CN110726334A - 一种用于轻气炮真空靶室的弹托和弹丸气动分离装置 - Google Patents

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郑克勤
张庆明
任思远
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    • F42B10/00—Means for influencing, e.g. improving, the aerodynamic properties of projectiles or missiles; Arrangements on projectiles or missiles for stabilising, steering, range-reducing, range-increasing or fall-retarding

Abstract

本发明公开了一种用于轻气炮真空靶室的弹托和弹丸气动分离装置，包括：位于靶室中的阻拦板和连接在炮管出口的气动分离密封结构，所述气动分离密封结构内部具有与炮管同轴的空腔结构，所述空腔结构两端设置有能够使弹丸和弹托穿过的密封件，阻拦板设置于气动分离密封结构的出口之后、靶板之前，其上设置与炮管同轴的通孔，其中，阻拦板的通孔孔径大于弹丸直径且小于弹托的外径；气动分离密封结构上设置注气孔，用于向气动分离密封结构内部空腔结构注气，以调节其内部的压力至设定值，保证弹托和弹丸飞行至距离气动分离密封结构出口端设定距离时，弹托完全打开。

Description

一种用于轻气炮真空靶室的弹托和弹丸气动分离装置
技术领域
本发明涉及超高速碰撞加载试验技术领域，具体涉及一种用于轻气炮真空靶室的弹托和弹丸气动分离装置。
背景技术
航天器防护、动能武器以及高压物理等方面的研究都需要超高速发射技术。而在超高速发射技术领域中，与其它发射技术相比，轻气炮是一种特别通用的装置，这是因为它能发射各种形状的弹丸，对弹丸的质量、尺寸和材料有宽广的适应范围。从工作原理角度而言，轻气炮是一种利用轻质可压缩气体来加速弹丸的装置，有一级轻气炮、二级轻气炮和三级轻气炮，一级轻气炮可以使设定质量A的弹丸加载到0.5-2km/s，二级轻气炮可以将设定质量B的弹丸加载到2-7km/s，三级轻气炮可以将弹丸加载到10km/s以上。轻气炮真空靶室可以用于地面模拟超高速空间碎片撞击航天器防护结构的毁伤特征、航天器防护结构防护性能以及超高声速动能武器的毁伤特性研究。
轻气炮发射弹丸时，要使弹丸适应炮口尺寸，需要有弹托结构对弹丸进行支撑、密封、传递气体压力，保证弹丸获得较高的初始速度。但在弹丸出炮口以后，需要将弹丸和弹托有效分离，以免弹托对靶板产生附加破坏效应，确保实验的准确性。
目前现有的弹托分离技术主要有两种，一种是弹托强制分离技术，另一种是弹托气动分离技术。弹托强制分离技术采用带有通孔的机械分离装置，孔尺寸比弹丸略大且比弹托小，通过机械方法让弹丸通过分离装置而强制性阻挡弹托，使其无法通过分离装置；这种技术一般在分离装置强制阻挡弹托时，由于弹丸速度很大，瞬时的强大冲击力反过来会影响到弹丸，使弹丸可能会在强大的冲击力的作用下发生破碎，分离装置如果与炮口对心存在微小的偏差还会造成分离失败，使破碎的弹托随着弹丸一起飞出。弹托气动分离技术是使夹有弹丸的弹托出炮口后，弹托在靶室内的空气阻力的作用下与弹丸分开以后并被拦下。虽然弹托气动分离技术避免了拦截弹托时冲击力对弹丸的影响，但是靠空气阻力的作用使弹丸和弹托气动分离仍然存在诸多的限制条件(如向靶室内充气受限)，不适用于太空中处于真空环境下的靶室；并且有的轻气炮采用的是强制脱弹方式来分离弹丸和弹托，并没有预留一定距离的空气域，即现有技术中尚缺乏一种通用于真空靶室中的轻气炮弹托和弹丸的分离装置，不管炮管出口是否预留出设定的空气域，该分离装置都应该能够适用于真空靶室中轻气炮弹托和弹丸的分离。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于轻气炮真空靶室的弹托和弹丸气动分离装置，该弹托气动分离装置能够直接安装在真空靶室内的炮管出口上，适用于轻气炮的不同炮管出口方式下弹托和弹丸的分离，能够保证弹托和弹丸在真空靶室内有效分离。
