CN109945740B - 一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮，属于轻气炮实验技术领域，主要由支架，一级气室、一级气室电磁阀、触发电磁球阀、二级气室、大活塞、小活塞、发射管、泄气装置等组成。本发明采用二级气室动力源，二级气室分为大活塞段和小活塞段，内部两活塞刚性联动，起始状态一级气室和二级气室小活塞段充入高压空气，通过电磁阀控制高压空气的储存与释放，以解决在无法提供火工品和氢气等易燃易爆气体的情况下，采用空气压缩加载实现物体的超高速飞行。本发明安全可靠，采用压缩空气的方法实现物体超高速飞行，实验成本低，操作安全简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮，属于轻气炮实验技术领域。
背景技术
轻气炮加载技术是当代研究超高速物体碰撞问题最常用的手段和方法，且轻气炮种类繁多，以二级和三级轻气炮较多。常用的二级轻气炮是由两个内径不同的高压气室组成，一般一级气室内冲入惰性气体或者采用火药驱动用来压缩活塞，二级气室内充入氢气等轻质气体，在一级气室内活塞压缩二级气室内氢气，使氢气达到燃在有限的体积内产生大量的气体，巨大的压强冲破预先设定的膜片，高压气爆喷而出作用于不同材料、不同形状的物体，进行各种高速和超高速的碰撞问题研究。所谓的三级轻气炮原理与二级轻气炮如出一辙。
由于轻气炮的用途较为广泛，国内外学者对其研究也较为深入，例如CN106679500A一种以氢能驱动二级轻气炮专利中，二级气室内利用氢气压缩作为驱动，对二级气室内密封和表面材质要求严格，氢气压缩爆炸对结构损伤较大，而且实验的随机性较大，无法进行测量实验的重复性。CN106895739A基于氢氧混合爆轰驱动的三级轻气炮，其一级气室充入氢气以点火的方式作为驱动，此种方法安全性较差，且对一级气室的结构提出了较高的要求，并且三级气室均采用氢气驱动，对结构的密封性和安全性提出较大挑战。并且国内对实验室的火工品和易燃气体的把控和资质要求较为严格，且实验消耗较大经济性较差，因此本发明提出一种以高压空气驱动的新型二级轻气炮，以高压空气作为驱动，实验效果良好，经济性和安全性得到充分保障。
发明内容
本发明的目的是提供一种以高压空气驱动的新型二级轻气炮，采用二级气室动力源，其中二级气室分为大活塞段和小活塞段，两活塞刚性联动，起始状态一级气室和二级气室小活塞段充入高压空气，通过电磁阀控制高压空气的储存与释放，以解决在无法提供火工品和氢气等易燃易爆气体的情况下，采用空气压缩加载实现物体的超高速飞行。本发明安全可靠，采用压缩空气的方法实现物体超高速飞行，实验成本低，操作安全简单。
本发明的目的是这样实现的：包括支架、通过固定支座分别设置在支架上的一级气室、二级气室大活塞段、二级气室小活塞段、发射管、泄气装置，一级气室的前端设置一级气室盖，一级气室盖上设置有一级气室电磁阀，一级气室与二级气室大活塞段之间设置有触发电磁球阀，二级气室小活塞段与二级气室大活塞段螺纹连接，二级气室小活塞段的端部连接二级气室连接法兰，且在二级气室连接法兰与二级气室小活塞段之间还设置有膜片，发射管一端与二级气室连接法兰连接、另一端设置有发射管外接法兰盘，泄气装置与发射管外界法兰盘连接，一级气室上设置有一级气室压力表，二级气室小活塞段上设置有二级气室小活塞段压力表和二级气室电磁阀，二级气室小活塞段与二级气室大活塞段分别设置有小活塞与大活塞，小活塞与大活塞之间设置有活塞连杆，活塞连杆上设置有弹簧。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述泄气装置包括与发射管尾部的外接法兰盘固连的泄气法兰盘、与泄气法兰盘连接的堵气球阀。
