CN107271264A - 一种轻气炮发射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轻气炮发射装置，包括发射管；发射部件，包括发射腔、第一导气通道和第二导气通道，发射腔用于设置弹丸，第一导气通道连通发射腔并将气体均匀导向弹丸的侧壁，第二导气通道连通发射腔并将气体导向弹丸端壁，发射腔连接发射管；储气部件，连通第一导气通道；供气部件，包括第一管路和第二管路，第一管路连通第一导气通道，第二管路连通第二导气通道，第一管路和第二管路分别连通气源。运用该轻气炮发射装置原理清晰，结构简单，结合了电磁阀式发射系统的可控性和破膜式发射系统的高效性，同时相较现有技术在发射压力上具有极大突破，所得结果误差更小，工作效率更高。

Description

一种轻气炮发射装置
技术领域
本发明涉及冲击动力学领域，特别是一种轻气炮发射装置。
背景技术
随着现代冲击动力学和材料科学的发展，对于材料的加载方式提出了更加苛刻的要求。气炮尤其是改进后的小型轻气炮，以压缩气体作为动力源，驱动弹丸以超高速(0～1000m/s)撞击样品，从而实现材料的超高应变率加载。凭借此特点，气炮在航天器防护研究、地球物理研究、动能武器研究等领域得到广泛应用。
目前，普通的轻气炮实验系统多采用破膜式和电磁阀式发射系统。破膜式发射是将预先准备好的已知破膜压力的膜片，置于子弹后端并固定，然后向炮管加压当压力达到膜片破膜压力时，膜片瞬间破裂，子弹获得较大初始发射压力而快速向前推进。电磁阀式发射是在炮管和气瓶之间设置一电磁阀，先向气瓶加压到预定值，然后开启电磁阀，气体释放推动子弹快速前进。
现有的发射系统在实际的使用过程中存在着许多的问题。
破膜式发射系统，能够获得较大初始发射压力，但是其破膜压力只能由膜片决定；实验加气压力受膜片的限制，使得子弹的速度难以控制，难以设计压力-速度连续可调的系列性实验；此外，膜片多为铝片，在加工过程中难免在其表面造成划痕等缺陷，而且相同材料的膜片其内部也可能存在不同的缺陷，导致同种材料同种厚度的膜片的破膜压力各不相同，打出的子弹速度也就不同。此外其破膜的膜片易脱落，随弹丸一起向前飞行，造成飞行发射质量的不确定性，并且金属的膜片高速飞行状态下很容易损伤价格高昂的炮管内壁。这些缺陷使得实验人员难以设计出实验速度精确，实验过程安全可靠的实验。
电磁阀式发射系统，为了提高响应速度其内部气体通径通常较小，开启速度也相对较慢，同时电磁阀由于电磁力限制，很难做到大通径的高压电磁阀，这导致在发射时子弹后端压降明显，造成实际发射压强与所加气压差异较大，气体未能够快速释放全部势能。电磁阀式发射系统适用于加气压力较小的实验，用于气体压力较高的实验中就会产生较大误差。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的现有破膜式发射系统破膜压力只能由膜片决定，子弹的速度难以控制，难以设计压力-速度连续可调的系列性实验，现有电磁阀式发射系统在发射时子弹后端压降明显，只适用于加气压力较小的实验，用于气体压力较高的实验中就会产生较大误差的问题，提供一种轻气炮发射装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种轻气炮发射装置，包括：
发射管，包括用于弹丸导向和加速的内腔；
发射部件，包括发射腔、第一导气通道和第二导气通道，所述发射腔用于设置所述弹丸，所述第一导气通道连通所述发射腔并将气体均匀导向所述弹丸的侧壁，所述第二导气通道连通所述发射腔并将气体导向所述弹丸端壁，所述发射腔连接所述发射管；
储气部件，连通所述第一导气通道；
供气部件，包括第一管路和第二管路，所述第一管路连通所述第一导气通道，所述第二管路连通所述第二导气通道，所述第一管路和所述第二管路分别连通气源。
