CN106908618A - 一种微弹丸发射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微弹丸发射系统，包括微弹丸发射器，微弹丸发射器固定于进给机构上，用于发射微型弹丸；进给机构，用于控制微弹丸发射器旋转，实现微弹丸的分组发射；充压装置，用于为微弹丸发射提供能量；测速拍照装置，用于测量发射之后的微弹丸的出膛速度，及验证微弹丸是否发射成功；控制系统，用于控制或监测微弹丸发射器、进给系统、充压装置和测速拍照装置的正常工作。通过本发明的微弹丸发射系统可以将微小弹丸按一定速度发射到试验目标区域内，可用于研究微小颗粒在电场、磁场、核辐射场等特殊辐射场中的运动、碰撞、及相互作用等特性，也可用于研究材料的抗微小弹丸冲击特性等试验，具有可发射微小弹丸、结构简单、易于操作等优点。

Description

一种微弹丸发射系统

技术领域

本发明属于弹丸发射技术领域，尤其涉及一种微弹丸发射系统。

背景技术

现今各种弹丸发射器多种多样，如各种枪支、火炮、坦克、一级轻气炮、二级轻气炮等等，这些发射器多用于发射直径较大的弹丸，目前尚未在公开发表的文献中见到用于高能辐射试验环境的(如核辐射场、强磁场、强电场)、可短间隔(弹丸间隔0.1秒内)、以一定速度(15-50m/s)、发射微小直径弹丸(弹丸直径0.05mm～0.1mm)的弹丸发射器。

发明内容

本发明的目的是提供一种微弹丸发射系统，用以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种微弹丸发射系统，包括

微弹丸发射器，所述微弹丸发射器固定于进给机构上，用于连续发射预定数量的微型弹丸；

进给机构，用于控制微弹丸发射器旋转，实现微弹丸的分组发射；

充压装置，在发射前给微弹丸发射器充压，充压完毕后断开连接，用于为微弹丸发射提供能量；

测速拍照装置，测速拍照装置设置于微弹丸发射器的出膛口，用于测量发射之后的微弹丸的出膛速度，及通过拍照验证微弹丸是否发射成功；

控制系统，控制系统通过电缆连接于微弹丸发射器、进给机构、充压装置和测速拍照装置，用于控制或监测微弹丸发射器、进给系统、充压装置和测速拍照装置的正常工作。

进一步地，所述微弹丸发射器包括弹托硬分离式挡块、双弹道燕尾槽炮体、三层硬分离式弹托、填弹孔盖、推拉式电磁开关、高压气室、燕尾槽炮体底座、电磁快速换位器和位置感应器；

所述双弹道燕尾槽炮体具有第一弹道孔和第二弹道孔，且第一弹道孔的轴线与第二弹道孔的轴线平行，所述双弹道燕尾槽炮体通过燕尾槽与燕尾槽炮体底座滑动连接，滑动方向与第一弹道孔的轴线垂直，所述电磁快速换位器连接于双弹道燕尾槽炮体的侧面，用于控制双弹道燕尾槽炮体沿燕尾槽滑动；其中

在双弹道燕尾槽炮体的第一弹道孔出口端依次设有位置感应器和弹托硬分离式挡块，在第一弹道孔的装弹端设有与第一弹道孔轴线垂直的推拉式电磁开关，所述高气压室通过高压软管连接于第一弹道孔的装弹端，在所述推拉式电磁开关)和装弹端之间的第一弹道孔上还设有填弹孔盖，在所述第一弹道孔内装有三层硬分离式弹托；

在双弹道燕尾槽炮体的第二弹道孔出口端依次设有位置感应器和弹托硬分离式挡块，在第二弹道孔的装弹端设有与第二弹道孔轴线垂直的推拉式电磁开关，所述高气压室通过高压软管连接于第二弹道孔的装弹端，在所述推拉式电磁开关和装弹端之间的第二弹道孔上还设有填弹孔盖，在所述第二弹道孔内装有三层硬分离式弹托。

