CN110426172B - 中间贯通高加速度快速激励气体炮装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，包括储气罐和设置于所述储气罐内的激励组件；所述储气罐包括储气罐本体、与所述储气罐本体顶端贯通连接的控制管及用于密封所述控制管的密封件；所述激励组件包括沿轴向贯穿所述储气罐的贯通管、间隔外套于所述贯通管的喷管、外套于所述贯通管并抵住喷管顶端并将储气罐腔体一分为二的皮碗；所述储气罐设置有进气孔；所述皮碗设置有气压平衡孔；所述密封件上设置有用于安装快排电磁阀的安装孔I，用于通过开启快排电磁阀打破所述储气罐顶部腔体和底部腔体的气压平衡，使皮碗受压变形解除对喷管顶端的密封；使压力气体沿着喷管与贯通管之间的环形气流腔高速喷出并作用于被激励对象。

Description

中间贯通高加速度快速激励气体炮装置

技术领域

本发明涉及高加速度冲击激励试验技术，具体涉及一种中间贯通高加速度快速激励气体炮装置。

背景技术

气体炮是利用空气动力原理，以压缩气体为工作介质，由一差压装置和可实现自动控制的快速排气阀瞬间将气体压力能转变成空气射流动力能并产生强大冲击力的装置。其中，气体压力能越大，瞬间排放的气流加速度越高，具有的空气射流动力能就越高，气体炮产生的冲击力也就越强大。

利用气体炮爆炸瞬间排放高速气流的强大驱动力，易于实现高加速度冲击力学环境。针对不同的测试试验对象，用于产生高加速度冲击力学环境的激励技术不同。目前，常用的激励技术包括Hopkinson压杆技术、马歇特锤、垂直冲击装置、空气炮模拟打靶装置、实弹打靶等。除实弹打靶之外，其余技术均属于室内高加速度测试试验技术，对应的试验装置或者存在设备实现难度大、结构复杂、制造和使用成本高，或者存在激励能量有限且不易控制等问题。为缩短诸如高加速度传感器、武器弹药引信系统等高冲击领域相关技术的研发周期，便于在室内多次、方便、廉价、安全可靠地进行高加速度冲击力学环境试验，高加速度冲击激励技术还需要不断研究和完善。

基于以上问题，本发明提供一种中间贯通高加速度快速激励气体炮装置。该中间贯通高加速度快速激励气体炮装置利于易于实现高加速度冲击力学环境，激励能量范围大且能量易控制，利于便利、多次、安全可靠地实现高加速度激励指标；且结构简单、易于实现、制造成本及使用成本均较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，利于易于实现高加速度冲击力学环境，激励能量范围大且能量易控制，利于便利、多次、安全可靠地实现高加速度激励指标；且结构简单、易于实现、制造成本及使用成本均较低。

本发明的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，包括储气罐和设置于所述储气罐内的激励组件；所述储气罐包括储气罐本体、与所述储气罐本体顶端贯通连接的控制管及用于密封所述控制管的密封件；所述控制管固定连接于储气罐本体的顶端使控制管与储气罐本体无缝连接，并使控制管的内孔与储气罐本体顶端的开口相对；所述控制管与储气罐本体的密封连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述；所述激励组件包括沿轴向贯穿所述储气罐的贯通管、间隔外套于所述贯通管(外圆)的喷管、外套于所述贯通管(外圆)并抵住喷管顶端并将储气罐腔体一分为二(包括底部腔体和顶部腔体)的皮碗；所述皮碗的材质选择为优质橡胶，属于现有技术，在此不再赘述；所述皮碗的规格尺寸根据激励装置的实际需求设定即可；

