CN110701952B - 一种水下均压排气发射实验装置 - Google Patents

Abstract

一种水下均压排气发射实验装置。在水下均压排气发射实验装置中由于航行体的运动轨迹给定，导致较难研究其自由排气运动的情况。本发明中航行体和推动器从上至下依次设置在发射筒内，航行体在推动器的推动下作出射出发射筒的动作，航行体包括头盖和柱身，头盖可拆卸连接在柱身的顶部，柱身的顶部沿其圆周方向加工有排气孔，柱身的底部设置有第一底孔，双头活塞竖直设置在柱身内，双头活塞的上端贴紧在排气孔上，双头活塞的下端设置在柱身的底部，密封环套装在柱身的排气孔外。本发明用于航行体水下发射实验。

Description

一种水下均压排气发射实验装置

技术领域

本发明属于水下测试技术领域，具体涉及一种水下均压排气发射实验装置。

背景技术

潜射武器在海洋作战系统中占有很重要的地位，水下发射技术是潜射武器系统的核心技术，潜射导弹的发射包括航行体出筒、水中航行、穿越水面三个重要阶段。整个过程的影响因素众多，航行体的受力变化剧烈，虽然只有短短的几秒钟，却对航行体出水后的姿态有决定影响，事关潜射航行体水下发射的成败。

航行体的水下运动速度较大，航行体表面局部区域的压力会降至水的饱和蒸汽压以下，水体发生汽化形成自然空泡；随着航行体上升过程中，航行体表面周围压力的逐渐变小，空化气泡会出现分布不均、断裂、脱落、溃灭等现象。因此水下发射涉及复杂的气、液、固多相耦合问题，航行体表面会随机性地受到非定常、非线性的荷载，从而影响航行体的运动姿态。

为了使潜射武器发射成功，通常利用主动通气技术改善航行体水下发射的工作环境，抑制自然空化的产生，并且可以降低航行体的运动阻力，增加发射的稳定性。主动通气技术包括主动通气空泡和均压排气两种方式。主动通气空泡依靠航行体内部产气装置，生成高压气体，形成包裹航行体表面的气泡或气膜，改善航行体工作环境。均压排气是利用航行体内部气腔中的气体形成覆盖航行体表面的气幕或气膜，改善航行体的工作环境。均压排气的气体初始压力和航行体的水深压力相当，随着航行体向上运动，周围的环境压力不断减小，腔内的气体在内外压差的作用下沿航行体表面的排气孔向水中排出，改变航行体表面的流体介质，减弱自然空化现象的发生。因航行体多为薄壁壳体，因此均压排气还有保护航行体结构、平衡内外压差的作用，该均压排气的技术在水下发射领域应用较广。

对于水下发射技术的研究，最直观和最有效的方法是实验研究，而缩比模型实验是最主要的研究方法。目前关于水下均压排气发射的实验装置并不多见，特别是关于均压排气航行体弹射发射的实验机构并不多见。由于水下均压排气发射实验装置较少，并且航行体的运动轨迹给定，难以实现自由排气的运动方式，导致较难研究其自由排气运动的情况，目前大多数的航行体的内部气腔较小，腔内压力不足；航行体发射的同时，气腔较难实现排气的自动同步触发设计，以及时平衡内外压差变化；此外还存在水下发射实验的触发机构防水性差、操作复杂的问题。

发明内容：

针对上述问题，本发明公开了一种水下均压排气发射实验装置。

本发明所采用的技术方案为：

一种水下均压排气发射实验装置，包括发射筒、航行体、双头活塞、推动器和密封环，所述航行体和推动器从上至下依次设置在发射筒内，航行体在推动器的推动下作出射出发射筒的动作，航行体包括头盖和柱身，头盖可拆卸连接在柱身的顶部，柱身的顶部沿其圆周方向加工有排气孔，柱身的底部设置有第一底孔，双头活塞竖直设置在柱身内，双头活塞的上端贴紧在排气孔上，双头活塞的下端设置在柱身的底部，密封环套装在柱身的排气孔外。

本发明的有益效果为：

1、本发明能够实现航行体均压排气发射的实验效果，打破传统通过滑轨给定航行体垂直方向的运动，利用推动器实现弹射的方式让航行体在发射筒内获得一个初始速度，为出筒以后实现水中的自由排气运动提供稳定基础。

