CN110806299A - 一种将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托。该弹托包括底托部、包裹弹体部、弹体支撑环以及锥台形加强凸起；底托部一端外表面设置有环形凸起，另一端与所述包裹弹体部固连；包裹弹体部沿其轴线开设有弹体容置腔，弹体容置腔头部内设置有弹体支撑环，弹体容置腔尾部设置锥台形加强凸起；锥台形加强凸起的大径端与所述弹体容置腔间隙配合；底托部设置环形凸起的部位与炮管之间为过盈配合，底托部的其余部分与炮管之间为间隙配合；包裹弹体部与炮管之间为间隙配合。该弹托能够将克级的重金属长杆弹加载到超高速，且弹托结构简单，易于加工，能够降低实验难度和实验成本。

Description

一种将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托
技术领域
本发明属于超高速撞击实验技术领域，特别涉及一种将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托。
背景技术
近年来随着超高速平台的快速发展，超高速撞击效应领域受到广泛关注。重金属长杆弹，因其轴向毁伤威力大，成为超高速撞击效应领域重点研究的弹型。重金属一般指钨合金或高强钢，长杆弹一般指长径比大于10的杆式弹体。这里的超高速一般指速度大于1.5km/s。利用小口径二级轻气炮实验平台将缩比重金属长杆弹发射到超高速并进行撞击效应研究是该领域常用的实验研究模式。
重金属长杆弹在发射过程中由弹托携带，弹托有三方面作用：
①推动弹体加速的作用，即弹托在内弹道气压作用下，包裹并推动弹体按照预定姿态达到预定速度，并保证在加速过程中弹托能够承受内弹道气压作用，弹托底部也能够承受弹体加速过载产生的作用力，不会出现弹体刺破弹托底部的“穿底”现象；
②保护发射管的作用，弹托一般选用低硬度材料，防止发射过程中摩擦损伤发射管；
③密封作用，防止发射过程中的高压氢气经过弹托与炮管间的间隙泄露。
重金属长杆弹面密度非常大，发射过程中，会对弹托底部产生极大的作用力，如果弹托底部强度不足，可能发生刺破底托的“穿底”现象，导致发射失败，甚至损伤炮管，造成安全事故。因此重金属长杆弹超高速发射用弹托设计的重点和难点就是底托强度的设计。
此外，用于超高速发射的轻气炮口径较小(口径可小于10mm)，意味着大口径火炮(口径大于30mm)中发射重金属长杆弹常用的复杂马鞍形弹托结构，如果直接缩小并应用于小口径炮，则加工难度极大。
常规的小口径轻气炮的弹托为杯状弹托，由于无法很好的解决小口径弹托的设计和精密加工问题，目前小口径轻气炮大多发射低面密度弹体，即密度较低、长径比较小的弹丸，无法发射高面密度的重金属长杆弹。虽然小口径轻气炮有速度高的优势，但仅能应用在空间碎片防护、破片防护等领域，难以在重金属长杆弹超高速撞击毁伤效应方面发挥更大作用。
因此，为满足发射重金属长杆弹的弹托口径小、受载大的特点，需要设计结构简单、易于加工，且可承受高发射载荷的小口径弹托。
发明内容
本发明的目的是提供一种将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，能够将克级的重金属(钨合金、钢等)长杆弹加载到超高速，且弹托结构简单，易于加工，能够降低实验难度和实验成本。
本发明的技术方案是：
本发明提供了一种将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，其中，小口径是指口径≤10mm；重金属是指钢、钨合金等常见密度较高的金属；该弹托包括底托部、包裹弹体部、弹体支撑环以及锥台形加强凸起；
底托部一端外表面设置有环形凸起，另一端与所述包裹弹体部固连；底托用于承载炮管内的发射气压，并推动整个弹托向前运动；
包裹弹体部沿其轴线开设有弹体容置腔，弹体容置腔头部内设置有弹体支撑环，弹体容置腔尾部设置锥台形加强凸起；锥台形加强凸起的大径端与所述弹体容置腔间隙配合；