所述储气罐设置有进气孔；优选所述进气孔设置于储气罐本体的底端面上，利于进气管的安装；所述皮碗设置有气压平衡孔；用于储气罐顶部腔体与充满高压气体的底部腔体的气压平衡；所述气压平衡孔设置于皮碗的侧面，优选设置于皮碗外侧面的中部附近，利于储气罐底部腔体和顶部腔体的气压平衡；所述密封件上设置有用于安装快排电磁阀的安装孔I，用于通过开启快排电磁阀(连通储气罐顶部腔体与外部环境)打破储气罐顶部腔体和底部腔体的气压平衡，使皮碗受压变形解除对喷管顶端的密封并使压力气体沿着喷管与贯通管之间形成的环形气流腔高速喷出并作用于被激励对象；所述激励对象可为驱动活塞，如通过所述环形气流腔高速喷射的高压气流作用于驱动活塞的端面上并形成对驱动活塞的驱动。

进一步，所述皮碗为锥形结构；所述皮碗的锥顶设置有用于抵住密封件的环形折边I；所述皮碗的锥底设置有用于抵住喷管和贯通管的环形折边II；所述皮碗的锥顶环形折边I端面处于法兰座I与密封法兰之间，所述皮碗的锥底环形折边II的底部端面与喷管上端面紧密接触，并在皮碗上下压差作用下实现密封；所述环形折边I和环形折边II为平行设置；利于皮碗与喷管、贯通管及密封件间的密封；

进一步，所述贯通管的外圆沿圆周方向设置有环形台阶，所述环形台阶与喷管的顶端面处于同一平面上，用于对皮碗底端面的支撑；所述环形台阶的宽度可根据贯通管的壁厚及对皮碗的支撑需求进行设定即可，以利于对皮碗底端面的支撑与密封；

进一步，所述贯通管的外圆外套有套管；所述套管的一端抵住密封件，所述套管另一端将皮碗对应抵至贯通管的环形台阶面上形成对皮碗底端面的固定；

进一步，所述喷管的上部(外圆)通过多个支架I(沿所述喷管的外圆圆周方向设置)固定于所述储气罐内圆；优选将沿圆周方向均匀设置的多个支架I固定于控制管的内圆上，且所述多个支架I均在同一平面上；利于喷管的稳固连接，提高结构稳固性，同时利于结构布局；所述贯通管通过多个支架II(沿圆周方向设置)与所述喷管固连；所述贯通管的设置，利于与喷管配合为高压气体提供环形喷射空间，利于保证喷射的高压气体均匀的作用于被激励对象上；优选在贯通管的外圆两端(即靠近储气罐顶端和底端的两端)各沿圆周方向均匀的设置多个支架II，且使各端的多个支架II均在同一平面上；利于喷管和贯通管件的固定连接，提高激励作业时的结构稳固性；

进一步，所述控制管与贯通管之间的环形截面积与所述控制管与喷管之间的环形截面积之比至少大于4:3，用于保证皮碗下部与喷管上端面之间的密封；所述贯通管的内径大小根据被激励对象连接杆的直径大小设定，用于保证连接杆的顺畅通过即可；利于被驱动对象的移动导向，利于高压气流更好的施加于被激励对象上；同时利于装置的紧凑布局；所述喷管及控制管的内径大小根据所述贯通管的内径大小设定；

所述储气罐规格选择以根据高加速度激励指标及被试对象的质量大小进行确定为宜；并可根据被激励对象的激励需求，选择适宜压力的高压气体；高压气体的压力设定及储气罐的规格设定属于现有技术，本技术领域的普通技术人员应该能够通过对现有技术的了解进行确定，在此不再赘述；

进一步，所述密封件外套于贯通管(外圆)并形成对皮碗顶端的抵住，用于储气罐顶部腔体的密封；所述喷管底端固连于储气罐本体(底端开口处)并形成对储气罐底部腔体的密封；所述喷管固定连接于储气罐本体底端开口的内圆或靠近内圆处，使喷管可以无阻挡的连通于储气罐本体的外部，并使喷管与储气罐本体无缝连接；所述喷管与储气罐本体的密封连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述；

