续靠近并在敌舰吃水线以下部位设置磁性定时炸弹。从种种迹象看，该团曾参与了阻挠中国“海洋-981号”钻井平台工作的任务。

目前，国内外对重要港口或特定水域基本都采用水下布置声纳进行全天候监视的安防措施，发现可疑目标后进行处理的方式也很多，但是进行非致命处理方式却很少，特别是发现水下蛙人目标之后，如何对水下蛙人不造成杀伤性的伤害又能迫使蛙人浮出水面或离开是目前需要亟待解决的难题。

而次声武器恰有非杀伤性的功能，次声武器与传统的枪炮不同，不使用弹药，而靠发射人耳听不到、眼睛看不见的次声波来达到破坏目标为目的。通常将0.0001～20Hz频段的声波定义成为次声，这个频段人耳是听不到的。次声武器就是利用频率低于20Hz的次声波与人体发生共振，使共振的器官或部位发生位移和变形而造成人体损伤的一种武器。特别是在水下能够迫使蛙人浮出水面而又不造成致命的伤害。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水下气爆发声装置，能够在预设深度的条件下，将容腔中的高压空气迅速释放至水中，形成压力脉冲，并向水中辐射低频声波信号；还能针对水下不同性质的蛙人，释放出不同能量的声波信号，对水下蛙人进行警告、非致命性攻击，迫使其浮出水面，亦可进一步增加内部存储高压空气的能量，提高水中辐射声波信号的声压级，达到直至打击水下蛙人之目的。

一种水下气爆发声装置，包括容器、密封圈、定深锁紧机构、端盖、销轴和充气嘴；

所述容器为一端为开放结构，另一端为封闭结构；开放结构具有一个密封面，密封面上加工有密封槽，所述密封圈安装在该密封槽中；封闭结构的底部设有充气嘴；

所述端盖通过销轴活动连接在容器的开放端，所述定深锁紧机构设置在端盖上方，定深锁紧机构同时使得端盖将容器的开放端密封且锁紧，通过充气嘴向所述容器内充入压缩空气，定深锁紧机构在下沉到水中预定深度时，通过水压的作用打开端盖，将容器内的高压压缩空气瞬间释放到水中，产生次声信号。

进一步地，所述定深锁紧机构包括顶针、气缸盖、限位套筒、前活塞、前弹簧，后活塞和后弹簧；所述端盖的上表面上具有一个气缸结构，端盖上还加工有一个阻尼孔与气缸内部空腔相通，端盖上还固定连接一个支撑架，支撑架上设有导向孔，导向孔内装有聚四氟乙烯套；所述顶针的顶针头部和顶针尾部分别位于容器侧壁上的导向孔和气缸底部的顶针尾部导向孔中，支撑架将顶针限制在与端盖表面平行的位置，使得顶针在水平方向上具备良好的导向性；前活塞和后活塞气缸隔离为前气缸和后气缸，前气缸内安装有前弹簧，前弹簧在使用前处于自由状态，未被压缩，其弹性系数较小；后气缸内安装有后弹簧，后弹簧安装时处于压缩状态，其弹力施加在后活塞上，不过该弹力较小，其主要作用是推动后活塞挤压套筒，后活塞定位于与套筒接触的位置；套筒和气缸盖固定连接在气缸上；端盖上的阻尼孔处于后活塞外圆上的两道密封圈之间，在两道密封圈的密封作用下，气室中的高压气体不会通过阻尼孔扩散至前气缸和后气缸；各气室之间和气室与外界之间都通过密封圈进行密封，保证各个气室的独立。