其中，锥台形加强凸起用于加强底托的结构强度。锥台形加强凸起的作用有两方面，一是承受发射过程中重金属长杆弹对弹托的作用力，将作用力通过锥台形加强凸起的底面分散到底托上，保证不发生刺破底托的“穿底”现象；另一方面，锥台形加强凸起分别与底托和弹体固联，保证发射之前不会因为炮管抽真空造成弹体与弹托分开，也保证发射过程中不会因为振动或其他复杂的内弹道作用力造成弹体与弹托的分开。
弹体支撑环目的是为了保证弹体在炮管内运动时不产生横向移动。
底托部设置环形凸起的部位与炮管之间为过盈配合，过盈配合的目的是用于闭气，并在发射前防止弹托受炮管真空作用产生的拉力进入炮管；底托部的其余部分与炮管之间为间隙配合；包裹弹体部与炮管之间为间隙配合。
优选地，上述包裹弹体部为变径圆筒状结构，包括前部收敛段，中部平直段以及后部扩散段；所述中部平直段的外径与炮管内径之间的间隙为1-2mm。包裹弹体部设计成变径圆筒状结构的目的是：用于消减附加质量，提高弹体质量在发射质量中的占比。在相同发射弹速下，可降低发射过载，提高弹托生存能力。
优选地，上述锥台形加强凸起大径端与所述底托部螺纹连接，锥台形加强凸起小径端设置有螺纹孔。
优选地，上述弹体支撑环与所述弹体容置腔头部采用过盈配合或者螺纹配合的方式连接。
优选地，上述底托部、包裹弹体部、弹体支撑环均采用聚碳酸酯或尼龙材料制成。
优选地，上述锥台形加强凸起采用屈服强度≥1000MPa的高强钢制成。
优选地，上述底托部设置环形凸起的部位与轻气炮炮管之间的过盈量为0.2～0.3mm，底托部的其余部分与轻气炮炮管之间的间隙为0.01-0.03mm。
优选地，上述包裹弹体部的长度为弹体长度的2/3。
优选地，上述环形凸起的沿轴向方向的厚度为1mm。
优选地，上述弹体支撑环的厚度为2-4倍弹体直径。
另外，上述锥台形加强凸起、包裹弹体部和弹体支撑环都可以根据弹体参数的改变而改变，可以适应多种直径、长度和质量的弹体，具有良好的通用性和扩展性。
本发明的有益效果是：
本发明提出了采用锥台形加强凸起承载发射过程中弹体作用在弹托上的力的思路，设计了一种发射重金属长杆弹的小口径弹托，能够将克级的重金属(钨合金、钢等)长杆弹连续可调节的加载到4500m/s。弹托结构简单，易于加工，能够降低实验难度和实验成本。并通过改变锥台形加强凸起、包裹弹体部和弹体支撑环的长度和直径，可以适应多种直径、长度和质量的弹体，具有良好的通用性和扩展性。
附图说明
图1是本发明弹托的剖视图；
其中，1-底托部，2-包裹弹体部，3-环形凸起、4-弹体容置腔、5-弹体支撑环、6-锥台形加强凸起、7-前部收敛段、8-中部平直段、9-后部扩散段、10-弹体。
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，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，它包括：底托部1、包裹弹体部2、弹体支撑环5以及锥台形加强凸起6；
炮管内径7mm，弹体10是长23.2mm，直径2.32mm的钨合金长杆弹，弹体质量1.72g。
底托部1长12mm，直径比炮管内径小0.01-0.03mm。底托部1尾部有沿轴向方向厚度约1mm的环形凸台3，底托部1设置环形凸台3部位的外径比炮管内径大0.2-0.3mm，用于闭气，并在发射前防止弹托受炮管真空作用产生的拉力进入炮管，底托部前部开设有用于安装锥台形加强凸起6的螺纹孔，螺纹孔参数为：M5×3，螺距为1mm。
包裹弹体部2沿其轴线开设有弹体容置腔4，弹体容置腔4头部内设置有弹体支撑环5，弹体容置腔4尾部设置锥台形加强凸起6；锥台形加强凸起6的大径端与所述弹体容置腔4间隙配合；
本实施例中包裹弹体部2为变径圆筒状结构，包括前部收敛段7，中部平直段8以及后部扩散段9；中部平直段8的外径与炮管内径之间的间隙为1mm。包裹弹体部2设计成变径圆筒状结构的目的是：用于消减附加质量，提高弹体质量在发射质量中的占比，在相同发射弹速下，可降低发射过载，提高弹托生存能力，同时还降低了应力集中。包裹弹体部2的长度为弹体长度的2/3。
