CN107084640A - 一种模拟训练弹自动发射系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟训练弹自动发射系统，解决了常规模拟实战训练中难以实现逼真的模拟近距离作战中爆炸弹药的爆炸效果又避免亡事问题和采用非火药手段激发引信并发射模拟训练弹的问题，技术方案是：该模拟训练弹自动发射系统包括发射筒、发射筒控制装置和用于装入发射筒内发射的模拟训练弹，模拟训练弹包括弹体外壳、弹芯和弹体底部的引信结构，发射筒气缸侧壁设置有用于连通气缸内腔和发射筒内腔的导气孔，气缸下部通过导气管和常闭电磁阀连接有高压储气罐，其通过自动识别目标来协同控制弹射激发引信并发射弹体和模拟爆炸，发射过程完全避免了利用火药发射带来的危险隐患，易于操作，安全可靠，结构简单，适于民用生产制造。

Description

一种模拟训练弹自动发射系统

技术领域

本发明涉及模拟实战训练系统，特别是一种模拟训练弹自动发射系统，用于部队和公安战士模拟实战训练，向受训者发射模拟训练弹药。

背景技术

当前，军事训练增加了针对近距离作战的训练，近距离作战是指发生在几米到几十米距离的战斗，英文称作Close Quarters Battle，简称为CQB；在近距离作战中，将大量用到比子弹威力更大的迫击炮和枪榴弹这类以爆炸产生破片为毁伤形式的武器弹药；在训练中，为了模拟战场情境、营造战场气氛和效果，通常会使用带有发射管的发射器发射教练弹药，例如使用迫击炮发射仅有迫击炮弹外观的，在战斗部没有装填炸药的教练弹药；使用挂载于步枪枪管下方的榴弹发射器，发射仅有枪榴弹外观的在战斗部没有装填炸药的教练弹药，上述装置在发射管内引燃发射火药产生膛压才能推送弹头，发射火药是一次性的使用寿命，反复发射就必须反复使用发射火药，火药材料昂贵并对环境产生破坏，也对周围人员存在安全隐患，而且由于使用的教练弹药的战斗部都没有装填炸药，无法产生爆炸的视听觉效果，不能逼真地模拟实战氛围；再有，在实弹战术射击训练中，需要发射教练弹的一方作为敌方向我方受训者发射教练弹进行模拟攻击，受训者以实弹进行还击射击，为减少发射教练弹的一方和受训者受伤，双方不能以相对方向进行迎面射击，从根本上限制了对抗性演练的实战效果；因此，常规做法是采用预先埋设火药炸点，再引发火药爆燃模仿敌方的迫击炮或枪榴弹进行攻击来模拟战场爆炸产生视听效果，但火药爆燃所释放的冲击能量也将对人员、财产、环境造成安全隐患，一系列保证安全的配套措施也使用成本居高不下；再有，埋设炸点须由专人提前进行准备和施工，包括铺设从实弹射击训练区域到安全控制区域之间的起爆控制电缆，以及设置从安全控制区域观察确认炸点位置和提示爆炸波及范围的警示标志物，这就耗费了大量的人力、财力、物力、时间；由于预设炸点被提前设置了警示标志物，使得受训者能够知道即将发生爆炸的位置从而提前有了心理准备，甚至下意识地采取规避动作或绕行，从而无法模拟出敌方火力打击的突然性和不可预测性；引燃火药所需的点火控制装置必须有专人在现场进行跟踪监视和操控，而训练场地附近汇集的众多人员、车辆、武器、弹药、装备使环境变得十分复杂，难以形成易于操作和协同控制的训练系统，而且对民用生产制造带有火药的发射装置和模拟训练弹的限制，不利于产业的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟训练弹自动发射系统，解决了常规模拟实战训练中难以实现逼真的模拟近距离作战中迫击炮弹和枪榴弹类爆炸弹药的爆炸效果又避免相关人员伤亡事故的问题，以及如何自动识别目标控制投弹和引爆，并采用非火药手段激发引信并发射模拟训练弹的问题，其通过自动识别目标来协同控制弹射激发引信并发射弹体和模拟爆炸。

本发明的技术方案是：该模拟训练弹自动发射系统包括发射筒、发射筒控制装置和用于装入发射筒内发射的模拟训练弹，模拟训练弹包括弹体外壳、弹芯和弹体底部的引信结构，技术要点是：

