CN109539876A - 一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，包括弹射装置、测控系统、空压机、供气系统和UPS电源。弹射装置在实验开始前，装填模拟弹；试验开始时，调整发射角度，接收到测控系统的弹射指令时，将模拟弹弹射出筒；供气系统根据测控系统的指令开始或停止为弹射装置供气；空压机在实验开始前，为气瓶充气；测控系统向弹射装置发送调节指令和弹射指令，模拟弹弹射出筒过程中，实时采集模拟弹位移、发射筒的压力和温度，并进行存储、分析和结果显示。UPS电源为弹射装置、测控系统和供气系统供电。本发明为空气弹射相关专业提供实验平台，能够对发射筒中模拟弹发射过程的动态参数研究，实现发射筒中导弹发射过程的缩比试验。

Description

一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置

技术领域

本发明涉及一种压缩空气弹射实验装置，该弹射实验装置采用压缩空气作为弹射动力源，弹射及弹射过程中动态参数测量，为空气弹射技术提供模拟缩比参考。属于弹射实验领域。

背景技术

压缩空气弹射技术作为一种新型的冷发射技术，具有洁净、重复性好，制造成本低、使用维护方便、可根据炮弹重量调节弹射压力、一筒多弹发射等特点，越来越多的应用于导弹发射任务。

随着压缩空气弹射技术在导弹发射领域的广泛使用，我国军工院校科研人员对导弹弹射过程中的动态参数开展了理论分析和仿真计算，因缺少弹射实验装置，无法对理论分析结果进行实验验证。因此，有必要研制一种空气弹射实验装置，为空气弹射相关专业提供实验平台，模拟导弹的弹射过程，并对模拟弹的位移、速度、加速度，发射筒的压力、温度等参数进行实时测量，实现发射筒中导弹发射过程的缩比试验。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，为空气弹射相关专业提供实验平台，模拟导弹的弹射过程，并对模拟弹在发射筒内的位移、速度、加速度，发射筒的压力、温度等参数进行实时测量，能够对发射筒中模拟弹发射过程的动态参数研究，实现发射筒中导弹发射过程的缩比试验。

本发明的技术解决方案是：

一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，包括弹射装置、测控系统、空压机、供气系统和UPS电源；

弹射装置：包括用于装填模拟弹的发射筒；实验开始前，装填模拟弹；试验开始时，根据测控系统发送的发射角度调节指令，调整发射角度，调整好后向测控系统反馈调整到位信息；接收到测控系统的弹射指令时，将模拟弹弹射出筒；

供气系统：与空压机的气瓶连接，当接收到测控系统的供气指令时，为弹射装置供气；接收到测控系统的停止指令时，停止为弹射装置供气；

空压机：实验开始前，为气瓶充气；

测控系统：试验开始时，向弹射装置发送调节指令，当发射角度调整到位后，向供气系统发送供气指令；供气过程中通过传感器实时采集弹射装置内的压力，当达到预设压力时，向供气系统发送停止指令，向弹射装置发送弹射指令；模拟弹弹射出筒过程中，通过传感器实时采集模拟弹位移、发射筒的压力和温度，并进行存储、分析和结果显示；

UPS电源为弹射装置、测控系统和供气系统供电。

弹射装置包括基座、空气炮、发射筒、套筒、电动推杆、旋转支架和罩子；

空气炮前端与发射筒连接，套筒套装在空气炮和发射筒上，且套筒内壁上设置有4处套筒内支架，用于支撑空气炮和发射筒；套筒通过套筒底支座安装在旋转支架上，旋转支架通过旋转轴安装在基座上，能够绕旋转轴旋转；

电动推杆一端通过推杆底支座安装在基座上，另一端与套筒下支座连接，电动推杆能够根据测控系统发送的发射角度信息进行伸缩，以调整套筒和基座的角度；

所述空气炮中设置有气源腔，气源腔一端与空气炮主体连接，另一端与发射筒连接；

弹射装置整体用罩子罩住。

空气炮与发射筒通过转接板偏心连接。

发射筒偏出空气炮的外壁上安装有磁致伸缩位移传感器，模拟弹底部装有活动磁铁，模拟弹弹射过程中，活动磁铁随弹体同时运动，磁致伸缩位移传感器用于测量活动磁铁位移，所述活动磁铁位移即为模拟弹位移。