进一步地，所述双弹道燕尾槽炮体的第一弹道孔及其内部结构与第二弹道孔及其内部结构完全相同。

进一步地，所述三层硬分离式弹托包括弹托体、缓冲层和弹托底座，所述弹托体为圆柱形，沿弹托体的轴线设有通孔，所述微弹丸置于所述通孔内，在通孔的一端设有预定倒角，在弹托体的倒角端依次粘接缓冲层和弹托底座。

进一步地，所述预定倒角的范围为0°至°，所述预定倒角指的是倒角斜边与所述通孔轴线的夹角。

进一步地，所述推拉式电磁开关的开关作动杆端部设有开关通气孔，所述开关通气孔的轴线与第一弹道孔的轴线平行。

进一步地，所述进给机构包括伺服电机、传动皮带、减速箱、分度盘，所述伺服电机为进给机构的动力源，所述伺服电机与减速箱通过传动皮带连接，所述减速箱伸出有传动轴，传动轴固定于所述分度盘的中心，所述微弹丸发射器固定于分度盘上，通过分度盘的旋转实现微弹丸发射器的分组发射。

进一步地，分度盘为正十边形结构，在每条边上固定一个微弹丸发射器。

本发明的一种微弹丸发射系统为微弹丸发射试验的输入端，将微小弹丸按一定速度发射到试验目标区域内，可用于研究微小颗粒在电场、磁场、核辐射场等特殊辐射场中的运动、碰撞、及相互作用等特性，也可用于研究材料的抗微小弹丸冲击特性等试验，具有可发射微小弹丸、结构简单、易于操作等优点。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明一实施例的微弹丸发射系统示意图；

图2为本发明一实施例的微弹丸发射器结构剖面图；

图3为本发明一实施例的微弹丸发射器结构示意图；

图4为本发明一实施例的三层硬分离式弹托结构示意图；

图5为本发明一实施例的三层硬分离式弹托结的预定倒角示意图；

图6为本发明一实施例的推拉式电磁开关结构示意图；

图7为本发明一实施例的电磁快速换位器结构示意图；

图8为本发明一实施例的进给机构结构示意图；

图9为本发明一实施例的分度盘结构示意图；

图10为本发明一实施例的充压装置结构示意图；

图11为本发明一实施例的控制系统操作面板示意图；

图12为本发明一实施例的控制1#微弹丸发射器的操作面板示意图。

图中编号说明：1、微弹丸发射器；11、弹托硬分离式挡块；12、双弹道燕尾槽炮体；13、三层硬分离式弹托；14、填弹孔盖；15、推拉式电磁开关；16、高气压室；17、燕尾槽炮体底座；18、电磁快速换位器；19、位置感应器；131、弹托体；132、缓冲层；133、弹托底座；134、微弹丸；151、开关通气孔；152、开关作动杆；153、开关限位挡块；154、开关缓冲弹簧；155、开关电磁铁；156、开关电源；181、换位器连接孔；182、换位器作动杆；183、换位器限位挡块；84、换位器作缓冲弹簧；185、换位器电磁铁；186、换位器电源；2、进给机构；21、伺服电机；22、传动皮带；23、减速箱；4、分度盘；3、充压装置；31、高压气罐；32、闸阀；33、节流阀；34、单向阀；35、压力表；36、减压阀；37、放气阀；4、测速拍照装置；5、控制系统；6、试验目标区域

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例型的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造型劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面以本发明一具体实施例的微弹丸发射系统做详细介绍，其技术指标如表1所示，