发射筒内设置有用于支撑模拟训练弹弹体外壳的环状支撑台，在环状支撑台下方的发射筒空腔内设置有活塞式气缸，活塞上端设置有用于撞击模拟训练弹引信结构的冲头，在气缸侧壁设置有用于连通气缸内腔和发射筒内腔的导气孔，活塞下部设置有密封端，该密封端通过往复运动移动到导气孔下方来隔离气缸充气内腔与发射筒内腔，并通过往复运动移动到导气孔上方来连通气缸充气内腔与发射筒内腔，气缸下部通过导气管和常闭电磁阀连接有高压储气罐；

发射筒控制装置包括连接有摄像机的计算机，所述计算机还通过单片机与所述常闭电磁阀连接，所述计算机用于接收摄像机拍摄的视频数据，通过与预存目标图像比较来识别视频数据中的目标图像，并通过计算机的控制端口向单片机发送指令控制常闭电磁阀的开关动作；摄像机镜头拍摄方向与发射筒发射方向相同，目标图像为图形标识物。

模拟训练弹的弹体外壳为薄壁塑料瓶，弹芯为带有弹芯套筒的高压气体密封瓶，在弹体外壳与弹芯套筒之间的夹层内充有可弥散的细粉末，引信结构包括与弹体外壳密封连接的引信帽，引信帽内侧开口设置带有内螺纹口的环形凸台，该内螺纹口与弹芯套筒为非密封螺纹连接，在引信帽内侧底部设置有用于刺破高压气体密封瓶的带有底座的顶锥，引信帽端盖通过复位弹簧压接在引信帽的槽形外端口，引信帽顶锥底座通过螺栓与引信帽端盖连接，并压接在引信帽内侧底部，顶锥的尖端贴近高压气体密封瓶薄壁封头，引信帽外径小于发射筒环状支撑台的内径。

所述发射筒和发射筒控制装置外部设置有防弹箱，摄像机镜头对应设置有潜望镜。

所述导气孔为靠近气缸顶部的同一圆周的多个通孔，所述活塞密封端为柱体型，该密封端的轴向厚度小于导气孔到气缸顶部的距离。

所述潜望镜为带有螺纹接口的上、下两段式结构，物镜设置在上段，目镜设置在下段。

所述防弹箱上设置有置于潜望镜物镜后方的防弹钢板。

本发明的优点及有益效果是：本发明采用气缸式弹射部件的发射筒来激发模拟训练弹的引信结构，并以高压气体吹送方式发射模拟训练弹，其巧妙的利用高压气体推动活塞冲头撞击引信帽，并通过活塞密封端控制导气孔的连通，利用导出的高压气体在发射筒内推动模拟训练弹整体弹出，其不使用发射火药，避免了常规发射装置要在发射管内引燃发射火药产生膛压才能推送弹体的危险性，利用气缸的储能和释放动能弹射出弹体，而发射火药是一次性的使用寿命，反复发射就必须反复使用发射火药，这极大地消耗了金钱和破坏了环境，而弹性部件却能够被安全地、重复地、长期地使用，无需维护、取材方便、更换简单、成本低廉。

模拟训练弹采用高压气体密封瓶作为弹芯，通过撞击引信结构刺破高压气体密封瓶薄壁封头，使压缩气体通过环形凸台内壁非密封螺纹的缝隙泄露并充满弹体外壳夹层，在薄壁塑料瓶无法承受气体压力后爆裂发出爆炸声音，并使弹体外壳夹层内的细粉末形成释放的烟气，该结构形成没有炸药的安全弹体，其不产生任何爆炸破片，这对周边人员和财产都是安全的，这也避免了使用昂贵和危险的炸药，保护了环境；防止使受训者受伤，能够达到模拟爆炸的战场效果该引信结构解决了常规引信依赖于火药的问题，火药是昂贵、危险、破坏环境的，并且使发射系统能够仅用一个弹射动作却实现了激活引信与发射弹体两个功能；

发射筒控制装置通过摄像机和识别图像的计算机实现采集和有效准确识别目标图像来控制发射筒，其将光学观瞄和计算机视觉技术相结合，通过识别图形标识物实现了对目标的自动搜索、自主识别、自行发射，由于取消了现场控制或远程遥控，不但节省了人力，也实现了无人值守的自动运行，本系统可以被放置于实弹射击场地内的任何位置，解决了因为人身安全隐患而无法在实弹射击场地内设置和使用常规发射装置的问题。