活动磁铁为环状结构，内侧通过环状铁质工装固定，外侧通过环形铝制工装固定，环形铝制工装上开有若干个磁场流通孔，环形铝制工装通过螺纹和模拟弹底部连接。

磁致伸缩位移传感器的探测杆与模拟弹之间的距离小于5mm，发射筒为非导磁的不锈钢材料。

发射筒偏出空气炮的底面上安装有温度传感器，用于采集发射筒内气体在模拟弹弹射过程中的温度变化。

空气炮包括空气炮主体、活门组件、活塞、底板、顶盖、弹簧、电磁阀和转接板；空气炮主体安装在底板上，空气炮主体上部开有主气源腔，下部开有控制腔和辅助气源腔，顶盖盖在空气炮主体上端面，且顶盖中心位置开有泄流孔，顶盖通过所述泄流孔与转接板连接；

活门组件位于主气源腔中，在未接收到弹射指令时，活门组件密封面一端用于密封顶盖上的泄流孔，活门组件另一端与活塞联动，所述活塞位于控制腔中，弹簧一端通过弹簧座放置在底板上，另一端用于抵住活塞下表面；

活塞上表面与空气炮主体之间形成的空腔通过电磁阀与辅助气源腔连接；

辅助气源腔通过单向阀与主气源腔连接。

活门组件密封面上、活门组件与空气炮主体之间、活塞与控制腔之间、辅助气源腔与底板之间均设置有O型密封圈。

测控系统向弹射装置发送发射角度调节指令的过程如下：

测控系统采集电动推杆的长度，并据此计算发射筒当前发射角度值；根据需要的发射角度与当前发射角度的差值，确定电动推杆的长度调整方向及调整值，将其作为调节指令输出给弹射装置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明为空气弹射相关专业提供实验平台，模拟导弹的弹射过程，并对模拟弹在发射筒内的位移、速度、加速度，发射筒的压力、温度等参数进行实时测量，实现发射筒中模拟弹发射过程的动态参数研究，实现发射筒中导弹发射过程的缩比试验。

(2)本发明通过电动推杆实现发射筒发射角度的调节，实现发射筒角度自动调节功能，调整角度误差小，提高试验效率。

(3)炮弹底部感应磁环外部开孔有利于磁场流通，增强位移传感器感应磁场变化能力，有利于位移数据采集。

(4)本发明空气炮与发射筒通过转接板实现偏心连接，偏心连接给位移传感器、压力传感器、温度传感器留出安装空间，同时实现整机结构紧凑，占用空间小。

附图说明

图1为弹射装置分解图；

图2为空气炮剖视图；

图3为空气弹射实验装置气路原理图；

图4为活动磁铁示意图，其中(a)为主视图，(b)左视剖面图；

图5为实施例中设备组成和连接示意图。

具体实施方式

本发明实现一种空气弹射实验装置，为空气弹射相关专业提供实验平台，模拟导弹的弹射过程，并对模拟弹在发射筒内的位移、速度、加速度，发射筒的压力、温度等参数进行实时测量，实现发射筒中模拟弹发射过程的动态参数研究。

本发明包括弹射装置、测控系统、空压机、供气系统和UPS电源。

弹射装置：包括用于装填模拟弹的发射筒；实验开始前，装填模拟弹；试验开始时，根据测控系统发送的发射角度调节指令，调整发射角度，调整好后向测控系统反馈调整到位信息；接收到测控系统的弹射指令时，将模拟弹弹射出筒。

供气系统：与空压机的气瓶连接，气瓶出口装有气体过滤器，用于过滤杂质。当接收到测控系统的供气指令时，为弹射装置供气；接收到测控系统的停止指令时，停止为弹射装置供气。

空压机：实验开始前，为气瓶充气。

测控系统：试验开始时，向弹射装置发送发射角度调节指令，当发射角度调整到位后，向供气系统发送供气指令；供气过程中通过弹射装置内的压力传感器实时采集弹射装置内的压力，当达到预设压力时，向供气系统发送停止指令，向弹射装置发送弹射指令；模拟弹弹射出筒过程中，通过传感器实时采集模拟弹位移、发射筒的压力和温度，并进行存储、分析和结果显示。

