CN111380401B - 一种微波空气等离子体炮弹射击装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及等离子体技术，具体涉及一种微波空气等离子体炮弹射击装置，包括电脑控制系统、火炬发生系统和射击系统，火炬发生系统与射击系统连接，电脑控制系统通过设定参数控制火炬发生系统和射击系统；火炬发生系统包括：微波发生装置、水冷模块、三销钉调配器、波导管、高压空气入口装置、点火模块和短路活塞；射击系统包括：钢球炮弹定位装置、气动球阀装置和外壳。该装置使用空气作为工作气体，避免了使用传统的化学能推进，不会增加装置的重量，同时节约能源。通过调节微波电源的功率大小来控制火炬产生的推动力，能控制铁球的射出速度。冷却水为微波发生装置提供了良好的冷却支持，延长了工作寿命。

Description

一种微波空气等离子体炮弹射击装置

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，尤其涉及一种微波空气等离子体炮弹射击装置。

背景技术

在传统的化学能推进方式中，发射装置后部的火药被点燃，引起气体体积迅速地膨胀，推动弹体加速前进。传统火药发射的缺点在于弹体和火药不能完全分离，增加了发射装置的重量，且火药爆炸是瞬间发生的，给弹丸加速的过程无法精确控制。

随着科学技术的发展，各种高技术武器装备如电磁炮、激光炮等，在技术领域取得了重大突破性进展，突破了常规的化学能推进方式。电磁炮是一种高能、远程、多任务的武器，利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速，使其达到打击目标所需的动能，可区分为轨道炮、线圈炮、电热炮和重接炮。电磁炮推动力大，弹丸速度高，射程远，比较经济。但由于电磁炮是一种具有高能量的武器，因此发热情况严重，需要有良好的冷却技术支持。

激光炮是一种利用强激光束携带的巨大能量摧毁敌方飞机、导弹、卫星等目标的高技术新概念武器，能在一秒钟内发射1000发“光弹”，即威力无比的“强光束”。可依靠远程警戒雷达测定敌方导弹或飞机飞行的方位、距离、高度、速度等参数，经过电子计算机处理后，准确无误地命中目标。激光武器具有攻击目标速度快、转移火力快(只需零点几秒)、效费比高等特点，但激光易受天气的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种以基本的微波空气等离子体火炬设备为基础，通过引入射击系统和电脑控制系统，从而实现使用电脑控制微波空气等离子体火炬并依次将射击管中的炮弹铁球击出的装置及操作方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种微波空气等离子体炮弹射击装置，包括电脑控制系统、火炬发生系统和射击系统，火炬发生系统与射击系统连接，电脑控制系统通过设定参数控制火炬发生系统和射击系统；火炬发生系统包括：微波发生装置、水冷模块、三销钉调配器、波导管、高压空气入口装置、点火模块和短路活塞；射击系统包括：钢球炮弹定位装置、气动球阀装置和外壳。

在上述的微波空气等离子体炮弹射击装置中，微波发生装置包含：相互连接的微波电源和磁控管；水冷模块包含：冷却水、四路分水器、环形器/水负载和磁控管冷却装置，冷却水通过四路分水器分别连接磁控管冷却装置和环形器/水负载；波导管包括第一、第二矩形波导管，以及位于第一、第二矩形波导管之间并分别与之连接的压缩形波导管；三销钉调配器设置于第一矩形波导管上，短路活塞设置于第二矩形波导管内；波导管的一端与磁控管的输出端口固定，另一端与短路活塞固定连接；压缩形波导管上有一直径为27mm-30mm的通孔，通孔一端依次设置高压空气入口装置和点火模块，另一端通过外壳连接至射击系统。

在上述的微波空气等离子体炮弹射击装置中，点火模块包括交流高压电源和打火针，交流高压电源电击穿空气在打火针尖端产生小火焰，从而激发微波等离子体火炬。

在上述的微波空气等离子体炮弹射击装置中，钢球炮弹定位装置包括空气压缩机、气缸装置、炮弹铁球和挡板；空气压缩机分别与气缸装置和高压空气入口装置连接；挡板设置于气缸装置内；气动球阀装置包含：气动执行器、气动阀门定位器和球阀，气动阀门定位器分别连接电脑控制系统和气动执行器，气动执行器连接球阀；外壳内设有射击管，炮弹铁球置于射击管入口，位于挡板之上。

在上述的微波空气等离子体炮弹射击装置中，挡板为扁平锥形挡板。

一种微波空气等离子体炮弹射击装置的操作方法，其特征是，包括以下步骤：

S1.开启空气压缩机，通过流量计将空气流量控制在25L/min，保持空气压缩机进气，并通过电脑控制系统设定气缸装置中挡板开关的时间参数；

S2.开启冷却水装置确保冷却水持续供应；

S3.开启气动球阀装置，通过电脑控制系统设定球阀打开时的控制信号；

S4.通过电脑控制系统设定点火装置的时间参数；

S5.开启微波电源并通过电脑控制系统设定微波功率参数与时间参数；

S6.完成S1-S5步骤后，放置炮弹铁球于射击管入口。

本发明的有益效果：通过微波发生装置产生微波，微波经过压缩形波导管共振腔，使电磁场增强，在通孔处引发强烈的气体电离并经过点火产生等离子体火炬，利用等离子体火炬产生的推动力将铁球击出。使用空气作为工作气体，避免了使用传统的化学能推进，不会增加装置的重量，同时节约能源。

