CN112129166A

CN112129166A - 一种用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托

Info

Publication number: CN112129166A
Application number: CN202010996937.4A
Authority: CN
Inventors: 张庆明; 刘文近; 薛一江; 陆阳予; 龙仁荣; 马晓荷
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2040-09-21
Also published as: CN112129166B

Abstract

本发明提供一种用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，能够将大长径比弹体加载到10马赫以上，满足轻气炮发射大长径比弹体的使用要求。该环形弹托包括：聚合物弹托和金属弹托；其中聚合物弹托和金属弹托均为沿其自身轴线开设有中心通孔的中空环形结构；聚合物弹托和金属弹托通过锥形面同轴对接后形成的环形整体的内腔为弹体容置腔；金属弹托中心通孔的内圆周面上设置有陶瓷镀层，通过陶瓷镀层与位于弹体容置腔内的弹体之间摩擦力的反作用力提供发射过程中驱动弹体的作用力。环型弹托受力面在金属材质弹托内表面与弹体的接触面上，与杯型弹托相比，受力面积更大，承载力更高。

Description

一种用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托

技术领域

本发明涉及一种弹托，具体涉及一种用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，属于高超声速至超高速发射技术领域。

背景技术

近年来，世界大国在高超声速技术领域竞争进一步加剧，俄罗斯高超声速武器已率先进入部署阶段。对此，美国一方面加快进攻性高超声速武器的实战化步伐，另一方面着手推进高超声速武器防御体系的论证和建设。

高超声速巡航导弹的巡航速度通常可达马赫数5～8，助推滑翔导弹在滑翔段的速度可达马赫数10～15，因此普通火炮和一级轻气炮已经无法在实验室条件下模拟高超速武器战斗部的杀伤和破坏效应。使用多级轻气炮加速弹丸来模拟高超速武器战斗部是一种解决方案，但是目前轻气炮使用的杯型弹托7，如图1所示，多应用于球形和柱状弹体1(即弹丸)。在轻气炮超高速发射过程中，弹托加速和保护弹体，一方面避免弹体划伤炮管，同时弹托需要承载发射过程的高温、高压和高应力等的作用。如果弹托发生破碎，不但弹体无法加速，而且还可能损伤炮管，造成巨大损失。

10倍长径比以上长杆弹体也可以称之为大长径比弹体，大长径比弹体意味着大发射质量，是同直径球形铝弹丸50倍以上，高超音速发射意味着GPa量级，甚至更高的弹底压力，目前即使是特种塑料，其屈服强度也很难突破200MPa。杯型弹托7使用弹托底部受力，驱动弹丸运动。虽然弹丸和杯型弹托7之间可以通过增加金属底板进一步提高承载力，但是对于大长径比弹体，其承载力依然难以满足要求。这是轻气炮发射大长径比弹体面临的主要困难。

此外，杯型弹托虽然结构简单，但是发射长杆弹时不能很好地保持弹体姿态，出炮口后往往出现明显的攻角。因此，为了研究高超声速战斗部的毁伤效应以及防护问题，急需解决其实验室条件下的模拟发射难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，能够将大长径比弹体加载到10马赫以上，满足轻气炮发射大长径比弹体的使用要求。

所述的用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托包括：聚合物弹托和金属弹托；所述聚合物弹托和所述金属弹托均为沿其自身轴线开设有中心通孔的中空环形结构；所述聚合物弹托和所述金属弹托通过锥形面同轴对接后形成的环形整体的内腔为弹体容置腔；

所述金属弹托中心通孔的内圆周面上设置有陶瓷镀层，通过所述陶瓷镀层与位于所述弹体容置腔内的弹体之间摩擦力的反作用力提供发射过程中驱动弹体的作用力。

作为本发明的一种优选方式，当发射速度不高于5马赫时，在所述金属弹托的内圆周面上设置齿状槽代替所述陶瓷镀层，在所述弹体表面设置与所述金属弹托内圆周面上齿状槽吻合的齿状槽，通过所述弹体和所述金属弹托接触面的摩擦力的反作用力提供发射过程中驱动弹体的作用力。