2.大活塞的作用截面积是小活塞的5～9倍。
3.一级气室盖与一级气室连接处、一级气室与触发电磁球阀连接处设置有密封圈。
4.大活塞与二级气室大活塞段之间、小活塞与二级气室小活塞段之间设置有密封环。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明采用纯空气压缩，避免了传统采用火药和压缩氢气等易燃易爆气体所带来的危险性和不可控性，安全可靠，经济效应较好，并且使非具有火工使用资质的科研机构可以进行物体高速碰撞等试验成为可行性。2、本发明采用二级轻气炮设计，二级气室由两段组成，分别由大小活塞作用，预先充入二级气室小活塞段的高压气可以使触发时，物体所受的高压载荷更大，通过改变压强且可实现物体在发射管内始终保持稳定高压载荷。3、本发明在实施过程、触发过程和实验结束归位过程均采用自动气动式控制，避免高压实验过程和实验结束后高压气在装置内发生意外对实验人员造成伤害。4、本发明在发射管尾部加入泄气装置，其可满足物体在高速发射出发射管后，及时控制堵气球阀，将尾部高压气由泄气法兰盘排出，避免尾部大量高压气对飞出枪管后的物体产生扰动。
附图说明
图1是本发明专利的整体结构示意图。
图2是本发明专利的结构剖面示意图。
图3a和图3b分别是本发明一级气室及连接件装置侧视方向和主视方向的结构示意图。
图4a是本发明专利的二级气室及连接件部分的侧视图，图4b和图4c分别是活塞运动过程示意图一和二。
图5a和图5b分别是本发明专利的枪管出口泄气装置的侧视方向和主视方向的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明包括支架24、一级气室1、二级气室大活塞段3、二级气室小活塞段9、大活塞4、小活塞7、一级气室电磁阀20、一级气室压力表19、二级气室小活塞段压力表33、二级气室小活塞段电磁阀35、触发电磁球阀8、发射管12、泄气法兰盘14和堵气球阀15。
所述的一级气室顶部开有一螺纹孔，与一级气室压力表19连接，一级气室1外耳端与一级气室顶盖2采用螺纹连接，一级气室顶盖2与一级气室电磁阀20螺纹连接，一级气室1内耳端与触发电磁球阀8螺栓连接，一级气室1内外耳端均开有O型密封圈槽口，一级气室两侧面均开有O型圈密封槽口，用以高压密封。整体体一级气室结构强度高，加工和安装拆卸过程简便。
所述的二级气室大活塞段3顶部开有一通孔，用来平衡两活塞内部之间的与外部压强，二级气室大活塞段内部有大活塞、活塞连杆连接座、活塞连杆和弹簧，大活塞与活塞连杆连接座螺栓连接，活塞连杆连接座与活塞连杆螺纹连接，弹簧与二级气室小活塞段端面固定，二级气室大活塞段3内耳端与触发电磁球阀8螺栓连接，外耳端与二级气室小活塞段9螺栓连接，二级气室大活塞段3内外耳端均开有O型密封圈槽口也即二级气室大活塞段两端均开有O型圈密封槽口，用以高压密封。
二级气室小活塞段内部有小活塞、活塞连杆连接座、活塞连杆和活塞密封环，小活塞与活塞连杆连接座螺栓连接，活塞连杆连接座与活塞连杆螺纹连接。二级气室小活塞段9顶部开有两个螺纹孔，一个与二级气室小活塞段电磁阀35螺纹连接，另一个与二级气室小活塞段压力表33螺纹连接，二级气室小活塞段外耳端与二级气室大活塞段外耳端螺栓连接，内耳端与二级气室连接法兰10螺栓连接，在二者中间夹有膜片11，膜片根据需求使用不同的触发强度，二级气室连接法兰与发射管螺纹连接。
二级气室由双二级气室组成，其双二级气室内分别由大活塞4和小活塞7作用，双活塞刚性联动，大活塞4作用截面积是小活塞7的5～9倍。
起始状态二级气室小活塞段9内充入高压气，随着大小活塞在一级气室1内高压气载荷作用下，小活塞7压缩二级气室小活塞段9内高压气，随着体积的减小，气体压强增大，膜片11达到预定选择压强后破裂，高压气爆喷向发射管12内。