进一步，所述密封件包括固定于控制管顶端的法兰座I、密封法兰和将密封法兰固定于法兰座上的连接部件；所述密封法兰和法兰座I上均沿圆周方向均匀设置有多个供连接件穿过的连接孔，利于密封法兰和法兰座I的固定与密封，所述密封法兰和法兰座I的固定连接属于现有技术，如通过螺栓连接等，在此不再赘述；

所述密封法兰靠近贯通管侧设置有用于安装环形密封圈的环形凹槽，用于密封法兰与贯通管间的密封；利于提高密封法兰与贯通管间的密封性；

进一步，所述储气罐本体上设置有用于安装压力传感器的安装孔II；利于压力传感器的安装，利于对储气罐内压力的实时监控和调节；所述安装孔II位于储气槽本体的底部；利于结构布局；

进一步，所述储气罐还包括固定于储气罐本体底端面下的管状固定支座；所述固定支座的内径大于喷管的内径，所述固定支座的轴向长度设定以利于被激励对象的限位安装与驱动为宜；所述喷管、贯通管及储气罐本体的底端面可以在一个平面上，也可以不在一个平面上，优选所述喷管、贯通管及储气罐本体的底端面位于同一平面上，利于高压气体对被激励对象更好的驱动，且结构紧凑；所述管状固定支座固定连接于储气罐本体的底端使管状固定支座与储气罐本体无缝连接，并使管状固定支座的顶端开口与储气罐本体底端的开口相对；所述固定支座与储气罐本体的密封连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述；

所述固定支座的底端固连有法兰座II，用于气体炮相应部件的安装；利于与气体炮其他部件的配合安装。

本发明装置的作用原理是：高压气体通过进气孔进入储气罐底部腔体并通过安装的压力传感器进行压力监测；随着高压气体逐渐充满整个储气罐底部腔体并沿着皮碗上设置的气压平衡孔进入储气罐顶部腔体，最终使得储气罐顶部腔体的压力与储气罐底部腔体内的压力保持一致；在高压气体作用下皮碗下端面与喷管上端面进一步密封，形成高压密闭空间；当压力传感器测得的储气罐中的压力达到设定压力后，停止高压气体的注入；然后，打开控制快排电磁阀后，储气罐顶部腔体与外界联通，储气罐顶部腔体的压力瞬间降低，由于皮碗上的气压平衡孔直径很小，储气罐底部腔体的高压气体来不及从气压平衡孔流向储气罐顶部腔体，使得储气罐顶部腔体和储气罐底部腔体的压力失去平衡，导致储气罐底部腔体的高压气体瞬间将皮碗挤压变形，使得喷管上端面失去密封，储气罐底部腔体内的高压气体快速从喷管与贯通管之间的环形气流腔高速喷出，并作用于被激励对象的端面上，形成对被激励对象的驱动；利于在短时间和短行程内获得较大的速度，实现对高压气流的快速加速以获得对激励对象理想的激励初速度，利于实现高加速度冲击力学环境的激励。

本发明的有益效果是：本发明的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，通过贯通管的设置，使贯通管和喷管间形成环形气流腔，利于在短时间和短行程内获得较大的速度，利于实现对高压气流的快速加速以获得对激励对象理想的激励初速度，同时，贯通管的设置利于被激励对象连接杆的滑动通过，利于被高速激励的被激励对象的移动导向，利于结构的紧凑布局；通过对高压气体的选择与监控、储气罐规格及储气罐两个腔体的容积设计并结合喷管、贯通管及控制管的规格设定，利于满足不同规格被激励对象的激励需求，易于实现高加速度冲击力学环境，激励能量范围大且能量易控制，利于便利、多次、安全可靠地实现高加速度激励指标；且结构简单、易于实现、制造成本及使用成本均较低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的局部结构示意图；