锥台形加强凸起6的大径端直径5mm，其上设置螺杆并与底托部的螺纹孔匹配，小径段直径3.5mm，小径段也设置有细牙螺纹孔，公称直径为2.32mm，用于与弹体底部外表面的外螺纹配合；锥台形加强凸起6的高度为4mm。材料选择30CrMnSiA。
弹体支撑环5的内径比弹体外径小0.01-0.03mm，外径比弹体容置腔6的内径大0.01-0.03mm，都采用过盈配合(本实施例还可采用螺纹配合的方式将弹体支撑环与弹体容置腔连接起来)。弹体支撑环长5mm。
底托部1、包裹弹体部2和弹体支撑环5的材料都选用聚碳酸酯。
本例弹托能够利用7mm口径二级轻气炮将质量1.72g的钨合金长杆弹发射到4500m/s。
实施例二：
一种将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，它包括：底托部1、包裹弹体部2、弹体支撑环5以及锥台形加强凸起6；
炮管内径10mm，弹体10是长35mm，直径3.5mm的钨合金长杆弹，弹体质量5.9g。
底托部1长20mm，直径比炮管内径小0.01-0.03mm。底托部1尾部有沿轴向方向厚度约1mm的环形凸台3，底托部1设置环形凸台3部位的外径比炮管内径大0.2-0.3mm，用于闭气，并在发射前防止弹托受炮管真空作用产生的拉力进入炮管，底托部前部开设有用于安装锥台形加强凸起6的螺纹孔，螺纹孔参数为：M7.5×3，螺距为1mm。
包裹弹体部2沿其轴线开设有弹体容置腔4，弹体容置腔4头部内设置有弹体支撑环5，弹体容置腔4尾部设置锥台形加强凸起6；锥台形加强凸起6的大径端与所述弹体容置腔4间隙配合；
本实施例中包裹弹体部2为变径圆筒状结构，包括前部收敛段7，中部平直段8以及后部扩散段9；中部平直段8的外径与炮管内径之间的间隙为1mm。包裹弹体部2设计成变径圆筒状结构的目的是：用于消减附加质量，提高弹体质量在发射质量中的占比，在相同发射弹速下，可降低发射过载，提高弹托生存能力，同时还降低了应力集中。包裹弹体部2的长度为弹体长度的2/3。
锥台形加强凸起6的大径端直径7.5mm，其上设置螺杆并与底托部的螺纹孔匹配，小径段直径5mm，小径段也设置有细牙螺纹孔，公称直径为3.5mm，用于与弹体底部外表面的外螺纹配合；锥台形加强凸起6的高度为4mm。材料选择30CrMnSiA。
弹体支撑环5的内径比弹体外径小0.01-0.03mm，外径比弹体容置腔4的内径大0.01-0.03mm，都采用过盈配合(本实施例还可采用螺纹配合的方式将弹体支撑环与弹体容置腔连接起来)。弹体支撑环长7mm。
底托部1、包裹弹体部2和弹体支撑环5的材料都选用聚碳酸酯。
本例弹托能够利用10mm口径二级轻气炮将质量5.9g的钨合金长杆弹发射到2800m/s。
实施例三：
一种将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，它包括：底托部1、包裹弹体部2、弹体支撑环5以及锥台形加强凸起6；
炮管内径10mm，弹体10是长35mm，直径3.5mm的高强钢长杆弹，弹体质量5.9g。
底托部1长15mm，直径比炮管内径小0.01-0.03mm。底托部1尾部有沿轴向方向厚度约1mm的环形凸台3，底托部1设置环形凸台3部位的外径比炮管内径大0.2-0.3mm，用于闭气，并在发射前防止弹托受炮管真空作用产生的拉力进入炮管，底托部前部开设有用于安装锥台形加强凸起6的螺纹孔，螺纹孔参数为：M7.5×3，螺距为1mm。
包裹弹体部2沿其轴线开设有弹体容置腔4，弹体容置腔4头部内设置有弹体支撑环5，弹体容置腔4尾部设置锥台形加强凸起6；锥台形加强凸起6的大径端与所述弹体容置腔4间隙配合；
本实施例中包裹弹体部2为变径圆筒状结构，包括前部收敛段7，中部平直段8以及后部扩散段9；中部平直段8的外径与炮管内径之间的间隙为1mm。包裹弹体部2设计成变径圆筒状结构的目的是：用于消减附加质量，提高弹体质量在发射质量中的占比，在相同发射弹速下，可降低发射过载，提高弹托生存能力，并且还降低了应力集中。包裹弹体部2的长度为弹体长度的2/3。