2、航行体为头盖和柱身组成的内部中空的轻质铝合金结构，水中浮力远大于重力，内部中空且轻质的航行体通过推动器弹射后能够获得满足实验要求的初始速度。

3、本发明中航行体的初始速度可控，通过样品实验表明，通过改变主弹簧的刚度系数即可改变航行体发射的初始速度。

4、航行体内部的质心位置通过双头活塞和质心调节螺丝相互配合进行调节，质心调节螺丝的设置位置和螺丝的尺寸及材质密度调节质心位置，以便研究质心位置对水下均压排气发射的影响。通常使航行体的质心位置始终处于航行体水动力作用的中心(压心)位置的前方，当航行体的攻角增大时，会形成一个回复力矩使航行体的攻角减小，直到会到原有的状态，能够确保航行体水下均压排气的运动过程姿态稳定。

5、本发明中航行体为多级腔体结构，使航行体内部空间大，主气腔和副气腔的相对位置和连通结构能够扩大空气的填充空间，以满足6m以上大深度水下实验发射的特殊要求。

6、本发明整体防水密封性和气密性稳定可靠，注气位置和注气方向单一稳定，通过单向阀注入。

7、本发明中启动推动器弹射航行体垂直运动的同时，排气孔在腔内压力的作用下实现同步触发打开，开始向外部排出气体。航行体向上运动时，环境压力不断地减少，在内外压差的作用下，航行体腔内的气体为均衡航行体薄壳内外的压差而不断地排出，防止外压过大将薄壁的航行体壳体压瘪，也防止内压过大将航行体胀破，这种方法比传统的主动通气方法节约气源用量。

8、本发明发射的触发机构简单可靠，制造成本低廉，能够在水下工作，触发操作不受水影响，无需做防水密封处理。

9、本发明能够重复循环使用，重复操作方便。当航行体一次发射后，取回再次使用时只需在封闭排气孔后，从单向阀处注足气体，再压入发射筒直至并与推动器相卡紧为止，即可等待下一次实验，大幅度降低实验成本。

10、整个发射装置简单，避免了燃气发动机对实验水池的污染，无需另设外部动力源，绿色环保，推动器内各个构件的布置位置和连接关系即可满足航行体0～10m/s的实验发射速度要求。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明在水下的工作状态图；

图2为本发明的主视结构剖面示意图；

图3为图2中A-A处的剖面示意图；

图4为图2中B-B处的剖面示意图；

图5为图2中C-C处的剖面示意图；

图6为图2中D-D处的剖面示意图；

图7为航行体处于充气状态的主视结构剖面示意图，图中底部两个箭头方向表示注入气流从连接头的空腔进入副气腔的运动方向，顶部两个箭头表示注入气流从副气腔进入主气腔的运动方向；