发射管外接法兰盘、泄气法兰盘和堵气球阀组成泄气装置，在发射管12尾部螺纹连接有发射管外接法兰盘13，发射管外接法兰盘13与泄气法兰盘13螺栓连接，泄气法兰盘13与堵气球阀15螺栓连接。
图1是本发明专利的整体结构示意图。主要由支架24、固定底座25和26、一级气室1、二级气室大活塞段3、二级气室小活塞段9、大活塞4、小活塞7、压力表19、触发电磁球阀8、一级气室电磁阀20、二级气室电磁阀35、枪管12、泄气盘法兰14和堵气球阀15等组成。
图2是本发明专利的结构剖面示意图。此剖面示意图目的为展示整个新型二级轻气炮的整体结构，各个部分的详细实施方式与细节由下图3a、图3b、图4a、图4b、图4c、图5a和图5b做详细说明。
结合图3a和图3b，一级气室1外耳端与一级气室顶盖2螺栓螺母16连接，其中由O型密封圈49密封，一级气室顶盖2和一级气室电磁阀20螺纹连接，一级气室1内耳端与触发电磁球阀8螺栓连接，其中由O型圈37密封。
结合图4a-图4c，二级气室大活塞段3内耳端与触发电磁球阀8螺栓连接，其中O型圈39为密封，二级气室大活塞段3内部有大活塞4和其密封环51和52，二级气室小活塞段9内有小活塞7和其密封环53、54，大活塞4与活塞连杆连接座32螺栓连接，活塞连杆连接座32和活塞连杆5的一端螺纹连接，活塞连杆5的另一端与小活塞7端的活塞连杆连接座6螺栓连接，大小活塞组成活塞联动结构，在二级气室小活塞段9外耳端固定有弹簧23，两个二级气室通过外耳的螺栓连接。二级气室小活塞段9顶部开有两个螺纹孔分别与二级气室小活塞段电磁阀35和二级气室小活塞段压力表33连接，其内耳端与二级气室连接法兰10螺栓连接，其中间夹有膜片11和O型密封圈，其中膜片11可根据需求设置其压缩强度极限，当二级气室小活塞段9内压强达到其压缩极限时，膜片11破裂，此时二级气室小活塞段9内高压气沿着发射管12喷出，并且同时在一级气室1内的高压气继续作用于大活塞4表面，使大小活塞一起向发射管12方向继续运动，直至大活塞4与弹簧23接触并停止。
结合图5a和图5b，发射管外接法兰盘13和发射管12螺纹连接，发射管外接法兰盘13和泄气法兰盘14螺栓连接，泄气法兰盘14和堵气球阀15螺栓连接且连接处设置有密封圈45。值得注意的是，在泄气法兰盘14中间段四面开有大尺寸通孔，泄气法兰盘14内径较发射管12内径为正公差，此外在泄气法兰盘14通孔外可以放置测速系统以及信号接收器控制堵气球阀15的开关。
实验时起始状态一级气室电磁阀20和触发电磁球阀8和二级气室小活塞段电磁阀35均关闭，堵气球阀15开启。首先将物体装入发射管12内，随后将大小活塞的位置归位，通过打开二级气室小活塞段电磁阀35向二级气室小活塞段注入高压气，大小活塞联动装置在高压气作用下自动向一级气室归位，由二级气室压力表33观察压力数值，达到目标压强后，关闭二级气室小活塞段电磁阀35，此时打开一级气室电磁阀20向一级气室1内注入高压气，由一级气室压力表19观察压强数值，达到预先计算的压强后关闭一级气室电磁阀20，此时打开触发电磁球阀8，一级气室1内的高压气流向二级气室大活塞段3内，由于大活塞4的作用面积大于小活塞7的作用面积，并在高压驱动下推动活塞联动装置向发射管12端急速运动，此时使二级气室小活塞段9内的已有的高压气在小活塞7的压缩下，又成倍增长，当压力达到预先预定膜片11的强度极限时，膜片破裂，高压气作用于发射管12中的物体，使物体沿着发射管12高速运动，并且，同时一级气室1与二级气室大活塞段3内的高压气作用于大活塞4表面，使活塞联动有一个持续向发射管12方向运动的载荷，使二级气室小活塞段9内的高压气始终保持稳定数值向发射管12内喷出，作用于物体载荷，当物体运动至泄气法兰盘13时，外部采集信号装置采集到物体，将信号传给控制计算机使堵气球阀15关闭，从而将尾部高压气体从泄气法兰盘13释放掉。