UPS电源为弹射装置、测控系统和供气系统供电。

如图1所示，弹射装置包括基座1、空气炮2、发射筒3、套筒4、电动推杆6、旋转支架7、充放气电磁阀8和罩子10。空气炮2前端与发射筒3通过转接板32(图2中示出)偏心连接。套筒4套装在空气炮2和发射筒3上，且套筒4内壁上设置有4处套筒内支架42，用于支撑空气炮2和发射筒3；套筒4通过套筒底支座41安装在旋转支架7上，旋转支架7通过旋转轴安装在基座1上，能够绕旋转轴旋转。电动推杆6一端通过推杆底支座61安装在基座1上，另一端与套筒下支座43连接，电动推杆6能够根据测控系统发送的调节指令进行伸缩，以调整套筒4和基座1的角度，角度调整范围为30°～70°。弹射装置外侧用罩子10罩住。

具体地，测控系统向弹射装置发送调节指令的过程如下：

测控系统采集电动推杆的长度，并据此计算发射筒当前发射角度值；根据需要的发射角度与当前发射角度的差值，确定电动推杆的长度调整方向及调整值，将其作为调节指令输出给弹射装置。

空气炮2中设置有气源腔，容积为1.4L。气源腔一端与空气炮主体连接，另一端与发射筒3连接。

本发明通过磁致伸缩位移传感器实现模拟弹弹射过程的位移非接触测量。具体地，发射筒3偏出空气炮2的外壁上安装有磁致伸缩位移传感器9，模拟弹底部装有活动磁铁，模拟弹弹射过程中，活动磁铁随弹体同时运动，磁致伸缩位移传感器9用于测量活动磁铁位移(即模拟弹位移)。测控系统根据位移值和时间，计算出炮弹即时速度、加速度。为了保证可靠测量，磁致伸缩位移传感器9的探测杆与模拟弹之间的距离小于5mm，发射筒为非导磁的不锈钢材料。发射筒3偏出空气炮2的底面上安装有温度传感器，用于采集发射筒内气体在模拟弹弹射过程中的温度变化。

如图4所示，活动磁铁33为环状结构，内侧通过环状铁质工装34固定，外侧通过环形铝制工装35固定，环形铝制工装上开有若干个磁场流通孔36，环形铝制工装通过螺纹和模拟弹底部连接。图4中(a)为主视图，(b)左视剖面图。

如图2所示，空气炮2包括空气炮主体24、活门组件21、活塞25、底板26、顶盖27、弹簧28、电磁阀30、控制腔31。空气炮主体24安装在底板26上，空气炮主体24上部开有主气源腔241，下部开有控制腔242和辅助气源腔243，顶盖27盖在空气炮主体24上端面，且顶盖27中心位置开有泄流孔，顶盖27通过所述泄流孔与转接板连接。活门组件21位于主气源腔中，在未接收到弹射指令时，活门组件21密封面一端用于密封顶盖27上的泄流孔，活门组件21另一端与活塞25联动，所述活塞25位于控制腔242中，弹簧28一端通过弹簧座放置在底板26上，另一端用于抵住活塞25下表面。活塞25上表面与空气炮主体之间形成的空腔通过电磁阀30与辅助气源腔243连接。辅助气源腔243通过单向阀与主气源腔241连接。活门组件21密封面上、活门组件21与空气炮主体24之间、活塞25与控制腔之间、辅助气源腔243与底板26之间均设置有O型密封圈。

具体地，测控系统包括PLC控制机柜、上位机和触摸屏。上位机、触摸屏都可完成弹射实验的操控，两者互为冗余。为了确保实验过程安全，采用触摸屏远距离操控模式；作为冗余手段，在触摸屏故障的情况下，采用上位机近控操控。同时，上位机完成数据采集、存储、分析等功能。

供气系统包括充放气电磁阀8，PLC控制机柜根据上位机的供气指令，打开充气电磁阀，实现为弹射装置供气；当压力超过预设压力时，PLC控制机柜控制放气电磁阀打开，实现放气。同时，还设置有气源供气阀，可以手动控制。同时还设置有增压电磁阀和减压电磁阀。