综上，本发明能够自动识别受训者，主动发射模拟训练弹，避免伤人，能达到逼真的模拟爆炸效果，发射过程完全避免了利用火药发射带来的危险隐患，易于操作，安全可靠，结构简单，适于民用生产制造。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明的发射筒待发射状态结构示意图；

图3是本发明的发射筒充气状态结构示意图；

图4是发射筒控制装置连接框图；

图5是本发明的模拟训练弹结构。

图中序号说明：1发射筒、2摄像机、3潜望镜、4计算机、5防弹箱、6常闭电磁阀、7高压储气罐、8环状支撑台、9活塞、9-1冲头、9-2密封端、10气缸、11气缸充气内腔、12引信结构、13高压气体、14导气管、15进气口、16导气孔、17发射筒内腔、18模拟训练弹、19弹体外壳、20细粉末、21弹芯套筒、22高压气体密封瓶、22-1高压气体密封瓶薄壁封头、23引信帽、24环形凸台、24-1内螺纹口、25顶锥、25-1顶锥的尖端、26带有通孔的底部、27复位弹簧、28端盖、29螺栓。

具体实施方式

根据图1-5对本发明作详细描述，实施例如图1所示，一种模拟训练弹自动发射系统，其包括发射筒1、专用于装填入该发射筒内的模拟训练弹和发射筒控制装置，发射筒控制装置包括连接有摄像机2的用于识别图像的计算机4，计算机4还通过单片机与常闭电磁阀6连接，发射筒控制装置可通过电池供电。还可以在发射筒1和发射筒控制装置外部设置防弹箱5，防弹箱采用防弹钢板，箱体外侧包覆防止子弹反弹的弹性材料，用于保护内部器件被实弹损坏；摄像机镜头拍摄方向与发射筒发射方向相同。为了使摄像机镜头有较佳的拍摄视角和防止被实弹损坏，摄像机镜头可以对应设置有潜望镜3，潜望镜物镜端设置在防弹箱5的拍摄口。

如图2和3所示，发射筒1内设置有用于支撑模拟训练弹18外壳的环状支撑台8，图2所示为发射筒待发射状态，环状支撑台向上托住模拟训练弹外壳的下肩部，环状支撑台下方的发射筒内腔设置有活塞式气缸10，该活塞式气缸的活塞9的上端设置有冲头9-1，冲头用于撞击模拟训练弹引信结构12；活塞的下端设置有密封端9-2，密封端可紧贴气缸内壁滑动，气缸侧壁设置有用于连通气缸充气内腔11和发射筒内腔17的导气孔16，活塞9的密封端9-2通过往复运动移动到导气孔16下方来隔离气缸充气内腔与发射筒内腔，密封端移动到导气孔上方来连通气缸充气内腔与发射筒内腔，气缸下部通过导气管14和常闭电磁阀6连接有高压储气罐13；图3所示为发射筒充气状态结构示意图，当气缸10充入高压气体13，高压气体推送活塞9沿气缸10滑动到最上端，活塞密封端越过导气孔被挡在气缸内，冲头上升撞击模拟训练弹的引信帽端盖，激发引信。作为优选，导气孔可以设置成靠近气缸顶部的同一圆周的多个通孔，活塞密封端为柱体型，密封端的轴向厚度a小于导气孔到气缸顶部的距离b。

如图4所示，发射筒控制装置包括摄像机、用于识别图像的计算机，计算机还通过单片机与所述常闭电磁阀连接，该计算机与摄像机连接，并接收摄像机传输的视频数据，通过读取的视频数据与预存目标图像比较，识别视频数据中的目标图像，目标图像为图形标识物，通过计算机的控制端口向单片机发送指令来控制常闭电磁阀的开关动作。