作为本发明的一种优选方式，所述金属弹托的形心与所述弹体的质心重合。

作为本发明的一种优选方式，所述聚合物弹托和所述金属弹托对接端的锥形面的锥角的角度范围为[60°～120°]。

作为本发明的一种优选方式，在所述金属弹托的内圆周面上以及所述弹体与所述金属弹托的接触面上设置有刻痕深度小于弹体直径5％的微刻痕。

作为本发明的一种优选方式，所述金属弹托的长度为弹体总长度的20％～70％；所述聚合物弹托的长度为金属弹托长度的一半。

作为本发明的一种优选方式，所述聚合物弹托和所述金属弹托为整体环形结构或为由两个以上分瓣拼接而成的环形结构。

作为本发明的一种优选方式，所述金属弹托采用高强镁铝合金制成。

作为本发明的一种优选方式，当

时，使用所述环型弹托，其中：

为弹径比，即弹体直径/弹托外径；

为质量比，即弹托质量/弹体质量。

作为本发明的一种优选方式，所述陶瓷镀层的厚度为弹体直径的5％～20％。

有益效果：

(1)本发明的环型组合弹托解决了大长径比弹体高超声速发射难题，长径比弹体高超声速发射意味着GPa量级的弹底压力，本发明采用聚合物弹托和金属弹托的组合设计可以衰减弹底冲击波的作用，与现有单一材质弹托相比，提高弹底冲击波承载力50％以上，能够实现大质量模型10马赫以上的发射速度。

(2)环型弹托受力面在金属材质弹托内表面与弹体的接触面上，与杯型弹托相比，受力面积更大，承载力更高。

(3)将金属材质弹托的形心与弹体的质心重合，可以保证弹体姿态，避免出炮口后出现明显的攻角。

附图说明

图1为现有技术中杯型弹托的结构示意图；

图2为本发明的环形弹托的结构示意图；

图3为本发明所述环型弹托结构剖面示意图；

图4为杯型弹托和环型弹托的适用条件对比图。

其中：1-弹体，2-聚合物弹托，3-金属弹托，4-陶瓷镀层，5-接触面，6-锥角，7-杯型弹托，8-环形弹托

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：

本实施例提供一种用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，能够有效解决大长径比(长径比大于10)弹体高超声速发射难题。

图3所示，该环形弹托包括：聚合物弹托2和金属弹托3两部分；聚合物弹托2和金属弹托3均为沿其自身轴线开设有中心通孔的中空环形结构；聚合物弹托2和金属弹托3以设定锥角同轴对接形成一个环形整体；聚合物弹托2和金属弹托3以设定锥角相连，能够降低弹底冲击波对金属弹托3承载材料的作用，可以提高50％以上弹底冲击波承载力。该环形整体的内腔即为弹体容置腔(如图2所示，弹体1同轴套装在环形弹托8的弹体容置腔内)，弹体1与弹体容置腔之间为过盈配合。

具体的：如图3所示，聚合物弹托2的对接端为内凹的锥形面，金属弹托3的对接端为与之配合的外凸的锥形面，聚合物弹托2和金属弹托3通过各自对接端的锥形面配合，实现两者的对接，聚合物弹托2和金属弹托3对接端的锥形面的锥角6的角度范围为[60°～120°]。

设计时，将金属弹托3的形心与弹体1的质心重合，可以保证弹体1姿态，避免出炮口后出现明显的攻角。

在金属弹托3中心通孔的内圆周面上设置有陶瓷镀层4；陶瓷镀层4的厚度为弹体1直径的5％～20％；弹体1和金属弹托3两者的接触面5(即弹体的表面和金属弹托3的内圆周面)上均具有微刻痕，刻痕深度小于弹体1直径的5％，通过二者的摩擦力的反作用力提供发射过程中驱动弹体1的作用力。

上述方案中，聚合物弹托2和金属弹托3可以是整体环形结构也可以是两个以上分瓣拼接而成的环形结构。

本例中金属弹托3采用高强镁铝合金制成，高强镁铝合金强度高且对炮管的损失可以忽略。

根据发射速度要求，金属弹托3的长度为弹体1总长度的20％～70％，聚合物弹托2的长度为金属弹托3长度的一半，为弹体1总长度的10％～35％；且两种对接端的粘结强度应不低于聚合物弹托2本体的强度。