通过调节微波电源的功率大小来调节产生的微波，从而控制火炬产生的推动力，控制铁球的射出速度。

冷却水通过四路分水器分别连接磁控管冷却装置及环形器/水负载，为微波发生装置提供了良好的冷却支持，延长了工作寿命。

附图说明

图1、本发明一个实施例微波空气等离子体炮弹射击装置结构示意图；

图2、本发明一个实施例压缩形波导管共振腔剖面示意图；

图3、本发明一个实施例射击系统剖面示意图；

其中，1-微波发生装置、1a-1000W 2.45GHz微波电源、1b-磁控管、2-水冷模块、2a-冷却水、2b-四路分水器、2c-环形器/水负载、2d-磁控管冷却装置、3-三销钉调配器、4-点火模块、4a-交流高压电源、4b-打火针、5-钢球炮弹定位装置、5a-空气压缩机、5b-气缸装置、5c-高压空气入口装置、5e-炮弹铁球、5f-扁平锥形挡板、6-气动球阀装置、6a-气动执行器、6b-气动阀门定位器、6c-球阀、7-外壳、8-短路活塞、9-波导管、10-等离子体火炬、11-电脑控制系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

针对现有技术的不足，避免使用化学能推进，本实施例提出一种微波空气等离子体炮弹射击装置，包括电脑控制系统、火炬发生系统及射击系统。通过电脑控制系统设定的参数来控制火炬发生系统和射击系统，从而实现自动化。火炬发生系统从左至右包括：微波发生装置1、水冷模块2、三销钉调配器3、波导管9和短路活塞8；微波发生装置1还包含：1000W 2.45GHz微波电源1a、磁控管1b；水冷模块包含：冷却水2a、四路分水器2b、环形器/水负载2c、磁控管冷却装置2d；波导管9包括第一、第二矩形波导管，以及位于第一、第二矩形波导管之间并分别与之连接的压缩形波导管；三销钉调配器设置于第一矩形波导管上，短路活塞设置于第二矩形波导管内；波导管9的一端与磁控管1b的输出端口固定，另一端与短路活塞8固定连接；波导管9的压缩形波导管构成微波共振腔，压缩段波导管上有一通孔直径为27mm-30mm，通孔一端依次设有高压空气入口装置5c和点火模块4，另一端通过外壳7连接至射击系统；点火模块4内部设有打火针4b，通过交流高压电源4a电击穿空气在打火针4b尖端产生小火焰，从而激发微波等离子体火炬10。射击系统包括：钢球炮弹定位装置5、气动球阀装置6和外壳7；钢球炮弹定位装置5是由空气压缩机5a、气缸装置5b、炮弹铁球5e、挡板5f组合而成，挡板5f采用扁平锥形挡板；气动球阀装置6还包含：气动执行器6a、气动阀门定位器6b、球阀6c。气缸装置5b内设有扁平锥形挡板，其目的是提高管内密封性和通过参数设定依次释放炮弹铁球。气动阀门定位器6b接收来自电脑控制系统11给出的控制信号，并向气动执行器6a输送空气信号来控制球阀6c开关，球阀6c打开时瞬间释放高温等离子体火炬产生的强大压力射击管内炮弹铁球5e；外壳7内设有射击管。电脑控制系统11可设定：1000W2.45GHz微波电源1a功率、点火模块4、气动球阀装置6及气缸装置5b的参数。

并且，磁控管1b输出的微波，可以通过1000W 2.45GHz微波电源1a调节功率的大小，从而控制火炬的温度和产生的压强。冷却水2a通过四路分水器2b，两进两出分别连接环形器/水负载2c及磁控管冷却装置2d，其目的是在中高功率的情况下，保证磁控管1b正常工作以延长使用寿命。环形器/水负载2c的作用是将反射微波吸收，保护微波系统。通过调节三销钉调配器3与短路活塞8，控制微波反射功率，保证最佳微波传输。压缩段波导管的扁口造型设计可以提高微波在圆孔区域的能量密度。点火模块4包括交流高压电源4a电击穿空气在打火针4b尖端产生小火焰，从而激发等离子体火炬10。高压空气入口装置5c与气缸装置5b中的空气由空气压缩机5a供应。气动球阀装置6中的气动阀门定位器6b接收来自电脑控制系统11给出的控制信号，并向气动执行器6a输送空气信号来控制球阀6c的开关，球阀6c打开时瞬间释放高温等离子体火炬产生的强大压力射击管内炮弹铁球。气缸装置5b内含扁平锥形挡板5f，扁平锥形挡板5f是为了提高管内密封性，并通过参数设定依次释放炮弹铁球。电脑控制系统11可设定：微波电源1a功率、点火模块4气动球阀装置6及气缸装置5b参数，从而实现自动化。