本发明的技术方案为：一种用于轻气炮真空靶室的弹托和弹丸气动分离装置，包括：位于靶室中的阻拦板和连接在炮管出口的气动分离密封结构，所述气动分离密封结构内部具有与炮管同轴的空腔结构，所述空腔结构两端设置有能够使弹丸和弹托穿过的密封件，阻拦板设置于气动分离密封结构的出口之后、靶板之前，其上设置与炮管同轴的通孔，其中，阻拦板的通孔孔径大于弹丸直径且小于弹托的外径；
气动分离密封结构上设置注气孔，用于向气动分离密封结构内部空腔结构注气，以调节其内部的压力至设定值，保证弹托和弹丸飞行至距离气动分离密封结构出口端设定距离时，弹托完全打开。
优选地，还包括：压力传感器和压力表，所述压力传感器安装在所述气动分离密封结构内部空腔结构的内壁面上，所述压力表与压力传感器连接。
优选地，当靶室为非透明材质时，所述压力表设置在靶室外部，当靶室为透明材质时，压力表设置在靶室之内、气动分离密封结构内部空腔结构之外。
优选地，所述气动分离密封结构包括：气动分离筒和设置在气动分离筒两端的密封件，所述密封件分别为塑料膜片A和塑料膜片B，气动分离筒为两端开口的筒体结构，其两端端部分别同轴开设用于安装密封件的环形槽，塑料膜片A和塑料膜片B分别固定在气动分离筒两端的环形槽内底面上并在连接处密封，其中，从炮筒中射出的弹托和弹丸能够塑料膜片A和塑料膜片B穿过。
有益效果：
(1)本发明通过在真空靶室内设置与炮管出口同轴的气动分离密封结构和阻拦板，有效解决了现有技术中缺乏用于真空靶室中轻气炮弹托和弹丸分离装置的问题，不管炮管出口是否预留出设定的空气域，该分离装置都能够直接安装在炮管出口使真空靶室中轻气炮的弹托和弹丸有效分离，且不会对弹丸造成破坏。
附图说明
图1为本发明的气动分离装置在真空靶室中与炮管一体连接的结构示意图。
图2为本发明的弹托与弹丸分离过程示意图，(a)弹托和弹丸破膜进入气动分离密封结构的初始状态示意图，(b)在气体压力作用下弹托和弹丸开始分离示意图，(c)弹托和弹丸飞行至气动分离密封结构出口处完全分离的状态示意图，(d)弹托和弹丸破膜穿出气动分离密封结构后弹托撞击阻拦板、弹丸穿过阻拦板撞击靶板的结构示意图。
图3为本发明的气动分离密封结构的爆炸图。
其中，1-炮管，2-气动分离筒，3-数显压力表，4-压力传感器，5-注气孔，6-靶室，7-螺钉A，8-法兰盘A，9-塑料膜片A，10-O型密封圈A，11-O型密封圈B，12-塑料膜片B，13-法兰盘B，14-螺钉B，15-阻拦板，16-靶板，17-弹托，18-弹丸
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例提供了一种用于轻气炮真空靶室的弹托和弹丸气动分离装置，该弹托气动分离装置能够直接安装在靶室内的炮管出口上，适用于轻气炮的不同炮管出口方式下弹托和弹丸的分离，能够保证弹托和弹丸在真空靶室内有效分离。
如图1所示，该气动分离装置包括：压力传感器4、数显压力表3、位于靶室6中的阻拦板15和螺纹连接在炮管1出口的气动分离密封结构，气动分离密封结构内部具有用于气动分离的、与炮管1同轴的空腔结构，空腔结构两端设置有能够使弹丸18和弹托17穿过的密封件，压力传感器4安装在气动分离密封结构内部空腔结构的内壁面上，数显压力表3设置在气动分离密封结构外部(当靶室6为非透明材质时，数显压力表3设置在靶室6的外部，当靶室6为透明材质时，数显压力表3也可以设置在靶室6之内、气动分离密封结构内部空腔结构之外)并通过设置在气动分离密封结构上的过孔与压力传感器4连接，压力传感器4用于检测气动分离密封结构内部空腔结构中的压力并传给数显压力表3，数显压力表3用于实时显示压力传感器4检测的压力；令气动分离密封结构与炮管1出口相连的一端为其入口，另一端为其出口，阻拦板15设置于气动分离密封结构的出口之后、靶板16之前，其上设置通孔，通孔的孔轴线与炮管1的管轴线同轴，其中，阻拦板15的通孔孔径略大于弹丸18直径且小于弹托17的外径，用于使弹丸18通过的同时阻拦弹托17通过；
气动分离密封结构上设置注气孔5，用于向气动分离密封结构内部空腔结构注气，以调节其内部空腔结构的压力。