为了提高识别速度和准确率，摄像机可以采用选用帧率为120帧/秒的高速摄像机，为了避免摄像机镜头发生透视畸变，而影响到识别的效果和识别的速度，摄像机选用标准镜头，而非广角镜头或远摄镜头；计算机的视觉图像识别技术已经能从视频中识别人脸、车牌和文字，计算机可采用微型计算机，也可以用笔记本电脑，载有现有的图像识别系统，例如基于OPENCV计算机视觉库。目标图像的图形标识物可采用特定的几何图形标签或可以容易被识别的颜色标签，将该图形标识物的图像特征数据预先提取并存储在计算机的图像识别系统内，例如图形标签为制作4个15厘米x15厘米的三角形标志，作为目标图形模板的视频数据存储在计算机存储器中，将图形标签贴在受训者服装的前胸、后背和躯干的两侧上，通过摄像机拍摄并将视频数据数据传输给计算机，图像识别系统在读取每一帧图像的同时，将其与图形模板数据做比对。当穿有该标签服装的受训者出现在摄像机的镜头前时，其佩戴的图形标识物被摄像机拍摄到，该图像包含了与图形模板相同的特征数据，通过比对判定两组数据是一致的即为识别到目标，计算机遂向单片机发出一个指令，由单片机控制常闭电磁阀的开关动作。该图像识别系统从实时拍摄的视频图像中识别到该图形标识物的数据，就等同于识别到目标，其仅需识别摄像机镜头前该图形标识物的有或无，不需要识别出该图形标识物的位置、运行轨迹和速度，也不需要跟踪该图形标识物。同时，处于摄像机视场内的内容都是可以被人为筛选并设定的。除了该图形标识物之外，摄像机所拍摄到的视频中的其他内容都不会触发发射系统的发射。

该潜望镜可采用螺纹接口的两段结构的潜望镜，使潜望镜上端的物镜与潜望镜下端的目镜分成两个部分，通过螺纹接口相连接。使摄相机镜头对准潜望镜下端的目镜，使潜望镜上端的物镜与发射系统的发射口同向。防弹箱有可向上开启的盖子，仅使潜望镜上端的物镜端面设置在防弹箱体的拍摄口，发射系统的发射筒端口设在防弹箱体发射口，还可以在目镜后方设置一小块竖向防弹钢板，焊接于防弹箱体可开启上盖的下表面。在实弹射击训练过程中，如果发射系统的钢制发射口端面被实弹击中不会损坏。当潜望镜上端的物镜端面被实弹击中损坏时，目镜后方的竖向防弹钢板阻挡子弹继续深入箱体内部损坏其他结构，仅需从潜望镜的螺纹连接处拆下物镜，更换一个新的物镜即可，方便而且价格低廉，这个结构利用一个物镜避免了昂贵的摄像机被损毁，既节约了系统的运行维护成本又实现了快速抢修，从而能够保障军队实战化军事训练的可实现性和稳定连续性。本发明的防弹箱体还可以是一个内直蓄电池的手提箱，使本发明能够随意放置任何位置的独立工作的和完整的闭环系统。

如图5所示，模拟训练弹的弹体外壳19为薄壁塑料瓶，在薄壁塑料瓶内部形成高压条件下会发生爆裂；弹芯为带有弹芯套筒21的高压气体密封瓶22，高压气体采用空气、二氧化碳和氮气中至少一种或混合；在弹体外壳与弹芯套筒之间的夹层内充有可弥散的细粉末20，细粉末可采用细碳粉、细煤粉和细滑石粉中至少一种，在弹体外壳爆裂时向外弥散，形成类似爆炸的烟雾；引信结构包括设置在弹体外壳底部的引信帽23，引信帽通过内侧开口的内螺纹与弹体外壳底部开口密封连接，引信帽外径小于弹体外壳外径，引信帽内侧开口设置有带有内螺纹口24-1的环形凸台24，该内螺纹口可采用非密封的管螺纹，与弹芯套筒形成非密封的螺纹连接，该螺纹连接的缝隙用于将释放出来的高压气体导入弹体外壳与弹芯套筒之间的夹层空间。在引信帽23内侧底部设置有用于刺破高压气体密封瓶的带有底座的顶锥25，引信帽设置有引信帽端盖28，引信帽端盖通过复位弹簧27压接在引信帽槽形外端口，顶锥底座通过螺栓29与引信帽端盖连接，并可以通过密封垫片25压接在引信帽内侧带有通孔的底部26，顶锥的尖端25-1贴近高压气体密封瓶薄壁封头22-1。使用时，压缩气体的释放和膨胀过程成为爆破弹体外壳的延时，通过调整弹体外壳夹层内细粉末的装填体积可调整爆破延时的长短，通常将延时设定在>2秒，为弹体预留出膛和飞行时间；其中，压缩气体在常压下体积急剧膨胀，其产生的由内向外的压力施加于弹体外壳的内壁，使外壳爆裂。

