CN109795708A - 一种直线加速动力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直线加速动力装置，包含开缝汽缸、通过缸体上方的开缝与牵引机构连接的活塞、用于为气缸加压的高压气体源及阀门、在缸体内还放置有用于封闭高压区的气缸开缝的密封条，其特征在于：除了缸体底部设有高压气体进气口之外，沿缸体轴线方向分布有多个进气口；每个进气口受独立控制。随着活塞的运动，沿途触发进气阀，通过陆续加入活塞内侧的进气口向缸内充气，满足为维持缸内压力稳定，随着活塞加速，充气速度跟随提高的需要，使气缸运动的加速度曲线可调、可控，可用于飞行器弹射起飞或其他大功率抛射作业。
Description
技术领域：
本发明属于机械动力领域，具体涉及一种工作段持续加速的直线加速动力装置，尤其适用于飞行器弹射起飞。
背景技术：
飞行器总体上分为固定翼和直升机，二者的效率大致相差一个数量级，固定翼飞行器的效能是直升机所无法企及的，但需要一定的起飞速度以获得足够的上升力，这一起飞速度的获得有两种途径：一个是飞行器靠起落架支撑利用自身动力沿跑道加速滑行获得；第二种是飞行器通过投掷、弹射等方法利用外力获得起飞速度。第一种起飞方式对场地的要求严重制约着固定翼飞行器的使用，第二种起飞方式中投掷只能用于微型飞行器，在有人驾驶的年代弹射起飞尽管极大的降低了对场地的要求但对飞行员的体能、技术和心理都要求极高，所以几乎只用于军事，随着无人机技术的发展直接取消了飞行员的制约因数，为弹射起飞提供了巨大的应用空间。
发明内容：
本发明的目的在于提出一种：动力易获得、易控制；运行安全可靠、平稳、高效的直线加速动力装置技术原理及其运行方法。
动力源选用高压气体，可供选择的高压气体源包括但不仅限于：蒸汽锅炉、压缩气体储罐、火药燃烧、高压气体预推动加缸内燃气爆燃；另外末端可加弹簧接力并为牵引结构减速。
附图说明：
图1是高压气体弹射及密封带的水垫隔离润滑示意图
实施方案如下：
一种直线加速动力装置，包含开缝汽缸、通过缸体上方的开缝与牵引机构连接的活塞、在缸体内放置有用于封闭高压区的气缸开缝的密封条、高压气体源及其控制装置，其特征在于：除了缸体底部设有高压气体进气口之外，沿缸体轴线方向分布有多个受独立控制的进气口，对于使用高压蒸汽或压缩气体的系统，进气口可通过阀门控制，控制进气口的阀门可利用与活塞同步运动的牵引机构的联动，机械开启或关闭；也可以通过各类传感器及电磁阀控制。如果所述高压气体含有氧化剂，例如：压缩空气或高压氧气，可以将汽缸高压区作为燃气汽缸使用，其特征在于：还包含用于向高压气体内混入液体燃料的液压泵及其控制开关以及喷雾装置，还有用于点燃燃气的点火装置；在适当时机喷入燃料并点燃燃气可获得储能系统以外的动力，燃料喷入的时机可选择在点火前多进气口同时喷入，也可随进气口开放同时或延时喷入。对于所述高压气体源为火药燃烧的系统，其特征在于：每个进气口都连接独立的火药燃烧室，且每个燃烧室有独立的用于添加火药的耐高压门及火药点火机构，以及与相关进气口对应的传感器，例如：点火撞针、行位开关；光电原件；霍尔原件等。
所述动力装置的工作方式及原理：
首先，通过与活塞连接的牵引机构将活塞复位至气缸起点位置；
(1)打开底部进气口，高压气体推动活塞连同牵引机构沿气缸运动；
(2)随着活塞的运动，沿途依次触发、激活进气口，通过陆续加入活塞内侧的进气口向缸内充气，以满足随着活塞加速为了维持缸内压力，充气速度跟随提高的需要。所述高压气体可以是高压蒸汽，为保证后段的充气速度，所述高压蒸汽的气源靠近最后开启的进气口；所述高压气体还可以为压缩空气，其特征在于：每个进气口由独立的高压气体储罐供气，且所述储气罐尽量靠近进气口以减少管道阻力；所述高压气体源再可以为火药燃烧的系统，其特征在于：每个进气口都连接独立的火药燃烧室，且每个燃烧室有独立的用于添加火药的耐高压门及火药点火机构，以及与相关进气口对应的传感器，例如：点火撞针、行位开关；光电原件；霍尔原件等。通过挤压点火撞针可直接完成点火；通过串联在点火电路上的行位开关可直接完成电点火，通过检测光电原件、霍尔原件等传感器的反馈信号，可通过控制电路间接完成点火；所述高压气体还可以为高压可燃气体，例如混有燃料的压缩空气，选择适当的时机点火，可以获得额外动力；另外还可以通过在缸体内加入固体燃料燃烧室及相应的点火装置，缸体起点端设有用来更换或添加燃料的后门，所述固体燃料燃烧室可置于后门，或置于活塞的空腔内，并选择适当的时机点火获得额外动力。
(3)全部进气口启用后，活塞的加速度开始降低，当加速度趋近零时及时制动。
