CN108362167B - 快开发射装置及强冲击动力发生系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种快开发射装置及强冲击动力发生系统，解决了现有强冲击发生系统充放气较慢，开启速度低的问题。快开发射装置实现了主气罐与发射控制气罐的一体式融合设计，减少了因管路连接带来的气体流阻，提高充气速度的同时也便于安装，同时将发射控制气罐设计为双作用活塞形式，通过合理的结构设计，使阀瓣关闭后形成自密封。填补了国内大口径强冲击动力发生系统的空白，提升了此类试验系统的整体技术水平，且本发明强冲击动力发生系统的成本较低，具有较高的经济效益。

Description

快开发射装置及强冲击动力发生系统

技术领域

本发明属于气炮试验系统技术领域，尤其涉及一种快开发射装置及强冲击动力发生系统。

背景技术

强冲击动力发生系统是一种炮击试验模拟装置，以外界高压气体储存在气罐中提供动力源，将炮弹高速发射出去，模拟炮弹发射过程，并对试验过程进行监测，获取相应试验数据。

目前国内强冲击动力发生系统中主气罐与发射装置为分体式设置，且发射装置通径较小(最大通径200mm)、压力较低(1.6MPa)、主气罐与发射装置之间通过管路连接，会增大气体流阻，使得充放气较慢，开启速度低(150ms以上)，不符合中国飞机强度研究所提出的强冲击动力发生系统标准文件的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有强冲击发生系统充放气较慢，开启速度低等不足之处，而提供了一种快开发射装置及强冲击动力发生系统。本系统根据航空事业发展的需要，发射装置公称通径可以达到280mm、动力源达到6MPa；开启速度小于100ms。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种快开发射装置，其特殊之处在于，包括主气罐；主气罐内水平设置有发射控制气罐；所述发射控制气罐的一端为封闭端，另一端为敞开端；敞开端位于主气罐的外侧；发射控制气罐内由封闭端向敞开端依次设置有第一气缸、第二气缸和气流通道；所述第二气缸和气流通道之间的发射控制气罐罐壁上开设有通气孔，用于连通发射控制气罐与主气罐；所述第二气缸与第一气缸之间设置有阀盖，所述阀盖的中部设置有阀杆安装位，阀杆通过阀杆安装位设置在第一气缸和第二气缸内；所述阀杆位于第一气缸内的一端连接有活塞，活塞周向与第一气缸的内壁贴合；阀杆位于第二气缸内的一端连接有阀瓣，阀瓣用于关闭所述通气孔，阻断发射控制气罐与主气罐之间的连通；所述发射控制气罐内设置有阀座，所述阀座设置在气流通道中靠近通气孔一侧的罐壁上；所述发射控制气罐的罐壁内开设有第一通气腔和第二通气腔；第一通气腔一端外接气源，另一端通过阀盖连通至第一气缸；第二通气腔一端外接气源，另一端通过阀盖连通至第二气缸。

进一步地，为了提高阀瓣的关闭速度，所述第二通气腔还通过所述封闭端的端面罐壁连通至第一气缸。

进一步地，为了保证设备安全运行，所述主气罐上设置有压力传感器、安全阀和排气阀。

进一步地，为了提高密封性能，所述阀座两端与发射控制气罐罐壁之间设置有O形密封圈。

进一步地，为了增加装置的使用寿命，所述阀杆与阀盖之间设置有抗磨导向套，即抗磨导向套位于阀杆安装位内。

同时，本发明还提供了一种强冲击动力发生系统，其特殊之处在于，包括控制单元、快开发射装置、炮弹填充装置和炮管；所述快开发射装置采用上述的快开发射装置，其为炮弹提供动力源；所述炮弹填充装置一端通过管道与快开发射装置的气流通道相连，另一端与炮管相连，所述强冲击动力发生系统还包括与炮管另一端连接的真空舱或靶标装置；所述控制单元控制快开发射装置、炮弹填充装置及真空舱。

进一步地，所述炮弹填充装置为气动式推移装弹套筒，气动式推移装弹套筒靠近炮管一端的外侧沿周向至少设置有两个气缸；炮弹填充装置的两端均设置有O形密封圈。

进一步地，当炮管另一端连接靶标装置时，靶标装置包括靶标和用于保护靶标的靶标安全防护组件；靶标采用钢和木质结构，内部填充土石混合物；当炮管另一端连接真空舱时，真空舱包括相互连接的泄压舱和试验舱；所述泄压舱与炮管连接；所述试验舱开设有舱门，试验舱的舱体上安装有爆破膜，试验舱的底部设有底座，试验舱上设置有观察窗；所述观察窗外侧设置有摄像机，用于记录试验舱内的试验过程。