图8为航行体装入发射筒时的主视结构剖面示意图，图中箭头方向表示航行体实现装弹的施力方向；

图9为航行体在发射筒内安装完成时的主视结构剖面示意图；

图10为从航行体上摘除密封环时的主视结构剖面示意图，摘除密封环后航行体处于准备发射的状态，图中箭头表示密封环的摘除方向；

图11为航行体处于发射状态时的主视结构剖面示意图，图中底部箭头表示拉绳的拉动方向，航行体底部箭头表示航行体运动方向，航行体顶部箭头表示均压排气的方向；

图12为固定钩运动的原理示意图，图中虚线为固定钩运动前的初始位置，实线为固定钩运动后的最终位置，图中箭头方向表示两个固定钩的相对运动方向；

图13为本发明实验中不同排气孔数量的航行体均压排气运动的过程图。

图中标注如下：

1-发射筒；2-航行体；2-1-头盖；2-2-柱身；2-3-第一底孔；3-双头活塞；3-1-上塞头；3-2-塞杆；3-3-下塞头；4-推动器；4-1-滑车；4-2-弹性连接件；4-3-主弹簧；4-4-拉杆；4-5-拉绳；5-密封环；5-1-外密封圈；6-排气孔；7-主气腔；8-副气腔；9-空腔；10-质心调节螺丝；11-连接头；12-单向阀；13-内密封圈；14-第一通气孔；15-第二通气孔；16-辅助弹簧；17-第二底孔；18-穿过孔；19-滚珠；20-固定杆；20-1-上钩；20-2-竖杆；20-3-固定底座；21-单弹簧。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10说明本实施方式，本实施方式包括发射筒1、航行体2、双头活塞3、推动器4和密封环5，所述航行体2和推动器4从上至下依次设置在发射筒1内，航行体2在推动器4的推动下作出射出发射筒1的动作，航行体2包括头盖2-1和柱身2-2，头盖2-1可拆卸连接在柱身2-2的顶部，柱身2-2的顶部沿其圆周方向加工有排气孔6，柱身2-2的底部设置有第一底孔2-3，双头活塞3竖直设置在柱身2-2内，双头活塞3的上端贴紧在排气孔6上，双头活塞3的下端设置在柱身2-2的底部，密封环5套装在柱身2-2的排气孔6外。

进一步的，航行体2包括头盖2-1和柱身2-2，头盖2-1为半球形盖体，柱身2-2为空心柱体，其顶端为敞口端且该端与头盖2-1可拆卸连接，其底端设置有配合推动器4的第一底孔2-3。头盖2-1和柱身2-2之间设置有辅助弹簧16，辅助弹簧16的上端与头盖2-1连接，下端抵住上塞头3-1，辅助弹簧16始终处于压缩状态。

进一步，头盖2-1还为流线型的盖体。

进一步的，发射筒1为筒形，其内径比航行体2的外径大1～5cm，发射筒1的高度大于航行体2长度，二者尺寸相配合用于发射筒1容纳航行体2。

进一步的，发射筒1的顶端为敞口端。发射筒1的底端加工有配合推动器4的第二底孔17。

具体实施方式二：本实施方式为具体实施方式一的进一步限定，双头活塞3包括上塞头3-1、塞杆3-2和下塞头3-3，上塞头3-1、塞杆3-2和下塞头3-3从上至下依次设置在航行体2内，塞杆3-2的两端分别与上塞头3-1和下塞头3-3固定连接，头盖2-1和上塞头3-1围合形成主气腔7，上塞头3-1、下塞头3-3和柱身2-2内壁围合形成副气腔8。主气腔7与副气腔8相连通。

具体实施方式三：本实施方式为具体实施方式二的进一步限定，塞杆3-2的下端设置有连接头11，连接头11外固定套装有下塞头3-3，连接头11内加工有空腔9，空腔9的侧壁上加工有与副气腔8相连通的第一通气孔14，连接头11的底部设置有与空腔相连通的单向阀12。

进一步的，上塞头3-1和下塞头3-3的形状均为圆盘形，上塞头3-1沿其圆周方向加工有多个第二通气孔15，主气腔7通过多个第二通气孔15与副气腔8相连通。连接头11沿其圆周方向加工有多个第一通气孔14，副气腔8通过多个第一通气孔14与空腔9相连通，空腔9、第一通气孔14、副气腔8、第二通气孔15和主气腔7之间相互串通形成本发明由下至上的通气系统，充气方向单一且合理。

进一步的，上塞头3-1和下塞头3-3的结构和形状相同，塞杆3-2的外径与上塞头3-1的外径之间的最佳比值为1:4，通过样品试验得出这样的比值关系既保证塞杆3-2的强度及稳定性，又能有效扩充副气腔8的空间。

进一步的，第二通气孔15的孔径尺寸与上塞头3-1的外径相关，第二通气孔15的外径为上塞头3-1外径的1/5至1/4，第二通气孔15的最佳设置个数为6个，在保证赛头强度的基础上还能够减轻上塞头3-1的重量以及双头活塞3的总重量，以确保副气腔8向主气腔7快速充气，在航行体2水下发射后的均压排气效果均匀。此外，第一通气孔14的外径尺寸和连接头11的壁厚尺寸相当，第一通气孔14的孔径不小于3～5mm即可，满足单向阀向空腔9注入的气体可以从第一通气孔注入副气腔8。

具体实施方式四：本实施方式为具体实施方式一或二的进一步限定，塞杆3-2上套装有质心调节螺丝10。质心调节螺丝10的设置能够满足不同质心位置的实验要求。通常为保持航行体2发射后的稳定，当航行体2的攻角增大时，会形成一个回复力矩使航行体2的攻角减小，直到会到原有的状态，将航行体2质心设在压心前方。