本实施例具体实施时，空气压缩机5a产生高压气体，由流量计来控制流量并输入至高压空气入口装置5c；通过波导管9输出的微波电离空气并经过点火产生高温的等离子体火炬10。为了提高射击管的密封性，并通过参数设定依次释放炮弹铁球5e，气缸装置5b内设计有扁平锥形挡板5f，通过扁平锥形挡板5f的定时开关将炮弹铁球5e依次释放，扁平锥形挡板5f关闭时可确保射击管内密封。为了依次将炮弹铁球5e击出，射击系统设计有气动球阀装置6，气动阀门定位器6b接收来自电脑控制系统11给出的控制信号，并向气动执行器6a输送空气信号来控制球阀6c开关，球阀6c打开时瞬间释放高温等离子体火炬10产生的强大压力射击管内炮弹铁球5e，之后球阀6c关闭。为了保证磁控管1b正常工作，通过水冷模块2保持微波在中高功率的情况下，反射波所产生的高温不损坏磁控管1b。

一种微波空气等离子体炮弹射击装置的操作方法，包括以下步骤：

步骤1：开启空气压缩机，通过流量计将空气流量控制在25L/min，保持空气压缩机进气稳定，并通过电脑控制系统设定气缸装置中挡板开关的时间参数。

步骤2：开启冷却水装置确保冷却水持续供应且稳定。

步骤3：开启气动球阀装置，通过电脑控制系统设定球阀打开时的控制信号大小。

步骤4：电脑控制系统设定点火装置的时间参数。

步骤5：开启微波电源并通过电脑控制系统设定微波功率参数与时间参数。

步骤6：实验就绪放置炮弹铁球于入口。

本实施例是不同于电磁炮的一种微波空气等离子体炮弹射击装置，设置合理，结构简单，采用了微波空气等离子体火炬(能够迅速达到约1800℃高温)产生的强大推力来射击炮弹铁球，如采用更高功率的微波，且加大相关零组件的尺寸来产生更强推动力，此强大的推力可运用工业及军事等。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种微波空气等离子体炮弹射击装置，其特征是，包括电脑控制系统、火炬发生系统和射击系统，火炬发生系统与射击系统连接，电脑控制系统通过设定参数控制火炬发生系统和射击系统；火炬发生系统包括：微波发生装置、水冷模块、三销钉调配器、波导管、高压空气入口装置、点火模块和短路活塞；射击系统包括：钢球炮弹定位装置、气动球阀装置和外壳；

微波发生装置包含：相互连接的微波电源和磁控管；水冷模块包含：冷却水、四路分水器、环形器/水负载和磁控管冷却装置，冷却水通过四路分水器分别连接磁控管冷却装置和环形器/水负载；波导管包括第一、第二矩形波导管，以及位于第一、第二矩形波导管之间并分别与之连接的压缩形波导管；三销钉调配器设置于第一矩形波导管上，短路活塞设置于第二矩形波导管内；波导管的一端与磁控管的输出端口固定，另一端与短路活塞固定连接；压缩形波导管上有一直径为27mm-30mm的通孔，通孔一端依次设置高压空气入口装置和点火模块，另一端通过外壳连接至射击系统。

2.如权利要求1所述的微波空气等离子体炮弹射击装置，其特征是，点火模块包括交流高压电源和打火针，交流高压电源电击穿空气在打火针尖端产生小火焰，从而激发微波等离子体火炬。

3.如权利要求1所述的微波空气等离子体炮弹射击装置，其特征是，钢球炮弹定位装置包括空气压缩机、气缸装置、炮弹铁球和挡板；空气压缩机分别与气缸装置和高压空气入口装置连接；挡板设置于气缸装置内；气动球阀装置包含：气动执行器、气动阀门定位器和球阀，气动阀门定位器分别连接电脑控制系统和气动执行器，气动执行器连接球阀；外壳内设有射击管，炮弹铁球置于射击管入口，位于挡板之上。

4.如权利要求3所述的微波空气等离子体炮弹射击装置，其特征是，挡板为扁平锥形挡板。

5.如权利要求1-4任意一项所述的微波空气等离子体炮弹射击装置的操作方法，其特征是，包括以下步骤：

S1.开启空气压缩机，通过流量计将空气流量控制在25L/min，保持空气压缩机进气，并通过电脑控制系统设定气缸装置中挡板开关的时间参数；

S2.开启冷却水装置确保冷却水持续供应；

S3.开启气动球阀装置，通过电脑控制系统设定球阀打开时的控制信号；

S4.通过电脑控制系统设定点火装置的时间参数；

S5.开启微波电源并通过电脑控制系统设定微波功率参数与时间参数；

S6.完成S1-S5步骤后，放置炮弹铁球于射击管入口。

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