使用时，气源的压力气体由所述第一管路进入所述第一导气通道，压力气体的压强作用在所述弹丸的侧壁，所述弹丸受平衡力保证静止，同时压力气体经所述第一导气通道向所述储气部件充气蓄能，当所述储气部件内部压力达到所需值后，气源的压力气体由所述第二管路进入所述第二导气通道，压力气体的压强作用在所述弹丸的端壁，所述弹丸受到向前的推力逐步向前移动，在所述弹丸向前移动，作用于所述弹丸侧壁的平衡气压被破坏的瞬间，所述储气部件内存储的压力气体快速释放并作用于所述弹丸的端壁，推动所述弹丸高速前进，实现所述弹丸的发射。
采用本发明所述的轻气炮发射装置，相比破膜式发射系统，所述弹丸的速度由充入所述储气部件内气体压力的大小决定，发射时间由开启所述第二管路通气决定，即发射的速度、压力大小和时间等参数可控，相比电磁阀式发射系统，所述储气部件释放压力气体推动所述弹丸高速前进的通道不设置电磁阀启闭，通道的直径可设计较电磁阀式发射系统通径大得多，保证所述弹丸发射后压力气体持续作用，无明显压降，减小误差，该轻气炮发射装置原理清晰，结构简单，结合了电磁阀式发射系统的可控性和破膜式发射系统的高效性，同时相较现有技术在发射压力上具有极大突破，所得结果误差更小，工作效率更高。
优选地，该轻气炮发射装置还包括限位环，所述限位环设于所述发射腔内，所述弹丸套接于所述限位环，所述限位环朝向所述第一导气通道的端面与所述第一导气通道端面之间具有间隙腔，所述弹丸的侧壁位于所述间隙腔内。
采用这种结构设置，所述限位环用于限制所述弹丸的初始位置，保持所述弹丸在所述发射腔中稳定，所述间隙腔连通所述第一导气通道，压力气体经所述第一导气通道进入所述间隙腔，并作用于所述弹丸的侧壁，使所述弹丸受平衡力保持相对静止。
优选地，所述第一导气通道包括均匀分布的若干个通孔，所有所述通孔一端连通所述间隙腔，所有所述通孔另一端连通所述储气部件。
采用这种结构设置，便于压力气体快速、均匀的分布作用于所述弹丸的侧壁。
优选地，所述第二管路连通所述第一管路，所述第二管路上设有阀门。
采用这种结构设置，所述第二管路连通所述第一管路，所述第一管路连接气源，能够简化所述供气部件的结构，节约材料成本。
优选地，所述阀门为电磁阀。
优选地，该轻气炮发射装置还包括发射转接头和储气转接头，所述发射管连接所述发射转接头，所述发射转接头连接所述发射部件，所述发射部件连接所述储气转接头，所述储气转接头连接所述储气部件。
优选地，所述储气部件为碳纤维高压气瓶。
优选地，所述发射管与所述发射部件的连接部位设有密封部件，所述储气部件与所述发射部件的连接部位设有所述密封部件，所述供气部件与所述发射部件的连接部位设有所述密封部件。
优选地，所述密封部件为O型密封圈。
优选地，所述弹丸的两端分别设有至少一个密封圈，将气体隔绝在所述弹丸的侧壁。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、运用本发明所述的轻气炮发射装置，相比破膜式发射系统，所述弹丸的速度由充入所述储气部件内气体压力的大小决定，发射时间由开启所述第二管路通气决定，即发射的速度、压力大小和时间等参数可控，相比电磁阀式发射系统，所述储气部件释放压力气体推动所述弹丸高速前进的通道不设置电磁阀启闭，通道的直径可设计较电磁阀式发射系统通径大得多，保证所述弹丸发射后压力气体持续作用，无明显压降，减小误差，该轻气炮发射装置原理清晰，结构简单，结合了电磁阀式发射系统的可控性和破膜式发射系统的高效性，同时相较现有技术在发射压力上具有极大突破，所得结果误差更小，工作效率更高；
2、运用本发明所述的轻气炮发射装置，该轻气炮发射装置还包括限位环，所述限位环设于所述发射腔内，所述弹丸套接于所述限位环，所述限位环朝向所述第一导气通道的端面与所述第一导气通道端面之间具有间隙腔，所述弹丸的侧壁位于所述间隙腔内，采用这种结构设置，所述限位环用于限制所述弹丸的初始位置，保持所述弹丸在所述发射腔中稳定，所述间隙腔连通所述第一导气通道，压力气体经所述第一导气通道进入所述间隙腔，并作用于所述弹丸的侧壁，使所述弹丸受平衡力保持相对静止；