具体实施方式五：本实施方式为具体实施方式一、二、三或四的进一步限定，推动器4包括滑车4-1、弹性连接件4-2、主弹簧4-3和拉杆4-4和拉绳4-5，所述滑车4-1设置在发射筒1的底部且其与发射筒1的内壁滑动配合，弹性连接件4-2设置在滑车4-1内，弹性连接件4-2的顶部由穿过孔18穿过滑车4-1与柱身2-2的第一底孔2-3可拆卸连接，弹性连接件4-2的底部与发射筒1的底部滑动配合，弹性连接件4-2和滑车4-1之间设置有主弹簧4-3，拉杆4-4设置在弹性连接件4-2内，弹性连接件4-2在拉杆的作用下作出收缩和扩展动作。

具体实施方式六：本实施方式为具体实施方式五的进一步限定，滑车4-1为筒体结构，其形状为了配合航行体2的形状，实现二者全面接触，实现全方位推动航行体2底部的效果。筒体的底端为敞口端，筒体的顶端加工有与弹性连接件4-2相配合的穿过孔18。筒体的外侧壁与发射筒1的内侧壁滑动配合。

进一步的，为了增强滑车4-1在发射筒1内侧壁滑动的顺畅性，在滑车4-1的外侧壁上安装有多圈滚珠19，通过多圈滚珠19的滚动带动滑车4-1在发射筒1内侧壁移动，移动流畅且耗能低，使推动器4产生的发射力更多地集中在航行体2上。

具体实施方式七：本实施方式为具体实施方式五或六的进一步限定，弹性连接件4-2包括两个对称设置的固定杆20，固定杆20的纵向截面为Z字形，固定杆20包括上钩20-1、竖杆20-2和固定底座20-3，上钩20-1、竖杆20-2和固定底座20-3为一体式结构，竖杆20-2的上端固定连接有上钩20-1，竖杆20-2的下端固定连接有固定底座20-3。筒体的顶端的穿过孔18的个数与固定杆20的个数相配合，每个固定杆20对应设置有一个穿过孔18，两个对称设置的固定杆20分别穿过各自对应的穿过孔18，穿过孔18的形状尺寸与上钩20-1的尺寸相配合，穿过孔18为上钩20-1的进出孔，便于上钩20-1进出顺畅无剐蹭。

进一步的，柱身2-2的底部的第一底孔2-3为配合上钩20-1的另一进出孔，柱身2-2的侧壁至第一底孔2-3孔边缘之间形成有配合上钩20-1的钩挂部，钩挂部的宽度大于或等于上钩20-1的尺寸，能够确保为上钩20-1提供足够的挂置区域。

进一步的，竖杆20-2为不锈钢或硬质钢材制成的杆体。

进一步的，固定底座20-3的底部与发射筒1的底部连接，发射筒1的底部加工有与固定底座20-3相配合的导轨，发射筒1的底部与导轨滑动配合，以增强发射的灵活性，减少发射阻力。

进一步的，如图12所示，两个竖杆20-2之间设置有若干个单弹簧21，单弹簧21的回弹力用于进一步增强两个固定杆20相向卡紧在航行体2底部的效果。当两个固定杆20相对靠拢时，单弹簧21始终处于压缩状态，实现固定杆20依次穿过滑车4-1和航行体2底部的安装过程中，当两个固定杆20相对靠近时，二者相对距离减少，单弹簧21处于压缩状态，使固定杆20的上钩20-1能够顺利卡紧在航行体2的底部。

进一步的，发射筒1的底部的第二底孔17的设置是用于拉绳4-5的进出孔，实现筒外控制发射的效果。拉绳4-5的长度设置程度为能够伸出水面操作为宜。

具体实施方式八：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六或七的进一步限定，推动器4还包括拉绳4-5，拉杆4-4包括两个单杆，两个单杆的下端相铰接，两个单杆的上端分别铰接在弹性连接件4-2的内壁上，拉绳4-5的一端设置在两个单杆的铰接处，拉绳4-5的另一端依次穿过弹性连接件4-2和发射筒1的第二底孔17，设置在发射筒1外。拉绳4-5控制拉杆4-4的张开和闭合动作，拉杆4-4控制两个固定杆20的相对移动。