进一步地，所述顶针尾部的直径大于顶针中部的直径，主要起限位作用，限制后活塞的运动行程。

进一步的，为了便于安装和拆卸，所述支撑架由支撑架下端和支撑架上盖组成，两者共同组成圆柱形的导向孔。

进一步地，所述充气嘴内部安装有充气嘴弹簧和钢珠，钢珠在充气嘴弹簧和容器中气体的压力下与密封底座密封配合，密封底座与容器焊接成一体。

进一步地，还包括一个盖帽，盖帽在充气结束后将充气嘴完全封闭，防止钢珠被意外顶开造成容器中气体的泄露。

有益效果：

(1)本发明在工作过程中将该装置拔掉安全销后，可直接投入水中，当装置在水中沉入到设定深度后，腔室内的高压气体释放到水中，向水中辐射声场，并产生巨大的声响，可对水下蛙人产生一定的杀伤作用。

(2)本发明通过调节腔室内高压气体压力的高低控制水中辐射能量大小，实现不同的杀伤性。

(3)通过调节定深装置中弹簧弹性系数的大小控制装置在水下开启的深度，实现不同深度的工作需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中定深锁紧机构示意图；

图3为本发明中充气嘴的结构示意图；

图4为本发明中支撑架的结构示意图。

其中，1—容器、2—卡销、3—密封圈、4—定深锁紧机构、5—端盖、6—阻尼孔、7—轴销、8—充气嘴、9—盖帽、10—顶针头部、11—顶针、12—支撑架、13—气缸盖、14—限位套筒、15—前活塞、16—前弹簧，17—后活塞，18—后弹簧，19—顶针尾部，20—气缸，21—顶针尾部导向孔，22—后气缸，23—密封圈，24—前气缸，25—充气嘴弹簧，26—钢珠，27—密封底座，28—支撑架下端，29—支撑架上盖，30—聚四氟乙烯套。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种水下气爆发声装置，容器1、定深锁紧机构4和端盖5组成了本发明的主体，其中容器1和端盖5通过轴销7连接在一起，定深锁紧机构4直接安装在端盖5上，同时容器1和端盖5可绕销轴7转动，端盖5和容器1之间采用密封圈3密封；其中卡销2、顶针头部10、顶针11、支撑架12、气缸盖13、限位套筒14、前活塞15、前弹簧16，后活塞17，后弹簧18，顶针尾部19，气缸20，顶针尾部导向孔21，后气缸22，密封圈23，前气缸24组成了本发明的定深锁紧机构4，如图2所示；充气嘴8主要由充气嘴弹簧25，钢珠26和密封底座27组成，如图3所示；支撑架下端28，支撑架上盖29，聚四氟乙烯套30构成了支撑架12的结构，如图4所示。

该装置在入水使用之前，需要外部气源通过充气嘴8向容器1中充入一定压力的压缩空气，充气嘴8内部安装有充气嘴弹簧25和钢珠26，钢珠26在充气嘴弹簧25和容器1中气体的压力下与密封底座27紧密配合，密封底座27可与容器1焊接成一体，其材料的表面硬度应小于钢珠26的表面硬度，如图3所示。由于充气嘴8采用单向设计，压缩空气只能从充气嘴8进入容器1，而容器1中的气体不能从充气嘴8出来，其实现方式为：当外部气源产生的压缩空气压力高于容器1中气体的压力与充气嘴弹簧25的压力之和时，外部气源产生的压缩空气将钢珠26向上顶开，压缩充气嘴弹簧25，使得充气嘴8打开，外部压缩空气进入容器1中，当外部气源产生的压缩空气压力低于容器1中气体的压力和充气嘴弹簧25的压力之和时，充气嘴弹簧25将压住钢珠26回位，并与密封底座27紧密配合，由于钢珠26的表面硬度高于密封底座27的表面硬度，在充气嘴弹簧25和容器1中压缩空气的共同作用下，密封底座27会产生一定的变形，以适应钢珠26的压力，从而实现了充气嘴8的单向功能。充气完成后，在充气嘴8外面安装有盖帽9，其作用是防止钢珠26被意外顶开造成容器1中气体的泄露。