图3是本发明的局部结构示意图；

图4是本发明的皮碗结构示意图。

具体实施方式

图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的局部结构示意图，图3是本发明的局部结构示意图，图4是本发明的皮碗结构示意图，如图所示：本实施例中的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，包括储气罐和设置于所述储气罐内的激励组件；所述储气罐包括储气罐本体3、与所述储气罐本体3顶端贯通连接的控制管4及用于密封所述控制管4的密封件；所述控制管4固定连接于储气罐本体3的顶端使控制管4与储气罐本体3无缝连接，并使控制管4的内孔与储气罐本体3顶端的开口相对；所述控制管4与储气罐本体3的密封连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述；所述激励组件包括沿轴向贯穿所述储气罐的贯通管9、间隔外套于所述贯通管9(外圆)的喷管10、外套于所述贯通管9(外圆)并抵住喷管10顶端并将储气罐腔体一分为二(包括底部腔体和顶部腔体)的皮碗12；所述皮碗12的材质选择采用现有技术的材料，在此不再赘述；所述皮碗12的规格尺寸根据激励装置的实际需求设定即可；

所述储气罐设置有进气孔16；优选所述进气孔16设置于储气罐本体3的底端面上，利于进气管的安装；所述皮碗12设置有气压平衡孔18；用于储气罐顶部腔体与充满高压气体的底部腔体的气压平衡；所述气压平衡孔18设置于皮碗12的侧面，优选设置于皮碗12外侧面的中部附近，利于储气罐底部腔体和顶部腔体的气压平衡；所述密封件上设置有用于安装快排电磁阀15的安装孔I，用于通过开启快排电磁阀15(连通储气罐顶部腔体与外部环境)打破储气罐顶部腔体和底部腔体的气压平衡，使皮碗12受压变形解除对喷管10顶端的密封并使压力气体沿着喷管与贯通管之间形成的环形气流腔高速喷出并作用于被激励对象；所述激励对象可为驱动活塞，如通过所述环形气流腔高速喷射的高压气流作用于驱动活塞的端面上并形成对驱动活塞的驱动。

本实施例中，所述皮碗12为锥形结构；所述皮碗12的锥顶设置有用于抵住密封件的环形折边I；所述皮碗12的锥底设置有用于抵住喷管10和贯通管9的环形折边II；所述皮碗12的锥顶环形折边I端面处于密封件的法兰座I6与密封法兰7之间，所述皮碗12的锥底环形折边II的底部端面与喷管10上端面紧密接触，并在皮碗上下压差作用下实现密封；所述环形折边I和环形折边II为平行设置；利于皮碗12与喷管10、贯通管9及密封件间的密封。

本实施例中，所述贯通管9的外圆沿圆周方向设置有环形台阶，所述环形台阶与喷管10的顶端面处于同一平面上，用于对皮碗12底端面的支撑；所述环形台阶的宽度可根据贯通管9的壁厚及对皮碗12的支撑需求进行设定即可，以利于对皮碗12底端面的支撑与密封。

本实施例中，所述贯通管9的外圆外套有套管13；所述套管13的一端抵住密封件，所述套管13另一端将皮碗12对应抵至贯通管9的环形台阶面上形成对皮碗12底端面的固定。

本实施例中，所述喷管10的上部通过的多个支架I11(沿所述喷管10的外圆圆周方向设置)固定于所述储气罐内圆；优选将沿圆周方向均匀设置的多个支架I11固定于控制管4的内圆上，且所述多个支架I11均在同一平面上；利于喷管10的稳固连接，提高结构稳固性，同时利于结构布局；所述多个支架I11与喷管10和控制管4的连接，属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述；所述贯通管9通过多个支架II8(沿圆周方向设置)与所述喷管10固连；所述贯通管9的设置，利于与喷管10配合为高压气体提供环形喷射空间，利于保证喷射的高压气体均匀的作用于被激励对象上；优选在贯通管9的外圆两端(即靠近储气罐顶端和底端的两端)各沿圆周方向均匀的设置多个支架II8，且使各端的多个支架II8均在同一平面上；利于喷管10和贯通管9的固定连接，提高激励作业时的结构稳固性；所述多个支架II8与喷管10和贯通管9的连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述。