进一步地，所述炮管靠近炮弹填充装置的一端设置有炮弹感应器，所述炮弹感应器与控制单元相连；炮管的下方设置有炮管支架。

进一步地，所述快开发射装置的发射控制气罐公称通径为280mm；炮管通径为280mm；炮弹填充装置公称通径为380mm。

进一步地，所述炮管材质为35CrMnSiA。

本发明的优点为：

1.本发明攻克了现有发射装置开启速度低，以及发射装置开启后无法快速充气的难题，实现了主气罐与发射控制气罐的一体式融合设计，减少了因管路连接带来的气体流阻，提高充气速度的同时也便于安装，同时将发射控制气罐设计为双作用活塞形式，通过合理的结构设计，使阀瓣关闭后形成自密封。填补了国内大口径强冲击动力发生系统的空白，提升了此类试验系统的整体技术水平，且本发明强冲击动力发生系统的成本不高，具有较高的经济效益。

2.本发明中第二通气腔的一端连接气源，另一端分支两路，一路通过阀盖连通至第二气缸，另一路通过封闭端的端面罐壁连通至第一气缸；在关闭阀瓣时，气体沿同一方向同时给活塞和阀瓣压力，关闭速度更快。

3.本发明中阀座的两个密封面处采用O形密封圈进行平面软密封，该密封形式所需密封力小，后端气流通道直径相应减小，平面密封无相对滑动，密封圈不易损坏。

4.本发明中炮弹填充装置采用气动式推移装弹套筒，气动式推移装弹套筒靠近炮管一端的外侧沿周向设置有两个气缸，可通过控制单元实现自动开启和关闭；推移装弹套筒的两端均设置有O形密封圈，利于系统的正负压密封。

5.本发明中炮管靠近炮弹填充装置的一端安装炮弹感应器，炮弹出膛时感应器检测到炮弹经过，将信号传送到控制单元，控制电磁阀动作关闭阀瓣，减少主气罐泄压。

附图说明

图1为本发明快开发射装置中发射控制气罐的结构示意图；

图2为本发明强冲击动力发生系统示意图。

图3为本发明快开发射装置的结构示意图；

附图标记如下：

1-主气罐；101-安全阀；102-排气阀；103-压力传感器；104-人孔；105-进气孔；2-发射控制气罐；201-第一气缸；202-活塞；203-对开环；204-锁紧帽；205-导向套；206-阀盖；207-第二气缸；208-阀杆；209-密封环；210-阀瓣；211-通气孔；212-阀座；213-第一通气腔；214-气流通道；215-第二通气腔；216-法兰；217-O形密封圈；219-阀杆安装位；3-炮弹填充装置；301-气缸；4-炮管；5-炮管支架；6-真空舱；601-泄压舱；602-试验舱；603-观察窗；604-底座。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：

如图1至图3所示，强冲击动力发生系统包括控制单元以及依次设置的快开发射装置、炮弹填充装置3、炮管4和真空舱6。控制单元用于控制快开发射装置、炮弹填充装置3和真空舱6。

其中，快开发射装置为炮弹发射提供动力源，包括主气罐1和发射控制气罐2，发射控制气罐2与主气罐1为一体设计；主气罐上设有进气孔105；发射控制气罐2的两端分别为封闭端和敞开端，封闭端位于主气罐1的内部，敞开端位于主气罐1的外侧；采用法兰216将发射控制气罐2水平安装在主气罐1罐身处(也可将发射控制气罐水平贯穿安装在主气罐罐身处，即，封闭端和敞开端均位于主气罐的外侧)。

发射控制气罐2内部由封闭端向敞开端依次设置有第一气缸201、第二气缸207和气流通道214；第二气缸207和气流通道214之间的罐壁上开设有一个通气孔211，用于连通发射控制气罐2与主气罐1；第二气缸207与第一气缸201之间设置有阀盖206，阀盖206的中部设置有阀杆安装位219，阀杆安装位219内设置有抗磨导向套205，阀杆208通过阀杆安装位219设置在第一气缸201和第二气缸207内；阀杆208位于第一气缸201内的一端通过对开环203和锁紧帽204连接有活塞202，活塞202周向与第一气缸201内壁贴合，且两者之间设置有密封圈；阀杆208位于第二气缸207内的一端连接有阀瓣210，阀瓣210上端与第二气缸207内壁之间设置有密封环209，密封环209与阀瓣210及第二气缸207内壁之间均设置有O形密封圈217，阀瓣210下端的形状与通气孔211的形状匹配，用于关闭通气孔211，阻断发射控制气罐2与主气罐1之间的连通；发射控制气罐2内设置有阀座212，阀座212设置在气流通道214中靠近通气孔211一侧的罐壁上，阀座212两端与发射控制气罐2罐壁之间设置有O形密封圈217，根据比较和同类产品使用经验可选用丁腈橡胶O形密封圈，使用时可涂抹少量润滑脂，以延长使用寿命；发射控制气罐2的罐壁内开设有第一通气腔213和第二通气腔215；第一通气腔213一端外接气源，另一端通过阀盖206连通至第一气缸201；第二通气腔215一端外接气源，另一端分为两路，一路通过阀盖206连通至第二气缸207，另一路通过封闭端的端面罐壁连通至第一气缸201。