锥台形加强凸起6的大径端直径7.5mm，其上设置螺杆并与底托部的螺纹孔匹配，小径段直径5mm，小径段也设置有细牙螺纹孔，公称直径为3.5mm，用于与弹体底部外表面的外螺纹配合；锥台形加强凸起6的高度为4mm。材料选择30CrMnSiA。
弹体支撑环5的内径比弹体外径小0.01-0.03mm，外径比弹体容置腔4的内径大0.01-0.03mm，都采用过盈配合(本实施例还可采用螺纹配合的方式将弹体支撑环与弹体容置腔连接起来)。弹体支撑环长7mm。
底托部1、包裹弹体部2和弹体支撑环5的材料都选用聚碳酸酯。
本例弹托能够利用10mm口径二级轻气炮将质量2.6g的高强钢长杆弹发射到3500m/s。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，其特征在于：
包括底托部(1)、包裹弹体部(2)、弹体支撑环(5)以及锥台形加强凸起(6)；
底托部(1)一端外表面设置有环形凸起(3)，另一端与所述包裹弹体部(2)固连；
包裹弹体部(2)沿其轴线开设有弹体容置腔(4)，弹体容置腔(4)头部内设置有弹体支撑环(5)，弹体容置腔(4)尾部设置锥台形加强凸起(6)；锥台形加强凸起(6)的大径端与所述弹体容置腔(4)间隙配合；
底托部(1)设置环形凸起(3)的部位与炮管之间为过盈配合，底托部(1)的其余部分与炮管之间为间隙配合；
包裹弹体部(2)与炮管之间为间隙配合。
2.根据权利要求1所述的将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，其特征在于：包裹弹体部(2)为变径圆筒状结构，包括前部收敛段(7)，中部平直段(8)以及后部扩散段(9)；所述中部平直段(8)的外径与炮管内径之间的间隙为1-2mm。
3.根据权利要求1或2所述的将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，其特征在于：锥台形加强凸起(6)大径端与所述底托部螺纹连接，锥台形加强凸起(6)小径端设置有螺纹孔。
4.根据权利要求1所述的将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，其特征在于：弹体支撑环(5)与所述弹体容置腔(4)头部采用过盈配合或者螺纹配合的方式连接。
5.根据权利要求1所述的将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，其特征在于：所述底托部(1)、包裹弹体部(2)、弹体支撑环(5)均采用聚碳酸酯或尼龙材料制成。
6.根据权利要求1所述的将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，其特征在于：所述锥台形加强凸起(6)采用屈服强度≥1000MPa的高强钢制成。
7.根据权利要求1所述的将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，其特征在于：底托部(1)设置环形凸起的部位与轻气炮炮管之间的过盈量为0.2～0.3mm，底托部(1)的其余部分与轻气炮炮管之间的间隙为0.01-0.03mm。
8.根据权利要求1所述的将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，其特征在于：包裹弹体部的长度为弹体长度的2/3。
9.根据权利要求1所述的将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，其特征在于：所述环形凸起的沿轴向方向的厚度为1mm。
10.根据权利要求1所述的将重金属长杆弹发射到超高速的小口径弹托，其特征在于：弹体支撑环的厚度为2-4倍弹体直径。
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