表1：微弹丸发射系统技术指标

本发明的一种微弹丸发射系统包括微弹丸发射器、进给机构、充压装置、测速拍照装置和控制系统，其各个系统的组成、技术方案及工作过程如下：

1、微弹丸发射器

微弹丸发射器1采用双弹道、高压气体击发、电磁快速换位机构原理设计，能够实现连续发射两粒弹丸(两粒弹丸的时间间隔小于0.1秒)。如图2及图3所示，微弹丸发射器1进一步包括弹托硬分离式档块11、双弹道燕尾槽炮体12、三层硬分离式弹托13、填弹孔盖14、推拉式电磁开关15、高压气室16、燕尾槽形炮体底座17、电磁快速换位器18、位置感应器19。所谓双弹道指的是，一个微弹丸发射器1有两个弹道孔(即表示微弹丸发射器1有两个炮管)，两个弹道孔的内部构造相同，以某一个为例进行说明：三层硬分离式弹托13置于弹道孔内，在弹道孔的左边(基于图中位置，即出口端)出口位置固定弹托硬分离式挡块11，其也是设有通孔的且通孔的轴线与弹道孔的轴线共线，而且通孔的直径略小于弹道孔的直径，弹托硬分离式挡块11的作用是在三层硬分离式弹托13得到加速度后，于左边位置撞击到弹托硬分离式挡块11后将三层硬分离式弹托13制动使微弹丸飞出；另外，在出口处还有位置感应器19，经撞击时位置感应器19会收到信号，将信号传递给电磁快速换位器18，其具体工作流程见电磁快速换位器18的工作过程；在弹道孔的右端(即装弹端)有与弹道孔连接的高气压室16，两者之间用高压软管连接；从右至左依次还有推拉式电磁开关15和填弹孔盖14，推拉式电磁开关15的作用控制高压气体的进入，而填弹孔盖14的作用是对弹道孔的微弹丸进行填充；组装完毕的双弹道燕尾槽炮体12安装在燕尾槽炮体底座17上，通过燕尾槽滑动连接，不过双弹道燕尾槽炮体12的弹道孔的轴线与燕尾槽的滑动方向是垂直的，具体参见图2及图3所示。

1.1)三层硬分离式弹托

三层硬分离式弹托13由三层不同材料的结构胶接而成，其包括弹托体131、缓冲层132和弹托底座133，具体结构如图4所示。为防止工作过程中微弹丸滚动，或在振动下脱离三层硬分离式弹托13，在弹托体131的弹丸通道右端(即与缓冲层132胶结的一端)加工出了30°～45°的倒角；此外，为防止发射过程中弹托底座133对微弹丸134的冲击伤害，在弹托体131和弹托底座134之间设置缓冲层132，缓冲层132的材料是与微弹丸134的材料相同或力学性能低于微弹丸134的材料。

1.2)推拉式电磁开关

推拉式电磁开关15利用电磁力将开关作动杆152拉动，实现释放高压气，使高压气体作用于三层硬分离式弹托13的底座。推拉式电磁开关15结构如图4所示，包括开关开关作动杆152、开关限位挡块153、开关缓冲弹簧154、开关电磁铁155、开关电源156，在开关作动杆152的端头设有开关透气孔151，开关通气孔151的轴线与弹道孔的轴线共线；当接通开关电源156时，上下的电磁铁155闭合，开关作动杆152向下移动(基于图6所示)，此时开关通气孔151与弹道孔连通，高压气体作用于三层硬分离式弹托13的底座。关闭开关电源156，在开关缓冲弹簧154的作用下，上下开关电磁铁155分开，开关通气孔151与弹道孔分开。

1.3)电磁快速换位器

电磁快速换位器18的工作原理与推拉式电磁开关15类似，电磁快速换位器18利用电磁吸力，实现快速变换炮管(如图3所示的1#和2#炮管的位置，即弹道孔的位置)，使炮管快速对准试验目标区域6(又称试验靶场)，如图3及7所示。电磁快速换位器18包括转换器作动杆182、转换器限位挡块183、转换器缓冲弹簧184、转换器电磁铁185、转换器电源186，在换器作动杆182上也设有转换器连接孔181；当接通转换器电源186时，上下的转换器电磁铁185闭合，进而转换器作动杆182向下运动(基于图7所示)，而转换器作动杆182有连接于双弹道燕尾槽炮体12，最终使双弹道燕尾槽炮体12沿燕尾槽快速移动，从而使2#炮管远离试验靶场、1#炮管对准试验靶场，当关闭转换器电源186时，在转换器缓冲弹簧184的作用下，上下的转换器电磁铁185分开，使双弹道燕尾槽炮体12复位。需要说明的是，采用燕尾槽作为滑槽是因为燕尾槽既可以起到支撑的作用，又具有精准、稳定的优点；另外，为使弹道燕尾槽炮体12稳定移动，须设置两根2转换器作动杆182。电磁快速换位器18的换位速度将会直接影响到两个微弹丸的发射间隔。