综上，本发明属于轻气炮实验技术领域，特别涉及一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮。主要由支架，一级气室、一级气室电磁阀、触发电磁球阀、二级气室、大活塞、小活塞、发射管、泄气装置等组成。本发明采用二级气室动力源，二级气室分为大活塞段和小活塞段，内部两活塞刚性联动，起始状态一级气室和二级气室小活塞段充入高压空气，通过电磁阀控制高压空气的储存与释放，以解决在无法提供火工品和氢气等易燃易爆气体的情况下，采用空气压缩加载实现物体的超高速飞行。本发明安全可靠，采用压缩空气的方法实现物体超高速飞行，实验成本低，操作安全简便。
Claims (8)
1.一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮，其特征在于：包括支架、通过固定支座分别设置在支架上的一级气室、二级气室大活塞段、二级气室小活塞段、发射管、泄气装置，一级气室的前端设置一级气室盖，一级气室盖上设置有一级气室电磁阀，一级气室与二级气室大活塞段之间设置有触发电磁球阀，二级气室小活塞段与二级气室大活塞段螺纹连接，二级气室小活塞段的端部连接二级气室连接法兰，且在二级气室连接法兰与二级气室小活塞段之间还设置有膜片，发射管一端与二级气室连接法兰连接、另一端设置有发射管外接法兰盘，泄气装置与发射管外接法兰盘连接，一级气室上设置有一级气室压力表，二级气室小活塞段上设置有二级气室小活塞段压力表和二级气室电磁阀，二级气室小活塞段与二级气室大活塞段分别设置有小活塞与大活塞，小活塞与大活塞之间设置有活塞连杆，活塞连杆上设置有弹簧；
所述泄气装置包括与发射管尾部的外接法兰盘固连的泄气法兰盘、与泄气法兰盘连接的堵气球阀；在泄气法兰盘中间段四面开有大尺寸通孔。
2.根据权利要求1所述的一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮，其特征在于：大活塞的作用截面积是小活塞的5～9倍。
3.根据权利要求1所述的一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮，其特征在于：一级气室盖与一级气室连接处、一级气室与触发电磁球阀连接处设置有密封圈。
4.根据权利要求2所述的一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮，其特征在于：一级气室盖与一级气室连接处、一级气室与触发电磁球阀连接处设置有密封圈。
5.根据权利要求1所述的一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮，其特征在于：大活塞与二级气室大活塞段之间、小活塞与二级气室小活塞段之间设置有密封环。
6.根据权利要求2所述的一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮，其特征在于：大活塞与二级气室大活塞段之间、小活塞与二级气室小活塞段之间设置有密封环。
7.根据权利要求3所述的一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮，其特征在于：大活塞与二级气室大活塞段之间、小活塞与二级气室小活塞段之间设置有密封环。
8.根据权利要求4所述的一种以高压空气作为驱动的新型二级轻气炮，其特征在于：大活塞与二级气室大活塞段之间、小活塞与二级气室小活塞段之间设置有密封环。
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