空压机自带气瓶的最大供气压力为0.8MPa，根据压力设定值，通过控制充气电磁阀、放气电磁阀的开关，完成控制阀门气源腔压力的调节，实现弹射供气压力0～0.56MPa自动可调的功能。空气弹射实验装置气路原理图如图3所示。

实施例：

一种模拟导弹弹射的空气弹射实验装置，设备组成参见图5，主要设备包括空压机、弹射装置、控制机柜、UPS、上位机、触摸屏等。

操作步骤：

(1)气瓶充气。打开空压机给气瓶充气(气瓶压力≤0.8MPa)，充至弹射需求压力后关闭空压机；

(2)气路连接。按照图5所示气路原理图，确认气瓶供气手阀关闭后，将气源管路至弹射实验台间气路连接好：气瓶出口接入供气软管，经过四通分配给三个实验台；

(3)电缆连接。将实验台与测控柜间的电缆连接好，注意与实验台上编号匹配，001连接X1电缆，002连接X2电缆，003连接X3电缆，X1、X2、X3电缆对应连接测控柜X1、X2、X3接口；

(4)操控终端连接。连接上位机与触摸屏：从测控柜出口的4个网口连接网线至上位机与触摸屏，网口没有对应位置，连接上即可，检查上位机与触摸屏网线连接好，可与测控柜进行通讯。

(5)模拟弹装填。根据实验要求，选择模拟弹并装填；

(6)模拟弹弹射。根据上位机或触摸屏操作画面提示，进行弹射实验。具体流程是：首先，根据实验需求调整发射角度；随后，根据实验需求，调整弹射压力；最后，点击“弹射”按钮进行弹射实验。

2、弹射装置

弹射装置中空气炮是整个实验装置的核心部分。弹射装置整体用罩子罩住，防护推杆、阀件、弹射装置等重要部件，并实现美观功能。

3、弹射供气

弹射供气原理图如图3所示，空气弹射装置气源由空压机提供，首先打开气源手阀JF1，上位机设置压力值，控制程序根据压力设定值控制充气电磁阀和放气电磁阀开关，实现气源腔压力自动调节。气路设计了冗余放气手阀，当放气电磁阀出现故障无法打开时，可通过给充气电磁阀加电，并手动打开JLF1来实现放气功能。

4、上位机、触摸屏以太网通信双重控制系统技术方面。

如图5所示，通过以太网通信上位机和触摸屏可同时控制弹射试验，四种控制终端相互独立且互为备保，为可靠完成三个工位的弹射实验提供有力支撑。

该空气弹射实验装置综合了空气弹射、供配气、弹射控制，模拟弹运动参数采集等技术，进行了多工况、多轮次的模拟弹弹射实验，模拟弹均可靠弹出，弹射高度、飞行距离与理论计算基本一致。同时，对模拟弹在发射筒内的位移、速度、加速度，发射筒的压力、温度等参数进行实时测量，模拟弹发射过程的各项动态参数测量正确可靠。实现了弹射气源腔压力0～0.56MPa可调，发射仰角30°～70°可调，模拟弹重量5kg～10kg可选，弹射距离13m以内的多种工况的空气弹射实验装置，为空气弹射相关专业提供了实验平台。本项目实施的成果(空气弹射技术、模拟弹弹射过程控制测量等技术)可直接应用于空气弹射专业相关系统，为导弹弹射过程的动态研究提供可行的方法。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，其特征在于：包括弹射装置、测控系统、空压机、供气系统和UPS电源；

弹射装置：包括用于装填模拟弹的发射筒；实验开始前，装填模拟弹；试验开始时，根据测控系统发送的发射角度调节指令，调整发射角度，调整好后向测控系统反馈调整到位信息；接收到测控系统的弹射指令时，将模拟弹弹射出筒；

供气系统：与空压机的气瓶连接，当接收到测控系统的供气指令时，为弹射装置供气；接收到测控系统的停止指令时，停止为弹射装置供气；

空压机：实验开始前，为气瓶充气；

测控系统：试验开始时，向弹射装置发送调节指令，当发射角度调整到位后，向供气系统发送供气指令；供气过程中通过传感器实时采集弹射装置内的压力，当达到预设压力时，向供气系统发送停止指令，向弹射装置发送弹射指令；模拟弹弹射出筒过程中，通过传感器实时采集模拟弹位移、发射筒的压力和温度，并进行存储、分析和结果显示；