该环型弹托结构与现有单一材质弹托相比，提高弹底冲击波承载力50％以上，如表1所示。

表1弹托的弹底冲击波压力承载极限

材料名称	弹底压力(GPa)	材料失效
			聚碳酸酯	5	否
聚碳酸酯	6	是
			6061铝	6	否
6061铝	7	是
			环型组合弹托	10	否
环型组合弹托	11	否

对于次口径发射(有弹托的情况)，弹径比(

弹体直径/弹托外径)和质量比(

弹托质量/弹体质量)存在以下关系：

其中，V₁表示弹托质量为零时的发射速度，如图4中曲线所示，曲线的右侧代表没有弹托的情况，而曲线的左侧代表有弹托的情况，即次口径发射。V₂表示弹托质量不为零时的发射速度，由于弹托的密度往往低于弹体的密度，因为在使用次口径发射技术时，往往V₂＞V₁。

将

(通过实验确定)代入上述公式(1)，当V₂＝时，

此时，可以将图4曲线左侧划分为三个区域。当

时，推荐使用杯型弹托；当

时，推荐使用环型弹托，长杆弹的质心应与弹托的形心重合；当

时，推荐使用加金属底座的杯型弹托。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，当发射速度不高于5马赫(即小于等于5马赫)时，可以在金属弹托3的内圆周面上设置齿状槽代替陶瓷镀层4，在弹体1表面设置同样的齿状槽与金属弹托3内表面的齿状槽吻合；根据发射速度，齿宽为弹体1直径的5％～10％，齿高为弹体1直径的5％～10％，通过弹体1和金属弹托3的接触面的摩擦力的反作用力提供发射过程中驱动弹体1的作用力。

综上，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

1.一种用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，其特征在于，包括：聚合物弹托(2)和金属弹托(3)；所述聚合物弹托(2)和所述金属弹托(3)均为沿其自身轴线开设有中心通孔的中空环形结构；所述聚合物弹托(2)和所述金属弹托(3)通过锥形面同轴对接后形成的环形整体的内腔为弹体容置腔；

所述金属弹托(3)中心通孔的内圆周面上设置有陶瓷镀层(4)，通过所述陶瓷镀层(4)与位于所述弹体容置腔内的弹体(1)之间摩擦力的反作用力提供发射过程中驱动弹体(1)的作用力。

2.如权利要求1所述的用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，其特征在于，当发射速度不高于5马赫时，在所述金属弹托(3)的内圆周面上设置齿状槽代替所述陶瓷镀层(4)，在所述弹体(1)表面设置与所述金属弹托(3)内圆周面上齿状槽吻合的齿状槽，通过所述弹体(1)和所述金属弹托(3)接触面的摩擦力的反作用力提供发射过程中驱动弹体(1)的作用力。

3.如权利要求1或2所述的用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，其特征在于，所述金属弹托(3)的形心与所述弹体(1)的质心重合。

4.如权利要求1或2所述的用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，其特征在于，所述聚合物弹托(2)和所述金属弹托(3)对接端的锥形面的锥角(6)的角度范围为[60°～120°]。

5.如权利要求1所述的用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，其特征在于，在所述金属弹托(3)的内圆周面上以及所述弹体(1)与所述金属弹托(3)的接触面上设置有刻痕深度小于弹体直径5％的微刻痕。

6.如权利要求1或2所述的用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，其特征在于，所述金属弹托(3)的长度为弹体(1)总长度的20％～70％；所述聚合物弹托(2)的长度为金属弹托(3)长度的一半。

7.如权利要求1或2所述的用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，其特征在于，所述聚合物弹托(2)和所述金属弹托(3)为整体环形结构或为由两个以上分瓣拼接而成的环形结构。

8.如权利要求1或2所述的用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，其特征在于，所述金属弹托(3)采用高强镁铝合金制成。

9.如权利要求1或2所述的用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，其特征在于，当

时，使用所述环型弹托，其中：

为弹径比，即弹体直径/弹托外径；

为质量比，即弹托质量/弹体质量。

10.如权利要求1所述的用于轻气炮发射长杆弹体的环型弹托，其特征在于，所述陶瓷镀层(4)的厚度为弹体直径的5％～20％。