发射筒工作过程：当计算机识别到目标，控制单片机打开高压储气罐出口的电磁阀，高压气体喷入气缸将活塞顶起上冲，冲头向上撞击引信帽端盖将引信激发；在活塞上冲行程的前半段，活塞密封端隔绝了高压气体与导气孔之间的通道，当活塞上冲到达行程终点、活塞密封端越过导气孔、冲头端面撞击到引信帽端盖时，高压气体才能够从导气孔喷出并进入发射筒内腔；喷发的高压气体将引信已被激发的模拟弹推送上升，从发射筒口射出飞向目标，此时，引信帽端盖缩进引信帽并带动顶锥尖端前冲并刺破高压气体密封瓶，在撞击力消失后，在复位弹簧的推动下使顶锥复位，高压气体由高压气体密封瓶被顶锥刺破的孔洞泄露，逐渐充满弹体外壳与弹芯套筒之间的夹层，超过弹体外壳能承受的压力后爆裂，发出爆炸声音和烟气，达到模拟战场的效果。为了连续发设弹体，可以设置多个发射筒与发射筒控制装置连接，也可以在发射筒上设置弹体上膛装置。

通过对单片机编程，控制常闭电磁阀的通电打开时间短于1秒钟，在完成一次发射后常闭电磁阀恢复关闭状态，高压气体被截止，气缸内的压力恢复至常压，活塞受重力作用向下滑落回到初始待机位置，等待下次发射。

综上所述，实现本发明的目的。

Claims (5)

1.一种模拟训练弹自动发射系统，它包括发射筒、发射筒控制装置和用于装入发射筒内发射的模拟训练弹，模拟训练弹包括弹体外壳、弹芯和弹体底部的引信结构，其特征在于：

发射筒内设置有用于支撑模拟训练弹弹体外壳的环状支撑台，在环状支撑台下方的发射筒空腔内设置有活塞式气缸，活塞上端设置有用于撞击模拟训练弹引信结构的冲头，在气缸侧壁设置有用于连通气缸内腔和发射筒内腔的导气孔，活塞下部设置有密封端，该密封端通过往复运动移动到导气孔下方来隔离气缸充气内腔与发射筒内腔，并通过往复运动移动到导气孔上方来连通气缸充气内腔与发射筒内腔，气缸下部通过导气管和常闭电磁阀连接有高压储气罐；

发射筒控制装置包括连接有摄像机的计算机，所述计算机还通过单片机与所述常闭电磁阀连接，所述计算机用于接收摄像机拍摄的视频数据，通过与预存目标图像比较来识别视频数据中的目标图像，并通过计算机的控制端口向单片机发送指令控制常闭电磁阀的开关动作；摄像机镜头拍摄方向与发射筒发射方向相同，目标图像为图形标识物；

模拟训练弹的弹体外壳为薄壁塑料瓶，弹芯为带有弹芯套筒的高压气体密封瓶，在弹体外壳与弹芯套筒之间的夹层内充有可弥散的细粉末，引信结构包括与弹体外壳密封连接引信帽，引信帽内侧开口设置带有内螺纹口的环形凸台，该内螺纹口与弹芯套筒为非密封螺纹连接，在引信帽内侧底部设置有用于刺破高压气体密封瓶的带有底座的顶锥，引信帽端盖通过复位弹簧压接在引信帽的槽形外端口，引信帽顶锥底座通过螺栓与引信帽端盖连接，并压接在引信帽内侧底部，顶锥的尖端贴近高压气体密封瓶薄壁封头，引信帽外径小于发射筒环状支撑台的内径。

2.根据权利要求1所述的模拟训练弹自动发射系统，其特征在于：所述发射筒和发射筒控制装置外部设置有防弹箱，摄像机镜头对应设置有潜望镜。

3.根据权利要求2所述的模拟训练弹自动发射系统，其特征在于：所述潜望镜为带有螺纹接口的上下两段式结构，物镜设置在上段，目镜设置在下段。

4.根据权利要求3所述的模拟训练弹自动发射系统，其特征在于：所述在防弹箱上设置有置于潜望镜物镜后方的防弹钢板。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的模拟训练弹筒式弹射发射器，其特征在于：所述导气孔为靠近气缸顶部的同一圆周的多个通孔，所述活塞密封端为柱体型，该密封端的轴向厚度小于导气孔到气缸顶部的距离。