3、运用本发明所述的轻气炮发射装置，所述第一导气通道包括均匀分布的若干个通孔，所有所述通孔一端连通所述间隙腔，所有所述通孔另一端连通所述储气部件，采用这种结构设置，便于压力气体快速、均匀的分布作用于所述弹丸的侧壁；
4、运用本发明所述的轻气炮发射装置，所述第二管路连通所述第一管路，所述第二管路上设有阀门，采用这种结构设置，所述第二管路连通所述第一管路，所述第一管路连接气源，能够简化所述供气部件的结构，节约材料成本。
附图说明
图1为本发明所述的轻气炮发射装置的结构示意图；
图2为本发明所述的轻气炮发射装置的结构剖视图；
图3为图2中A-A剖视下的发射腔结构示意图。
图中标记：1-发射管，2-发射部件，21-发射腔，22-第一导气通道，23-第二导气通道，3-储气部件，4-供气部件，41-第一管路，42-第二管路，43-阀门，5-限位环，6-弹丸，7-发射转接头，8-储气转接头。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1-3所示，本发明所述的一种轻气炮发射装置，包括：
发射管1，包括用于弹丸6导向和加速的内腔；
发射部件2，包括发射腔21、第一导气通道22和第二导气通道23，所述发射腔21用于设置所述弹丸6，所述第一导气通道22连通所述发射腔21并将气体均匀导向所述弹丸6的侧壁，所述第二导气通道23连通所述发射腔21并将气体导向所述弹丸6端壁，所述发射腔21连接所述发射管1；
储气部件3，连通所述第一导气通道22；
供气部件4，包括第一管路41和第二管路42，所述第一管路41连通所述第一导气通道22，所述第二管路42连通所述第二导气通道23，所述第一管路41和所述第二管路42分别连通气源。
使用时，气源的压力气体由所述第一管路41进入所述第一导气通道22，如图2中虚线箭头所示，压力气体的压强作用在所述弹丸6的侧壁，所述弹丸6受平衡力保证静止，同时压力气体经所述第一导气通道22向所述储气部件3充气蓄能，当所述储气部件3内部压力达到所需值后，气源的压力气体由所述第二管路42进入所述第二导气通道23，如图2中实线箭头所示，压力气体的压强作用在所述弹丸6的端壁，所述弹丸6受到向前的推力逐步向前移动，在所述弹丸6向前移动，作用于所述弹丸6侧壁的平衡气压被破坏的瞬间，所述储气部件3内存储的压力气体快速释放并作用于所述弹丸6的端壁，推动所述弹丸6高速前进，实现所述弹丸6的发射。
作为本实施例的一个优选方案，该轻气炮发射装置还包括限位环5，所述限位环5设于所述发射腔21内，所述弹丸6套接于所述限位环5，所述限位环5朝向所述第一导气通道22的端面与所述第一导气通道22端面之间具有间隙腔，所述弹丸6的侧壁位于所述间隙腔内，采用这种结构设置，所述限位环5用于限制所述弹丸6的初始位置，保持所述弹丸6在所述发射腔21中稳定，所述间隙腔连通所述第一导气通道22，压力气体经所述第一导气通道22进入所述间隙腔，并作用于所述弹丸6的侧壁，使所述弹丸6受平衡力保持相对静止。如图3所示，所述第一导气通道22包括均匀分布的五个通孔，所有所述通孔一端连通所述间隙腔，所有所述通孔另一端连通所述储气部件3，采用这种结构设置，便于压力气体快速、均匀的分布作用于所述弹丸6的侧壁。所述第二管路42连通所述第一管路41，所述第二管路42上设有阀门43，采用这种结构设置，所述第二管路42连通所述第一管路41，所述第一管路41连接气源，能够简化所述供气部件4的结构，节约材料成本，所述阀门43为电磁阀。