具体实施方式九：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八的进一步限定，密封环5为刚性环体，其宽度的下限值大于排气孔6直径的2倍以上，其宽度的上限值受发射筒1的内径限制，其内壁上设有外密封圈5-1，其内壁上设有外密封圈5-1，分别封堵在排气孔6的上侧和下侧。

具体实施方式十：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九的进一步限定，下塞头3-3的外壁设有环形凹槽，并套装有内密封圈13。

具体实施方式十一：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八、九或十的进一步限定，航行体2为铝合金航行体。铝合金材质能够有效降低航行体2的重量。

具体实施方式十二：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八、九、十或十一的进一步限定，本发明经过样品实验，各个构件的最优材质和最佳连接方式的选取如下：

主弹簧4-3、辅助弹簧16和单弹簧21均为钢质弹簧。密封环5为铝合金或不锈钢环体，外密封圈5-1和内密封圈13均为O型密封圈，材质均为橡胶材质。拉绳4-5为尼龙绳。发射筒1为透明有机玻璃材质制成的筒体。其余的未提及的零件均为轻质铝合金材质。

头盖2-1和柱身2-2之间螺纹连接。

双头活塞3的底部安装有密封圈13，双头活塞3安装在柱身2-2的内部，双头活塞3沿柱身2-2的内壁往复滑动。

柱身2-2上设置有多个排气孔6，柱身2-2的排气孔6的外部套有密封环5，密封环5的内部固定安装有两个外密封圈5-1，外密封圈5-1为O型密封圈。密封环5为刚性环体。

质心调节螺丝10和塞杆3-2螺纹连接，既能够便于质心调节螺丝10在塞杆3-2上调节位置，还能够确保调节后位置的稳定性。质心调节螺丝为不锈钢或密度更大的金属材质制成的螺丝，从而便于灵活调节航行体2的质心位置。

上塞头3-1和下塞头3-3分别与塞杆3-2的两端螺纹连接。

上塞头3-1上设置第二通气孔15，最优设置个数为六个，主气腔7和副气腔8通过第二通气孔15相连通；

塞杆3-2的下部连接头11内设有空腔9，空腔9为注气腔体，空腔9沿其径向设置四个第一通气孔14，空腔9通过第一通气孔14与副气腔8相连通；

连接头11的底部设置单向阀12，从外界向空腔9注入高压气体；

柱身2-2的底部和滑车4-1接触；

滑车4-1的外壁安装有滚珠19，减少和发射筒1内壁之间的摩擦；滑车4-1的外壁和发射筒1的内壁之间预留部分较大缝隙，使得发射筒1内的流体能够自由穿越滑车4-1，防止发射筒1的底部产生真空。

主弹簧4-3在滑车4-1的内部，上端和滑车4-1相连，下端和发射筒1的底部相连接；

本发明的实验过程为：

一、将下塞头3-3旋入塞杆3-2的底端，将单向阀12安装在塞杆3-2底端的空腔9，并贴紧密封；将质心调节螺丝10从上部旋入塞杆3-2的外部；将上塞头3-1旋入塞杆3-2顶端；将内密封圈13套装在上赛头3-1和下塞头3-3外侧，从而组装完毕双头活塞3。

二、将双头活塞3安装在柱身2-2的内部；将辅助弹簧16的顶端和头盖2-1的内侧固连；将头盖2-1与柱身2-2螺纹连接，使辅助弹簧16处于压缩状态，辅助弹簧16的底端抵住整个双头活塞3，使其向下移动并与柱身2-2的底部贴紧，从而组装完毕整个航行体2。

三、将多个滚珠19安装在固定杆20的固定底座20-3的底部；将拉杆4-4分别铰接安装在两个固定杆20的内侧，将单弹簧21连接在固定杆20的内侧，将固定杆20的下方的固定底座20-3卡接发射筒1底部的导轨上，使上钩20-1能够作出水平相对移动；将拉绳4-5的一端系在拉杆4-4的铰接处，另一端从发射筒1底部的第二底孔17穿出；从而将发射的钩机系统组装完毕。