微弹丸发射器的执行动作具体过程为：

a)准备工作：将两颗微弹丸分别装入两个三层硬分离式弹托13内；将三层硬分离式弹托13由填弹孔盖14处装入双弹道燕尾槽炮体12的两根炮管内(弹道孔内)；在高压气室16内充一定量的氮气；在弹托硬分离式档块11处将位置感应器19装好；检查机、电、气是否处于预发射状态。

b)触发2#炮管对应的推拉式电磁开关15，此时高压气体会推动2#炮管内的三层硬分离式弹托13沿炮管加速前进。

c)当三层硬分离式弹托13加速至弹托硬分离式档块11时，三层硬分离式弹托13停止前进，微弹丸134与三层硬分离式弹托13分离，微弹丸134在惯性力作用下飞入试验靶场；同时，触发位置感应器19。

d)当2#炮管内的位置感应器19触发后，电磁快速换位器18开始工作，迅速拉动双弹道燕尾槽炮体12，使1#炮管对准试验靶场。

e)当1#炮管对准靶场入口时，触发1#炮管的推拉式电磁开关15，此时高压气体会推动1#炮管内的三层硬分离式弹托13沿炮管加速前进。

f)当1#炮管内的三层硬分离式弹托13加速至弹托硬分离式档块11时，三层硬分离式弹托13停止前进，微弹丸134与三层硬分离式弹托13分离，微弹丸134在惯性力作用下飞入试验靶场；同时，触发1#炮管内的位置感应器19，此时即完成一组弹丸的速射。

2、进给机构

进给机构2由伺服电机21驱动，采用多级减速器、十边形分度盘实现自动进给功能，同时利用限位检测器实现装置定位功能，如图8及图9所示。进给机构2包括伺服电机21、传动皮带22、减速箱23和分度盘24；其中减速箱23采用皮带轮连接、多级齿轮减速的方法进行设计，用于将电机的高速旋转进行大传动比减速。进给机构的传动原理为：由伺服电机21通过传动皮带22将高速旋转的动能传递给减速箱23，经过减速箱23的多级减速从而实现旋转速度的降低，最终使分度盘24旋转，实现微弹丸发射器1的多组发射。

2.1)分度盘

分度盘24为正十边形结构，并与进给机构输出轴连接，同时作为微弹丸发射器1的安装平台，如图8及图9所示。将微弹丸发射器1固定在每一个边上(共十个微弹丸发射器1)，在第一组弹丸发射器对准试验靶区并完成发射后，由进给机构2的电机21带动分度盘24缓慢转动(分度盘每旋转36°度为一个工作位)，每到一个工作位时进给机构21停止工作，待完成微弹丸134的发射后进给机构2起动，使分度盘24继续旋转进入下一个工作位，直至完成十组微弹丸发射器1的发射。通过对伺服电机21的速度及传动比的调节，从而实现对两个工作位的进给时间控制(即为两组微弹丸发射器的时间间隔)。可以理解是，本发明的分度盘24采用的是正十边形结构，即可以发射10组微弹丸发射器1，根据微弹丸发射器数量的需要还以适当调整分度盘的结构，即还可以为正四边形、六边形或其他形状。