UPS电源为弹射装置、测控系统和供气系统供电。

2.根据权利要求1所述的一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，其特征在于：弹射装置包括基座(1)、空气炮(2)、发射筒(3)、套筒(4)、电动推杆(6)、旋转支架(7)和罩子(10)；

空气炮(2)前端与发射筒(3)连接，套筒(4)套装在空气炮(2)和发射筒(3)上，且套筒(4)内壁上设置有4处套筒内支架，用于支撑空气炮(2)和发射筒(3)；套筒(4)通过套筒底支座安装在旋转支架(7)上，旋转支架(7)通过旋转轴安装在基座(1)上，能够绕旋转轴旋转；

电动推杆(6)一端通过推杆底支座安装在基座(1)上，另一端与套筒下支座连接，电动推杆(6)能够根据测控系统发送的发射角度信息进行伸缩，以调整套筒(4)和基座(1)的角度；

所述空气炮(2)中设置有气源腔，气源腔一端与空气炮主体连接，另一端与发射筒(3)连接；

弹射装置整体用罩子(10)罩住。

3.根据权利要求2所述的一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，其特征在于：空气炮(2)与发射筒(3)通过转接板偏心连接。

4.根据权利要求3所述的一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，其特征在于：发射筒(3)偏出空气炮(2)的外壁上安装有磁致伸缩位移传感器(9)，模拟弹底部装有活动磁铁，模拟弹弹射过程中，活动磁铁随弹体同时运动，磁致伸缩位移传感器(9)用于测量活动磁铁位移，所述活动磁铁位移即为模拟弹位移。

5.根据权利要求4所述的一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，其特征在于：活动磁铁(33)为环状结构，内侧通过环状铁质工装(34)固定，外侧通过环形铝制工装(35)固定，环形铝制工装上开有若干个磁场流通孔(36)，环形铝制工装通过螺纹和模拟弹底部连接。

6.根据权利要求4所述的一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，其特征在于：磁致伸缩位移传感器(9)的探测杆与模拟弹之间的距离小于5mm，发射筒为非导磁的不锈钢材料。

7.根据权利要求3所述的一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，其特征在于：发射筒(3)偏出空气炮(2)的底面上安装有温度传感器，用于采集发射筒内气体在模拟弹弹射过程中的温度变化。

8.根据权利要求2所述的一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，其特征在于：空气炮(2)包括空气炮主体(24)、活门组件(21)、活塞(25)、底板(26)、顶盖(27)、弹簧(28)、电磁阀(30)和转接板(32)；空气炮主体(24)安装在底板(26)上，空气炮主体(24)上部开有主气源腔(241)，下部开有控制腔(242)和辅助气源腔(243)，顶盖(27)盖在空气炮主体(24)上端面，且顶盖(27)中心位置开有泄流孔，顶盖(27)通过所述泄流孔与转接板(32)连接；

活门组件(21)位于主气源腔(241)中，在未接收到弹射指令时，活门组件(21)密封面一端用于密封顶盖(27)上的泄流孔，活门组件(21)另一端与活塞(25)联动，所述活塞(25)位于控制腔(242)中，弹簧(28)一端通过弹簧座放置在底板(26)上，另一端用于抵住活塞(25)下表面；

活塞(25)上表面与空气炮主体之间形成的空腔通过电磁阀(30)与辅助气源腔(243)连接；

辅助气源腔(243)通过单向阀与主气源腔(241)连接。

9.根据权利要求8所述的一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，其特征在于：活门组件(21)密封面上、活门组件(21)与空气炮主体(24)之间、活塞(25)与控制腔(242)之间、辅助气源腔(243)与底板(26)之间均设置有O型密封圈。

10.根据权利要求2所述的一种模拟导弹弹射的压缩空气弹射实验装置，其特征在于：测控系统向弹射装置发送发射角度调节指令的过程如下：

测控系统采集电动推杆的长度，并据此计算发射筒当前发射角度值；根据需要的发射角度与当前发射角度的差值，确定电动推杆的长度调整方向及调整值，将其作为调节指令输出给弹射装置。