四、将另外多个滚珠19安装在滑车4-1的外壁；将主弹簧4-3的上端和滑车4-1的内部相连；将滑车4-1安装在发射筒1内部，并让上钩20-1能够从滑车4-1的穿过孔18穿出；将主弹簧4-3的下端和发射筒1的底部相连；从而将发射的动力系统组装完毕。

五、将密封环5内部安装完毕两道O型外密封圈5-1，然后将密封环5套装在柱身2-2的外侧，并覆盖排气孔6。

六、通过空气压缩机从航行体2的单向阀12充入给定压力的气体；如果实验气压较高，可以拆掉辅助弹簧16以减轻航行体2的自重，气体压力大时足可以让发射后的航行体2内部的双头活塞3向下运动，从而打开排气孔6；只有气压较小时，需要辅助弹簧16将双头活塞3向下压，从而打开排气孔6.

七、将带有密封环5的航行体2从发射筒1的筒口向下压入，柱身2-2的底部和滑车4-1贴紧，并共同压缩主弹簧4-3向下运动，直到上钩20-1从滑车4-1的穿过孔18穿出，并且一直压缩到固定杆顶端的上钩20-1和柱身2-2的底部相勾接。

八、航行体系统安置好后，排气孔6已被上塞头3-1封堵，此时拔掉密封环5，这时整个实验系统安装完毕。

九、拉动拉绳4-5，拉杆4-4在绳索的带动下将固定杆20向中部水平滑动至少5mm，当滑车4-1在主弹簧4-3的推动下将航行体2从发射筒1中射出，滑车4-1和发射筒1之间已预留部分较大缝隙，可使滑车4-1上下部分的流体自由流过，防止滑车4-1的底部形成真空，影响发射速度。

十、航行体2发射后，其柱身2-2的底部和上钩20-1脱离瞬间时，下塞头3-3和柱身2-2的底部之间失去了上钩20-1的约束，整个双活塞3在主气腔7和副气腔8的高压气体作用下向航行体2的底部移动，如果气压过小，辅助弹簧16也会起到同样的推动作用，保障排气孔6顺利打开。双头活塞3向下运动后，上塞头3-1将不再封堵排气孔6，主气腔7内的气体通过排气孔6向水中排出，副气腔8内的气体从第二通气孔15向主气腔7供气，保证充足的气量供应。

十一、航行体2发射后，套上密封环5，然后重新充气，再次压入发射筒1并卡住，摘掉密封环5，立刻能够继续下一次实验，操作十分简便。

结合图1至图13说明本发明的工作原理：

航行体2多为薄壁壳体，当航行体2的外部压力过大时，会因环境压力而压瘪，所以需在航行体2内部充入气体平衡外部的环境压力(p_out＝ρgh)，如图13所示，而当航行体2内部的压力过大，而环境压力过小时，航行体2容易因气压过高胀破。本发明中暂不考虑航行体破坏的现象，航行体2设计有足够的壁厚，能够满足实验中环境压力的变化需求，本发明为实现水下均压排气的运动过程，研究这种航行体被气幕覆盖时多像流动的特殊现象，在保证排气孔6打开的同时，实现第一通气孔14和第二通气孔15均与发射系统同步触发打开的作用，保证航行体2的气腔有足够的空气储量。

利用均压排气的方式解决以上问题，如图13所示，起初气腔内部的压力p_in高于或者等于外界的环境水深压力p_out，当航行体2向上运动时，因水深h不断减小，p_in>p_out，航行体2会不断向外排气使气腔内部的压力p_in随之减小，使p_in逐渐趋于p_out.

排气孔6排出的气体覆盖在航行体2的表面，有效防止航行体2表面周围的流体发生空化，改善航行体2的水下工作环境，并且形成的气幕包裹能够大幅度地减少航行体2的水下摩擦阻力(因为空气的密度远远小于水，所以若航行体被整个气幕包裹，摩擦阻力可以减少90％以上)，提高了航行体2的运动速度，减少航行体2在水下的停留时间。

航行体2的整体质量为M，滑车4-1的质量为m，航行体2的运动速度为v，主弹簧4-3的劲度系数为k，主弹簧4-3的压缩长度为Δh，因主弹簧4-3的底部固定，可以暂不考虑主弹簧4-3的质量，根据能量公式有：