作为本实施例的一个优选方案，该轻气炮发射装置还包括发射转接头7和储气转接头8，所述发射管1连接所述发射转接头7，所述发射转接头7连接所述发射部件2，所述发射部件2连接所述储气转接头8，所述储气转接头8连接所述储气部件3。所述储气部件3为碳纤维高压气瓶。所述发射管1与所述发射部件2的连接部位设有密封部件，所述储气部件3与所述发射部件2的连接部位设有所述密封部件，所述供气部件4与所述发射部件2的连接部位设有所述密封部件，所述密封部件为O型密封圈。所述弹丸6的两端分别设有至少一个密封圈，将气体隔绝在所述弹丸6的侧壁。
运用本发明所述的轻气炮发射装置，相比破膜式发射系统，所述弹丸6的速度由充入所述储气部件3内气体压力的大小决定，发射时间由开启所述第二管路42通气决定，即发射的速度、压力大小和时间等参数可控，相比电磁阀式发射系统，所述储气部件3释放压力气体推动所述弹丸6高速前进的通道不设置电磁阀启闭，通道的直径可设计较电磁阀式发射系统通径大得多，保证所述弹丸6发射后压力气体持续作用，无明显压降，减小误差，该轻气炮发射装置原理清晰，结构简单，结合了电磁阀式发射系统的可控性和破膜式发射系统的高效性，同时相较现有技术在发射压力上具有极大突破，所得结果误差更小，工作效率更高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻气炮发射装置，其特征在于，包括：
发射管(1)，包括用于弹丸(6)导向和加速的内腔；
发射部件(2)，包括发射腔(21)、第一导气通道(22)和第二导气通道(23)，所述发射腔(21)用于设置所述弹丸(6)，所述第一导气通道(22)连通所述发射腔(21)并将气体均匀导向所述弹丸(6)的侧壁，所述第二导气通道(23)连通所述发射腔(21)并将气体导向所述弹丸(6)端壁，所述发射腔(21)连接所述发射管(1)；
储气部件(3)，连通所述第一导气通道(22)；
供气部件(4)，包括第一管路(41)和第二管路(42)，所述第一管路(41)连通所述第一导气通道(22)，所述第二管路(42)连通所述第二导气通道(23)，所述第一管路(41)和所述第二管路(42)分别连通气源。
2.根据权利要求1所述的一种轻气炮发射装置，其特征在于，还包括限位环(5)，所述限位环(5)设于所述发射腔(21)内，所述弹丸(6)套接于所述限位环(5)，所述限位环(5)朝向所述第一导气通道(22)的端面与所述第一导气通道(22)端面之间具有间隙腔，所述弹丸(6)的侧壁位于所述间隙腔内。
3.根据权利要求2所述的一种轻气炮发射装置，其特征在于，所述第一导气通道(22)包括均匀分布的若干个通孔，所有所述通孔一端连通所述间隙腔，所有所述通孔另一端连通所述储气部件(3)。
4.根据权利要求1所述的一种轻气炮发射装置，其特征在于，所述第二管路(42)连通所述第一管路(41)，所述第二管路(42)上设有阀门(43)。
5.根据权利要求4所述的一种轻气炮发射装置，其特征在于，所述阀门(43)为电磁阀。
6.根据权利要求1所述的一种轻气炮发射装置，其特征在于，还包括发射转接头(7)和储气转接头(8)，所述发射管(1)连接所述发射转接头(7)，所述发射转接头(7)连接所述发射部件(2)，所述发射部件(2)连接所述储气转接头(8)，所述储气转接头(8)连接所述储气部件(3)。
7.根据权利要求1所述的一种轻气炮发射装置，其特征在于，所述储气部件(3)为碳纤维高压气瓶。
8.根据权利要求1所述的一种轻气炮发射装置，其特征在于，所述发射管(1)与所述发射部件(2)的连接部位设有密封部件，所述储气部件(3)与所述发射部件(2)的连接部位设有所述密封部件，所述供气部件(4)与所述发射部件(2)的连接部位设有所述密封部件。
9.根据权利要求8所述的一种轻气炮发射装置，其特征在于，所述密封部件为O型密封圈。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种轻气炮发射装置，其特征在于，所述弹丸(6)的两端分别设有至少一个密封圈。
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