本实施例中，所述控制管4与贯通管9之间的环形截面积与所述控制管4与喷管10之间的环形截面积之比至少大于4:3，用于保证皮碗12下部与喷管10上端面之间的密封；所述贯通管9的内径大小根据被激励对象连接杆的直径大小设定，用于保证连接杆的顺畅通过即可；利于被驱动对象的移动导向，利于高压气流更好的施加于被激励对象上；同时利于装置的紧凑布局；所述喷管10及控制管4的内径大小根据所述贯通管9的内径大小设定；

所述储气罐的规格选择根据高加速度激励指标及被试对象的质量大小进行确定为宜；并可根据被激励对象的激励需求，选择适宜压力的高压气体；高压气体的压力设定及储气罐的规格设定属于现有技术，本技术领域的普通技术人员应该能够通过对现有技术的了解进行确定，在此不再赘述。

本实施例中，所述密封件外套于贯通管9(外圆)并形成对皮碗12顶端的抵住，用于储气罐顶部腔体的密封；所述喷管10底端固连于储气罐本体3(底端开口处)并形成对储气罐底部腔体的密封；所述喷管10固定连接于储气罐本体3底端开口的内圆或靠近内圆处，使喷管10可以无阻挡的连通于储气罐本体3的外部，并使喷管10与储气罐本体3无缝连接；所述喷管10与储气罐本体3的密封连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述。

本实施例中，所述密封件包括固定于控制管顶端的法兰座I6、密封法兰7和将密封法兰固定于法兰座上的连接部件5；所述密封法兰7和法兰座I6上均沿圆周方向均匀设置有多个供连接件5穿过的连接孔，利于密封法兰7和法兰座I6的固定与密封；所述密封法兰7和法兰座I6的固定连接属于现有技术，如通过螺栓连接等，所述法兰座I6和控制管4的连接也属于现有技术，如通过焊接等，均在此不再赘述；

所述密封法兰7靠近贯通管9侧设置有用于安装环形密封圈14的环形凹槽，用于密封法兰7与贯通管9间的密封；利于提高密封法兰7与贯通管9间的密封性。

本实施例中，所述储气罐本体3上设置有用于安装压力传感器的安装孔II17；利于压力传感器的安装，利于对储气罐内压力的实时监控和调节；所述安装孔II17位于储气槽本体3的底部；利于结构布局。

本实施例中，所述储气罐还包括固定于储气罐本体3底端面下的管状固定支座2；所述固定支座2的内径大于喷管10的内径，所述固定支座2的轴向长度设定以利于被激励对象的限位安装与驱动为宜；所述喷管10、贯通管9及储气罐本体3的底端面可以在一个平面上，也可以不在一个平面上，优选所述喷管10、贯通管9及储气罐本体3的底端面位于同一平面上，利于高压气体对被激励对象更好的驱动，且结构紧凑；所述管状固定支座2固定连接于储气罐本体3的底端使管状固定支座2与储气罐本体3无缝连接，并使管状固定支座2的顶端开口与储气罐本体3底端的开口相对；所述固定支座2与储气罐本体3的密封连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述；