0.5kΔh²＝0.5(M+m)v²

因此航行体2的运动速度v＝[kΔh²/(M+m)]^0.5，因滑车4-1的质量m与航行体2的整体质量M相比为小量，可以忽略，所以航行体2的实验发射速度约为v＝(kΔh²/M)^0.5，并且航行体2为中空的轻质壳体，水中的浮力大于重力，合理调节航行体2的质量M和主弹簧4-3的劲度系数k，可使航行体2的发射速度达到0～10m/s。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种水下均压排气发射实验装置，包括发射筒（1）、航行体（2）、双头活塞（3）、推动器（4）和密封环（5），所述航行体（2）和推动器（4）从上至下依次设置在发射筒（1）内，航行体（2）在推动器（4）的推动下作出射出发射筒（1）的动作，航行体（2）包括头盖（2-1）和柱身（2-2），头盖（2-1）可拆卸连接在柱身（2-2）的顶部，柱身（2-2）的顶部沿其圆周方向加工有排气孔（6），柱身（2-2）的底部设置有第一底孔（2-3），双头活塞（3）竖直设置在柱身（2-2）内，双头活塞（3）的上端贴紧在排气孔（6）上，双头活塞（3）的下端设置在柱身（2-2）的底部，密封环（5）套装在柱身（2-2）的排气孔（6）外；

双头活塞（3）包括上塞头（3-1）、塞杆（3-2）和下塞头（3-3），上塞头（3-1）、塞杆（3-2）和下塞头（3-3）从上至下依次设置在航行体（2）内，塞杆（3-2）的两端分别与上塞头（3-1）和下塞头（3-3）固定连接，头盖（2-1）和上塞头（3-1）围合形成主气腔（7），上塞头（3-1）、下塞头（3-3）和柱身（2-2）内壁围合形成副气腔（8），主气腔（7）和副气腔（8）相连通；

塞杆（3-2）上套装有质心调节螺丝（10）；

其特征在于：

推动器（4）包括滑车（4-1）、弹性连接件（4-2）、主弹簧（4-3）、拉杆（4-4）和拉绳（4-5），所述滑车（4-1）设置在发射筒（1）的底部且其与发射筒（1）的内壁滑动配合，弹性连接件（4-2）设置在滑车（4-1）内，弹性连接件（4-2）的顶部穿过滑车（4-1）与柱身（2-2）的第一底孔（2-3）可拆卸连接，弹性连接件（4-2）的底部与发射筒（1）的底部滑动配合，弹性连接件（4-2）和滑车（4-1）之间设置有主弹簧（4-3），拉杆（4-4）设置在弹性连接件（4-2）内，弹性连接件（4-2）在拉杆的作用下作出收缩和扩展动作。

2.根据权利要求1所述的一种水下均压排气发射实验装置，其特征在于：塞杆（3-2）的下端设置有连接头（11），连接头（11）外固定套装有下塞头（3-3），连接头（11）内加工有空腔（9），空腔（9）的内壁上加工有与副气腔（8）相连通的第一通气孔（14），连接头（11）的底部设置有与空腔相连通的单向阀（12）。

3.根据权利要求1所述的一种水下均压排气发射实验装置，其特征在于：根据权利要求1所述的一种水下均压排气发射实验装置，其特征在于：推动器（4）还包括拉绳（4-5），拉杆（4-4）包括两个单杆，两个单杆的下端相铰接，两个单杆的上端分别铰接在弹性连接件（4-2）的内壁上，拉绳（4-5）的一端设置在两个单杆的铰接处，拉绳（4-5）的另一端依次穿过弹性连接件（4-2）和发射筒（1）设置在发射筒（1）外。

4.根据权利要求1所述的一种水下均压排气发射实验装置，其特征在于：密封环（5）的内壁上安装有两个外密封圈（5-1），外密封圈（5-1）分别设置在排气孔（6）的上侧和下侧。

5.根据权利要求1所述的一种水下均压排气发射实验装置，其特征在于：下塞头（3-3）的外壁套装有内密封圈（13）。

6.根据权利要求1所述的一种水下均压排气发射实验装置，其特征在于：航行体（2）为铝合金航行体。

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