如图2所示，该装置的定深锁紧机构是这样设计的：顶针头部10为一圆柱体，与容器1上的导向孔配合；该装置在未投入水之前，卡销2通过顶针头部10上的孔将顶针11与容器1固定在一起，其作用是防止定深锁紧机构4误动作造成端盖5打开。支撑架12将顶针11卡在与端盖5平行的位置，其作用主要是保证顶针11在水平位置上具备良好的导向性，支撑架12主要由支撑架下端28和支撑架上盖29通过螺钉配合在一起，配合方式如图4所示，在支撑架下端28和支撑架上盖29的内表面都粘有一层聚四氟乙烯套30，其作用是降低了顶针11在支撑架12中的安装误差要求和降低顶针11向右运动时的摩擦系数；支撑架12中的支撑架下端28与端盖5焊接成一体。

如图2所示，顶针11的右端安装在一个气缸内，气缸20与端盖5设计成一体，气缸内部有两个活塞—前活塞15和后活塞17，这两个活塞将气缸隔离为前气缸24和后气缸22，前气缸内安装有前弹簧16，前弹簧16在使用前处于自由状态，未被压缩，却其弹性系数较小；后气缸22内安装有后弹簧18，后弹簧18安装时有一定的压缩量，其弹力施加在后活塞17上，不过该弹力较小，其主要作用是推动后活塞17挤压套筒14，将后活塞17定位于与套筒14接触的位置，如图2位置所示；套筒14和气缸盖13通过螺钉安装在气缸壁20上。在端盖5上设计有一个阻尼孔6，一端与气室1相通，其位置处于后活塞17外圆上的两道密封圈之间，如图2所示的位置，在两道密封圈的密封作用下，气室1中的高压气体不会通过阻尼孔6扩散至前气缸24和后气缸22；各气室之间和气室与外界之间都通过密封圈进行密封，保证各个气室的独立。顶针尾部19安装在顶针尾部导向孔21中，其主要功能是起导向作用；顶针尾部19的直径比顶针11中部的直径大，主要是起限位作用，限制后活塞17的运动行程。

该装置的功能是这样实现的：该装置在投入水中之前将卡销2从顶针头部10中拔出，该装置投入水中之后，随着下沉的深度越来越大，水压力也会越来越大，前活塞15在水压的作用下向右运动，并逐渐压缩前弹簧16，同时前弹簧16将力施加在后活塞17上，后活塞17将该力又传递给后弹簧18；随着深度的增加，水压作用在前活塞15上压缩前弹簧16后的弹力大于后活塞17与气缸壁20摩擦力和后弹簧18的弹力时，后活塞17将向右运动。当后活塞17向右运动到密封圈23位于阻尼孔6的右边时，容器1中的高压气体通过阻尼孔6进入前气缸24，此时前气缸24内的高压气体将压缩前活塞15和后活塞17，前活塞15将被压到与气缸盖13接触，受到气缸盖13的限位，后活塞17则被压到与顶针尾部19与顶针11中部之间的凸台接触，并带动顶针11向右运动，使得顶针头部11从容器1上的导向孔中脱开，容器1中的高压气体推动端盖5绕销轴8运动，打开容器1，此时容器1中的压缩空气将在水中形成一个大的气泡，压缩周围的水介质，由于水介质的压力低于气泡的压力，气泡将在水中加速扩散、增大，压缩周围的水介质产生压力波，从而产生声场，当气泡扩散至内部压力等于周围水介质的压力时，在气泡惯性的作用下，气泡将会继续扩散，但其扩散速度将越来越低，直至速度为零，此时气泡内部压力低于外界水介质的压力，在水介质压力的作用下，气泡将会做收缩运动，加速收缩至气泡内部压力等于水介质的压力，然后减速收缩至速度为零，周而复始的在水中做震荡，直至气泡压力势能消耗完毕。由于气泡压缩周围水介质的压力波属于脉冲波，其大部分能量基本都集中在20Hz左右的低频段。