3、充压装置

充压装置3以高压气体作为微弹丸发射器1的动力输入，出于安全考虑高压气体选择氮气或其他非易燃易爆气体。如图10所示，充压装置包括高压气罐31、闸阀32、节流阀33、单向阀34、压力表35、减压阀36和放气阀37，并依次将上述部件连接，此外与放气阀37连接的还以一个充气接口(图10中未画出)，并将充气接口连接于微弹丸发射器的高气压室16。本发明中的高压气罐31选择常用工业氮气罐，闸阀32为手动操作阀门(也可采用自动阀门)，节流阀33用于控制管路气体流速，单向阀34用于防止气体逆流，压力表35用于监测充气压力，减压阀36用于防止过充压。

微弹丸发射开始之前，先对各微弹丸发射器1的高压气室16分别手动充压。充压时，先将充气接口与高压气室16连接，然后打开闸阀32进行充压；当高压气室16内的气压达到指定压强时关闭闸阀32和高压气室16的充气接口阀门，然后打开放气阀37将管路内的氮气排出；最后将充气接口与高压气室16断开连接。

4、测速拍照装置

测速拍照装置4设置在微弹丸发射器1的出膛口附近，其主要用途有两个，一个是用于测量微弹丸134的飞行速度(即出膛速度)，另一个便是通过拍照验证微弹丸134已发出(因微弹丸直径太小，肉眼很难辨别)，常见的测速拍照装置4可以是激光测速系统，或利用高速摄像机进行拍照、测速。

5、控制系统

控制系统5通过电流连接于微弹丸发射器1、进给结构2、充气装置3和测速拍照装置4用于控制或显示微弹丸发射器1的工作(状态)、进给结构2的工作、充气装置3的状态(气压)以及微弹丸的速度等问题。控制系统操作面板如图11所示，其由十个控制区域组成，每个区域控制一个微弹丸发射器。以1#区域控制第一组微弹丸发射器为例，1#控制区域包括对准靶场显示灯、气压显示屏、电磁开关显示灯、位置感应显示灯、速度显示屏、换位器显示灯和触发按钮等。当炮管对准试验靶场后，对准靶场显示灯变亮，气压显示屏显示高压气室内气体压强，按下触发按钮后电磁开关显示灯变亮，当三层硬分离式弹托13触发位置感应器19后位置感应显示灯变亮，弹丸速度显示屏显示微弹丸134的出膛速度。第一组弹丸发射器的触发按钮为手动触发，其它各组均为电磁触发按钮。由于本发明的微弹丸发射系统包括10组微弹丸发射器，每组微弹丸发射器又包含两个炮管(弹道孔)，故本发明的微弹丸发射系统可发射20粒微弹丸，每组微弹丸发射器的两个炮管之间的转换由电磁快速换位器18控制，10组微弹丸发射器的转换由分多盘24的旋转控制。

本发明的微弹丸发射系统为满足技术要求，如微粒尺寸(直径：0.05～1.0mm)，可将微弹丸发射器1的弹道孔尺寸及三层硬分离式弹托13的直径进行适应性调整即可；对于飞行速度(15-150m/s)而言，当需要较大飞行速度(通常指的是速度达到上千米每秒)时，可将弹道孔加长。

本发明的一种微弹丸发射系统为微弹丸发射试验的输入端，将微小弹丸按一定速度发射到试验目标区域内，可用于研究微小颗粒在电场、磁场、核辐射场等特殊辐射场中的运动、碰撞、及相互作用等特性，也可用于研究材料的抗微小弹丸冲击特性等试验，具有可发射微小弹丸、结构简单、易于操作等优点。

以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种微弹丸发射系统，其特征在于，包括微弹丸发射器(1)，所述微弹丸发射器固定于进给机构上，用于连续发射预定数量的微型弹丸；进给机构(2)，用于控制微弹丸发射器旋转，实现微弹丸的分组发射；充压装置(3)，在发射前给微弹丸发射器充压，充压完毕后断开连接，用于为微弹丸发射提供能量；测速拍照装置(4)，测速拍照装置设置于微弹丸发射器的出膛口，用于测量发射之后的微弹丸的出膛速度，及通过拍照验证微弹丸是否发射成功；控制系统(5)，控制系统通过电缆连接于微弹丸发射器、进给机构、充压装置和测速拍照装置，用于控制或监测微弹丸发射器、进给系统、充压装置和测速拍照装置的正常工作。