为了保证设备正常安全运行，主气罐1上设置有安全阀101、排气阀102和压力传感器103；主气罐1的外围还设置有安全防护网；为了方便技术人员检查设备，主气罐1上还设置有人孔104。

炮弹填充装置3一端通过管道连接快开发射装置的气流通道214，另一端连接炮管4。炮弹填充装置3为气动式推移装弹套筒，推移装弹套筒靠近炮管4的一端的外侧沿周向设置有两个气缸301；推移装弹套筒的两端均设置有O形密封圈；控制单元控制气缸开启和关闭，采用手工装弹，方便操作。

强冲击动力发生系统中的炮管4使用专用工装一次成型加工，为炮管4的直线度、圆柱度及表面粗糙度提供精度保障；炮管4下方间隔设置有炮管支架5，炮管4材质采用35CrMnSiA。

真空舱6模拟实际发射环境，包括位于前端与炮管4连接的泄压舱601以及与泄压舱601连接的试验舱602；其中，试验舱602开设有舱门，便于系统组装时设备进出和试验结束后清理弹壳，舱门采用双密封条密封结构，使用电机带动舱门密封；试验舱602的舱体上安装有爆破膜；试验舱602的底部设有底座604；试验舱602的顶部设置有观察窗603，观察窗603外侧架设有摄像头，可远程和近程记录试验舱602内的试验过程。

本实施例中强冲击动力发生系统中的真空舱可拆卸下来，置换为靶标装置；靶标装置包括靶标和用于保护靶标的靶标安全防护组件；靶标可采用土体靶标，在钢和木质结构的内部填充土石混合物。真空舱和靶标装置可以根据适用工况互换使用。

本发明通过结构优化、应力计算及仿真分析，实现了发射装置密封可靠并可迅速打开；并采用延时关闭降低气流对炮弹速度的影响以及噪音。其中，阀瓣延时关闭采用监测信号关闭和定时关闭两种方式。炮管靠近炮弹填充装置的一端安装炮弹感应器，炮弹出膛时炮弹感应器检测到炮弹经过，将信号传送到控制单元，进而控制电磁阀动作关闭阀瓣，减少主气罐泄压；同时也可以按照需求设定在发射结束后一定时间时(比如200ms)关闭。

本发射控制气罐公称通径280mm，工作压力6MPa，经试验测得，可达到50ms高速开启、快速发射。

炮管通径280mm，设计压力10MPa，炮管内表面加工精度和表面粗糙度较高，表面防腐处理技术必须可靠。本发明采用试验结束后封堵炮管两端，内置气相防锈棒进行防腐。

装弹套筒公称通径380mm，两端均设置有O形密封圈，可满足-200Pa负压密封和6MPa正压密封。

该强冲击动力发生系统的试验流程如下：

1.试验前确认供气系统已准备就绪，各个设备已就位。

2.从炮弹填充装置处装填炮弹，操作供气系统阀门，通过第二通气腔为发射控制气罐的第二气缸和第一气缸供气，使阀瓣密封，关闭通气孔；之后打开管路阀门为主气罐充气；充气结束后对真空舱和炮管进行抽真空；待气源容器和主气罐压力平衡后，对主气罐持续增压至6MPa，再将气源管路气体增压至6MPa；等待发射指令。

3.接到发射指令后，停止真空泵并关闭管路阀门，操作供气系统阀门换向，通过第一通气腔为发射控制气罐的第一气缸充气，阀瓣迅速打开(完全开启时间小于100ms)，主气罐内高压气体推动炮弹从炮管发射出去，到达真空舱，同时真空舱压力迅速上升，舱门上爆破膜爆破泄压。炮弹出膛时触碰感应开关，将信号反馈给控制单元，控制阀瓣关闭，减少主气罐泄压。