通过调节后弹簧18的刚度，控制水压力转换之后作用在后活塞17上的作用力对弹簧18的压缩速率，可实现在不同水深条件下使用的要求。

该装置的结构在使用后不会被破坏，可回收重复使用。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水下气爆发声装置，其特征在于，该装置包括容器(1)、密封圈(3)、定深锁紧机构(4)、端盖(5)、销轴(7)和充气嘴(8)；

所述容器(1)为一端为开放结构，另一端为封闭结构；开放结构具有一个密封面，密封面上加工有密封槽，所述密封圈(3)安装在该密封槽中；封闭结构的底部设有充气嘴(8)；

所述端盖(5)通过销轴(7)活动连接在容器(1)的开放端，所述定深锁紧机构(4)设置在端盖(5)上方，卡销(2)将定深锁紧机构(4)锁定在容器(1)的开放端，定深锁紧机构(4)同时使得端盖(5)将容器(1)的开放端密封且锁紧，通过充气嘴(8)向所述容器(1)内充入压缩空气，定深锁紧机构(4)在下沉到水中预定深度时，通过水压的作用打开端盖(5)，将容器内的高压压缩空气瞬间释放到水中，产生次声信号。

2.如权利要求1所述的水下气爆发声装置，其特征在于，所述定深锁紧机构(4)包括顶针(11)、气缸盖(13)、限位套筒(14)、前活塞(15)、前弹簧(16)，后活塞(17)和后弹簧(18)；所述端盖(5)的上表面上具有一个气缸(20)结构，端盖(5)上还加工有一个阻尼孔(6)与气缸(20)内部空腔相通，端盖(5)上还固定连接一个支撑架(12)，支撑架(12)上设有导向孔，导向孔内装有聚四氟乙烯套；所述顶针(11)的顶针头部(10)和顶针尾部(19)分别位于容器侧壁上的导向孔和气缸(20)底部的顶针尾部导向孔(21)中，支撑架(12)将顶针限制在与端盖(5)表面平行的位置，使得顶针(11)在水平方向上具备良好的导向性；前活塞(15)和后活塞(17)气缸隔离为前气缸(24)和后气缸(22)，前气缸内安装有前弹簧(16)，前弹簧(16)在使用前处于自由状态，未被压缩；后气缸(22)内安装有后弹簧(18)，后弹簧(18)安装时处于压缩状态，其弹力施加在后活塞(17)上，不过该弹力较小，其主要作用是推动后活塞(17)挤压套筒(14)，后活塞(17)定位于与套筒(14)接触的位置；套筒(14)和气缸盖(13)固定连接在气缸(20)上；端盖(5)上的阻尼孔(6)处于后活塞(17)外圆上的两道密封圈之间，在两道密封圈的密封作用下，气室(1)中的高压气体不会通过阻尼孔(6)扩散至前气缸(24)和后气缸(22)；各气室之间和气室与外界之间都通过密封圈进行密封，保证各个气室的独立。

3.如权利要求1或2所述的水下气爆发声装置，其特征在于，所述顶针尾部(19)的直径大于顶针(11)中部的直径，用于限制后活塞(17)的运动行程。

4.如权利要求3所述的水下气爆发声装置，其特征在于，所述支撑架(12)由支撑架下端(28)和支撑架上盖(29)组成，两者共同组成圆柱形的导向孔。

5.如权利要求4所述的水下气爆发声装置，其特征在于，所述充气嘴(8)内部安装有充气嘴弹簧(25)和钢珠(26)，钢珠(26)在充气嘴弹簧(25)和容器(1)中气体的压力下与密封底座(27)密封配合，密封底座(27)与容器(1)焊接成一体。

6.如权利要求5所述的水下气爆发声装置，其特征在于，还包括一个盖帽(9)，盖帽(9)在充气结束后将充气嘴(8)完全封闭。