2.根据权利要求1所述的微弹丸发射系统，其特征在于，所述微弹丸发射器包括弹托硬分离式挡块(11)、双弹道燕尾槽炮体(12)、三层硬分离式弹托(13)、填弹孔盖(14)、推拉式电磁开关(15)、高压气室(16)、燕尾槽炮体底座(17)、电磁快速换位器(18)和位置感应器(19)；所述双弹道燕尾槽炮体(12)具有第一弹道孔和第二弹道孔，且第一弹道孔的轴线与第二弹道孔的轴线平行，所述双弹道燕尾槽炮体(12)通过燕尾槽与燕尾槽炮体底座(17)滑动连接，滑动方向与第一弹道孔的轴线垂直，所述电磁快速换位器(18)连接于双弹道燕尾槽炮体(12)的侧面，用于控制双弹道燕尾槽炮体(12)沿燕尾槽滑动；其中在双弹道燕尾槽炮体(12)的第一弹道孔出口端依次设有位置感应器(19)和弹托硬分离式挡块(11)，在第一弹道孔的装弹端设有与第一弹道孔轴线垂直的推拉式电磁开关(15)，所述高气压室(16)通过高压软管连接于第一弹道孔的装弹端，在所述推拉式电磁开关(15)和装弹端之间的第一弹道孔上还设有填弹孔盖(14)，在所述第一弹道孔内装有三层硬分离式弹托(13)；在双弹道燕尾槽炮体(12)的第二弹道孔出口端依次设有位置感应器(19)和弹托硬分离式挡块(11)，在第二弹道孔的装弹端设有与第二弹道孔轴线垂直的推拉式电磁开关(15)，所述高气压室(16)通过高压软管连接于第二弹道孔的装弹端，在所述推拉式电磁开关(15)和装弹端之间的第二弹道孔上还设有填弹孔盖(14)，在所述第二弹道孔内装有三层硬分离式弹托(13)。

3.根据权利要求2所述的微弹丸发射系统，其特征在于，所述双弹道燕尾槽炮体(12)的第一弹道孔及其内部结构与第二弹道孔及其内部结构完全相同。

4.根据权利要求2所述的微弹丸发射系统，其特征在于，所述三层硬分离式弹托包括弹托体(131)、缓冲层(132)和弹托底座(133)，所述弹托体(131)为圆柱形，沿弹托体(131)的轴线设有通孔，所述微弹丸(134)置于所述通孔内，在通孔的一端设有预定倒角，在弹托体的倒角端依次粘接缓冲层(132)和弹托底座(133)。

5.根据权利要求4所述的微弹丸发射系统，其特征在于，所述预定倒角的范围为30°至45°，所述预定倒角指的是倒角斜边与所述通孔轴线的夹角。

6.根据权利要求2所述的微弹丸发射系统，其特征在于，所述推拉式电磁开关(15)的开关作动杆(152)端部设有开关通气孔(151)，所述开关通气孔(151)的轴线与第一弹道孔的轴线平行。

7.根据权利要求1所述的微弹丸发射系统，其特征在于，所述进给机构(2)包括伺服电机(21)、传动皮带(22)、减速箱(23)、分度盘(24)，所述伺服电机(21)为进给机构(2)的动力源，所述伺服电机(21)与减速箱(23)通过传动皮带(22)连接，所述减速箱(23)伸出有传动轴，传动轴固定于所述分度盘(24)的中心，所述微弹丸发射器(1)固定于分度盘(24)上，通过分度盘(24)的旋转实现微弹丸发射器(1)的分组发射。

8.根据权利要求7所述的微弹丸发射系统，其特征在于，分度盘(24)为正十边形结构，在每条边上固定一个微弹丸发射器(1)。