所述固定支座的底端固连有法兰座II1，用于气体炮相应部件的安装；利于与气体炮其他部件的配合安装；所述固定支座2与法兰座II1的连接属于现有技术，如焊接等，在此不再赘述。本实施例的作用原理是：高压气体通过进气孔16进入储气罐底部腔体并通过安装的压力传感器进行压力监测；随着高压气体逐渐充满整个储气罐底部腔体并沿着皮碗12上设置的气压平衡孔18进入储气罐顶部腔体，最终使得储气罐顶部腔体的压力与储气罐底部腔体内的压力保持一致；在高压气体作用下皮碗12下端面与喷管10上端面进一步密封，形成高压密闭空间；当压力传感器测得的储气罐中的压力达到设定压力后，停止高压气体的注入；然后，打开控制快排电磁阀15后，储气罐顶部腔体与外界联通，储气罐顶部腔体的压力瞬间降低，由于皮碗12上的气压平衡孔18直径很小，储气罐底部腔体的高压气体来不及从气压平衡孔18流向储气罐顶部腔体，使得储气罐顶部腔体和储气罐底部腔体的压力失去平衡，导致储气罐底部腔体的高压气体瞬间将皮碗12挤压变形，使得喷管10上端面失去密封，储气罐底部腔体内的高压气体快速从喷管10与贯通管9之间的环形气流腔高速喷出，并作用于被激励对象的端面上，形成对被激励对象的驱动；利于在短时间和短行程内获得较大的速度，实现对高压气流的快速加速以获得对激励对象理想的激励初速度，利于实现高加速度冲击力学环境的激励。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，其特征在于：包括储气罐和设置于所述储气罐内的激励组件；所述储气罐包括储气罐本体、与所述储气罐本体顶端贯通连接的控制管及用于密封所述控制管的密封件；所述激励组件包括沿轴向贯穿所述储气罐的贯通管、间隔外套于所述贯通管的喷管、外套于所述贯通管并抵住喷管顶端并将储气罐腔体一分为二的皮碗；

所述储气罐设置有进气孔；所述皮碗设置有气压平衡孔；所述密封件上设置有用于安装快排电磁阀的安装孔I，用于通过开启快排电磁阀打破所述储气罐顶部腔体和底部腔体的气压平衡，使皮碗受压变形解除对喷管顶端的密封并使压力气体沿着所述喷管与贯通管之间形成的环形气流腔高速喷出并作用于被激励对象；所述皮碗为锥形结构；所述皮碗的锥顶设置有用于抵住密封件的环形折边I；所述皮碗的锥底设置有用于抵住喷管和贯通管的环形折边II；所述环形折边I和环形折边II为平行设置。

2.根据权利要求1所述的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，其特征在于：所述贯通管的外圆沿圆周方向设置有环形台阶；所述环形台阶与喷管的顶端面处于同一平面上，用于对皮碗底端面的支撑。

3.根据权利要求2所述的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，其特征在于：所述贯通管的外圆外套有套管；所述套管的一端抵住密封件，所述套管另一端将皮碗对应抵至贯通管的环形台阶面上形成对皮碗底端面的固定。

4.根据权利要求1所述的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，其特征在于：所述喷管的上部通过多个支架I固定于所述储气罐上；所述贯通管通过多个支架II与所述喷管固连。

5.根据权利要求1所述的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，其特征在于：所述控制管与贯通管之间的环形截面积与所述控制管与喷管之间的环形截面积之比至少大于4:3，用于保证皮碗下部与喷管上端面之间的密封；所述贯通管的内径大小根据被激励对象连接杆的直径大小设定，用于保证连接杆的顺畅通过；所述喷管及控制管的内径大小根据所述贯通管的内径大小设定。

6.根据权利要求1所述的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，其特征在于：所述密封件外套于贯通管并形成对皮碗顶端的抵住，用于所述储气罐顶部腔体的密封；所述喷管底端固连于储气罐本体并形成对储气罐底部腔体的密封。

7.根据权利要求1所述的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，其特征在于：所述密封件包括固定于控制管顶端的法兰座I、密封法兰和将密封法兰固定于法兰座上的连接部件；

所述密封法兰靠近贯通管侧设置有用于安装环形密封圈的环形凹槽，用于密封法兰与贯通管间的密封。

8.根据权利要求1所述的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，其特征在于：所述储气罐本体上设置有用于安装压力传感器的安装孔II；所述安装孔II位于储气槽本体的底部。

9.根据权利要求1所述的中间贯通高加速度快速激励气体炮装置，其特征在于：所述储气罐还包括固定于储气罐本体底端面下的管状固定支座；所述固定支座的内径大于喷管的内径；

所述固定支座的底端固连有法兰座II，用于气体炮相应部件的安装。

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