该气动分离装置的工作原理为：如图2所示，使用时，通过注气孔5向气动分离密封结构内部空腔结构注气，通过数显压力表3观察气动分离密封结构内部空腔结构的气压，直至其内部空腔结构的压力达到设定值后停止注气，炮管1的出口密封在靶室6内部，将气动分离密封结构同轴固定在炮管1的出口，对靶室6抽真空，以确保其处于真空状态，启动轻气炮，使处于初始未打开状态的弹托17(初始时，弹丸18夹持在弹托17中)从炮管1的出口射出、从气动分离密封结构的入口端穿入，弹托17在气动分离密封结构中的气体压力的作用下打开，气动分离密封结构内部空腔结构的设定压力值保证弹托17和弹丸18飞行至距离气动分离密封结构出口端设定距离时，弹托17完全打开，由于弹丸18受到气体的阻力显著小于弹托17所受的气体阻力，因此，弹丸18获得明显大于弹托17的速度，其先从气动分离密封结构的出口端穿出并依次穿过阻拦板15上的通孔撞击到靶板16上，气动分离密封结构的出口端被破坏后，弹托17随之从气动分离密封结构的出口端穿出撞击到阻拦板15上，至此，完成弹托17和弹丸18的气动分离。
实施例2：
在实施例1的基础上，如图3所示，气动分离密封结构包括：气动分离筒2和设置在气动分离筒2两端的密封件，其中入口端的密封件包括：法兰盘A8、塑料膜片A9、O型密封圈A10，出口端的密封件包括：O型密封圈B11、塑料膜片B12和法兰盘B13，气动分离筒2为两端开口的筒体结构，其两端端部分别同轴加工有用于安装密封件的环形槽，塑料膜片A9通过法兰盘A8压紧设置在气动分离筒2入口端的环形槽内底面，法兰盘A8通过螺钉A7拧紧固定在气动分离筒2上，塑料膜片A 9和气动分离筒2入口端的环形槽内底面的连接处开设环形凹槽A，环形凹槽A中安装O型密封圈A10，用于对塑料膜片A 9和气动分离筒2入口端的环形槽内底面的连接处密封；塑料膜片B12通过法兰盘B13压紧设置在气动分离筒2出口端的环形槽内底面，法兰盘B13通过螺钉B14拧紧固定在气动分离筒2上，塑料膜片B12和气动分离筒2出口端的环形槽内底面的连接处开设环形凹槽B，环形凹槽B中安装O型密封圈B11，用于对塑料膜片B12和气动分离筒2出口端的环形槽内底面的连接处密封；其中，塑料膜片A9和塑料膜片B12都可使从炮筒1中射出的弹托17和弹丸18穿过，法兰盘A8和法兰盘B13分别与炮管1同轴。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于轻气炮真空靶室的弹托和弹丸气动分离装置，其特征在于，包括：位于靶室中的阻拦板和连接在炮管出口的气动分离密封结构，所述气动分离密封结构内部具有与炮管同轴的空腔结构，所述空腔结构两端设置有能够使弹丸和弹托穿过的密封件，阻拦板设置于气动分离密封结构的出口之后、靶板之前，其上设置与炮管同轴的通孔，其中，阻拦板的通孔孔径大于弹丸直径且小于弹托的外径；
气动分离密封结构上设置注气孔，用于向气动分离密封结构内部空腔结构注气，以调节其内部的压力至设定值，保证弹托和弹丸飞行至距离气动分离密封结构出口端设定距离时，弹托完全打开。
2.如权利要求1所述的用于轻气炮真空靶室的弹托和弹丸气动分离装置，其特征在于，还包括：压力传感器和压力表，所述压力传感器安装在所述气动分离密封结构内部空腔结构的内壁面上，所述压力表与压力传感器连接。
3.如权利要求2所述的用于轻气炮真空靶室的弹托和弹丸气动分离装置，其特征在于，当靶室为非透明材质时，所述压力表设置在靶室外部，当靶室为透明材质时，压力表设置在靶室之内、气动分离密封结构内部空腔结构之外。
4.如权利要求1或2或3所述的用于轻气炮真空靶室的弹托和弹丸气动分离装置，其特征在于，所述气动分离密封结构包括：气动分离筒和设置在气动分离筒两端的密封件，所述密封件分别为塑料膜片A和塑料膜片B，气动分离筒为两端开口的筒体结构，其两端端部分别同轴开设用于安装密封件的环形槽，塑料膜片A和塑料膜片B分别固定在气动分离筒两端的环形槽内底面上并在连接处密封，其中，从炮筒中射出的弹托和弹丸能够塑料膜片A和塑料膜片B穿过。
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