本发明中强冲击动力发生系统与现有同类发生系统技术指标比较如下表：

本发明发生系统	现有发生系统
		公称通径280mm	通径200mm
工作压力6MPa	工作压力1.6MPa
		最高发射速度500m/s	发射速度低于本发明系统
开启速度小于50ms	开启速度大于150ms
		正负压密封	不能满足正负压密封

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快开发射装置，其特征在于：包括主气罐(1)；主气罐(1)内水平设置有发射控制气罐(2)；

所述发射控制气罐(2)的一端为封闭端，另一端为敞开端；敞开端位于主气罐(1)的外侧；发射控制气罐(2)内由封闭端向敞开端依次设置有第一气缸(201)、第二气缸(207)和气流通道(214)；

所述第二气缸(207)和气流通道(214)之间的发射控制气罐(2)罐壁上开设有通气孔(211)，用于连通发射控制气罐(2)与主气罐(1)；

所述第二气缸(207)与第一气缸(201)之间设置有阀盖(206)，所述阀盖(206)的中部设置有阀杆安装位(219)，阀杆(208)通过阀杆安装位(219)设置在第一气缸(201)和第二气缸(207)内；所述阀杆(208)位于第一气缸(201)内的一端连接有活塞(202)；阀杆(208)位于第二气缸(207)内的一端连接有阀瓣(210)，阀瓣(210)用于关闭所述通气孔(211)，阻断发射控制气罐(2)与主气罐(1)之间的连通；

所述发射控制气罐(2)内设置有阀座(212)，所述阀座(212)设置在气流通道(214)中靠近通气孔(211)一侧的罐壁上；

所述发射控制气罐(2)的罐壁内开设有第一通气腔(213)和第二通气腔(215)；第一通气腔(213)一端外接气源，另一端通过阀盖(206)连通至第一气缸(201)；第二通气腔(215)一端外接气源，另一端通过阀盖(206)连通至第二气缸(207)。

2.根据权利要求1所述快开发射装置，其特征在于：所述第二通气腔(215)还通过所述封闭端的端面罐壁连通至第一气缸(201)。

3.根据权利要求2所述的快开发射装置，其特征在于：所述主气罐(1)上设置有安全阀(101)、排气阀(102)和压力传感器(103)。

4.根据权利要求3所述的快开发射装置，其特征在于：所述阀座(212)两端与发射控制气罐(2)罐壁之间设置有O形密封圈(217)。

5.根据权利要求1-4任一所述的快开发射装置，其特征在于：所述阀杆与阀盖之间设置有抗磨导向套(205)。

6.一种强冲击动力发生系统，其特征在于：包括控制单元，快开发射装置、炮弹填充装置(3)和炮管(4)；

所述快开发射装置采用如权利要求1至5任一所述的快开发射装置，快开发射装置为炮弹发射提供动力源；

所述炮弹填充装置(3)的一端通过管道与快开发射装置的气流通道(214)相连，另一端与炮管(4)相连；

所述强冲击动力发生系统还包括与炮管(4)另一端相连的真空舱(6)或靶标装置；

所述控制单元控制快开发射装置、炮弹填充装置(3)及真空舱(6)。

7.根据权利要求6所述的强冲击动力发生系统，其特征在于：所述炮弹填充装置(3)采用气动式推移装弹套筒，气动式推移装弹套筒靠近炮管(4)一端的外侧沿周向至少设置有两个气缸(301)；炮弹填充装置(3)的两端均设置有O形密封圈。

8.根据权利要求7所述的强冲击动力发生系统，其特征在于：

当炮管另一端连接靶标装置时，靶标装置包括靶标和用于保护靶标的靶标安全防护组件；

当炮管另一端连接真空舱时，真空舱(6)包括相互连接的泄压舱(601)和试验舱(602)；所述泄压舱(601)与炮管(4)连接；所述试验舱(602)开设有舱门，试验舱(602)的舱体上安装有爆破膜，试验舱(602)上设置有观察窗(603)；所述观察窗(603)外侧设置有摄像机。

9.根据权利要求6-8任一所述的强冲击动力发生系统，其特征在于：所述炮管(4)靠近炮弹填充装置(3)的一端设置有炮弹感应器，所述炮弹感应器与控制单元相连；所述炮管(4)的下方设置有炮管支架(5)。

10.根据权利要求9所述的强冲击动力发生系统，其特征在于：所述快开发射装置中的发射控制气罐(2)公称通径为280mm；炮管(4)通径为280mm；炮弹填充装置(3)公称通径为380mm。