进一步细化的实施例：如前所述的直线加速动力装置，所述缸体上方沿轴线方向开有一条缝以便气缸与缸体外的牵引机构就近相连，在汽缸内放置密封条，所述密封条通过活塞上方的下沉通道绕过活塞与牵引机构间的连接部位，贯穿整个缸体，缸体开缝的下端缝口开有容纳密封条的密封槽，为避免高速运动的活塞与密封条摩擦，需要对其隔离和润滑活塞与槽内的密封条之间留有间隙，当活塞内侧气压升高时，高压气体将密封条顶向汽缸缝，缸内的压力随即将密封条压紧，此时会有少量气体从活塞与密封条之间的间隙泄漏形成气垫，当速度不高时气垫可以将活塞与密封条隔离；但对于高速运动的活塞，需要更强有力的隔离垫，解决方法是：在活塞外侧缸体注适量的水，在所述活塞前端设有一个分水锥，分水锥下方开有一个通向密封条的下沉通道入口的涵管口，所述活塞受高压气体推动前进时分水锥将水挤向活塞周边，并进入通向密封条的涵管，当活塞达到一定速度时，涵管出口的水压超过缸体内部的气压，水开始压入活塞与密封条之间的间隙进入缸体高压区形成从而在缝隙区形成水垫，接替气垫完成对密封条的托举，对于内燃实施例，进入缸体的高压水流，雾化后被高温燃气加热气化有利于进一步增压、降低缸温减少热应力。
进一步优化，所述密封条涂有亲水涂层以利于形成水膜水垫，所述活塞及分水锥表面涂有憎水涂层以利于减少阻力；
对于使用了水密封润滑系统的缸体，所述缸体起始端设有排水口，供活塞复位时刮除缸内多余的水；
所述缸体末端设有密封条张紧装置及活塞减速装置；
减速装置的实施例：所述活塞减速装置是一个势能弹射装置，例如弹簧，用于在活塞将失去推力时接力，弹射装置弹射期间的反向冲量使活塞及牵引机构组件减速。所述弹射装置蓄能可以是通过活塞传来的牵引力实现，在此情形下弹射装置储能的主要作用在于对推力移峰填谷平整加速曲线；
另一个优选的实施例：所述储能机构带有锁定和扳机释放机构，是通过预先压缩或拉伸储能机构实现蓄能，在此情形下储能机构储能的主要作用在于补充气缸动力的不足。
理想匹配情形下，弹射完成时，牵引机构被刹停，组件的动能转移到了被弹射物体上。
对活塞的剩余动能可选用合适的现有技术制动。
本发明的有益效果是：使气缸以及与其相连的牵引机构在工作段加速度曲线可调、可控；结构简单，安全可靠。可用于飞行器弹射起飞或其他大功率抛射作业。
在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种直线加速动力装置，包含开缝汽缸、通过缸体上方的开缝与牵引机构连接的活塞、用于为气缸加压的高压气体源及其控制装置、在缸体内还放置有用于封闭高压区的气缸开缝的密封条，其特征在于：除了缸体底部设有高压气体进气口之外，沿缸体轴线方向分布有多个进气口；各进气口相互独立并受独立控制，随着活塞的运动，沿途触发、激活进气口。
2.一种直线加速动力装置，包含开缝汽缸、通过缸体上方的开缝与牵引机构连接的活塞、用于为气缸加压的高压气体源及控制阀门、在缸体内还放置有用于封闭高压区的气缸开缝的密封条，所述密封条通过活塞上方的下沉通道绕过活塞与牵引机构间的连接部位，贯穿整个缸体，其特征在于：所述活塞前端设有一个分水锥，分水锥下方开有通向密封条的下沉通道的入口的涵管口。
3.根据权利要求1或2所述直线加速动力装置，其特征在于：所述高压气体源为高压蒸汽锅炉。
4.根据权利要求1或2所述直线加速动力装置，所述高压气体源为高压气体储罐，其特征在于：每个进气口由独立的高压气体储罐供气，所述为每个进气口供气的独立高压气体储罐都通过单向阀与空压机相连，接受充气。
5.根据权利要求1或2所述直线加速动力装置，所述高压气体源为盛有火药的密闭燃烧室，其特征在于：每个进气口都连接独立的火药燃烧室，且每个燃烧室有独立的用于添加火药的耐高压门及火药点火机构，以及与相关进气口对应的点火传感器，所述点火传感器可以是点火撞针或行位开关。
6.根据权利要求4所述之直线加速动力装置，所述高压气体含有氧化剂，其特征在于：还包含用于向高压气体内混入液体燃料的液压泵及其控制开关以及喷雾装置，还有用于点燃燃气的点火装置。
7.根据权利要求3或4或5或6所述之直线加速动力装置，其特征在于：缸体内还有用于产生燃气的固体燃料燃烧室及相应的点火装置，缸体起点端设有用来更换或添加燃料的后门，所述固体燃料燃烧室可置于后门，或置于活塞的空腔内。
8.根据权利要求3或4或5或6或7所述之直线加速动力装置，其特征在于：所述牵引机构上安装有一个弹簧机构或气缸等储能机构用于接力加速，所述储能机构可以通过压缩储能也可以是拉伸储能。
9.根据权利要求8所述直线加速动力装置，其特征在于：所述储能机构储能是通过活塞传来的牵引力压缩或拉伸储能机构实现。
10.根据权利要求8所述直线加速动力装置，其特征在于：所述储能机构带有锁定和扳机释放机构，是通过预先压缩或拉伸储能机构实现蓄能。
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