CN112945025A - 一种多用途涡环发射装置及发射方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于驱散武器领域，具体涉及一种多用途涡环发射装置及发射方法。包括：击发机构：用于形成压缩气体；第一喷管：设置在击发机构后侧，用于将压缩气体形成涡环；添加剂加入机构：用于从喷管侧壁面注入添加剂，形成具有添加剂的涡环。本发明借助击发机构形成的压缩气体，经喷管喷出后形成具有一定冲击威力的涡环；同时，还可在涡环形成过程中，将具有非致命的催泪瓦斯(或染色剂)注入到涡环内，从而实现对远距离目标物实行驱散、制服或标记的目的，以充分保障了警员的安全。

Description

一种多用途涡环发射装置及发射方法
技术领域
本发明属于驱散武器领域，具体涉及一种多用途涡环发射装置及发射方法。
背景技术
目前，在警用武器大家族中，防暴喷射器以其驱散效果好、使用范围广、能快速制服犯罪嫌疑人的独特优点而受到各国警方青睐，成为警察防暴的重要武器装备。
防暴喷射器主要通过喷射刺激性的粉末和液体来达到制服和驱散目标的目的。按其结构及使用特性，可分为手持式喷射自卫器、背负式喷射驱散器及车载式防暴水炮等几种类型。
对于背负式喷射驱散器，是利用高压气体将刺激剂快速大面积布撒在目标区域，雾状刺激剂能在较长时间内悬浮在接近地面的空气中，随风流动，有效驱散闹事人群，具有高效、机动、灵活、作用范围大等优点。装备技术参数为：质量10kg，喷射距离可达30m以上，喷射时间20～30s，可覆盖面积达2000m2。然而，在应对大规模群体性目标时，它们的缺点也是比较明显的，如操作复杂、性能单一、受环境因素影响大、催泪剂散布范围过大(污染大)、药剂量喷射使用过快、储放药剂量少、喷射时间短等缺点，必须借助大批的警力和装备来控制群体暴动。
对于车载式防暴水炮属大型驱散武器，它与背负式防暴驱散器的工作原理基本相同，以高压压缩空气作为动力源，在极短时间内由超快开启的排气阀喷出，推动储水筒中的水或水与刺激剂混合物并将其以极高的速度发射出去，空气与液体分子摩擦碰撞产生雾化的液体颗粒，它们具有很大的动能，对群体目标产生冲击力，以达到驱散目标的目的。因车载式防暴水炮的快速、机动、灵活性高，使用距离大，震慑力强，持续时间长，体积庞大，特别适合应对大规模骚乱场面，被发达国家的警方普遍装备。目前，车载式水炮的功能也在不断扩展，如有的车载式水炮不仅具有高压水枪驱散能力，还能以脉冲、点射、连续发射的方式喷射刺激剂和人体染色剂，还有的装备有录像监控系统和用以自卫的近距离催泪剂喷射枪。装备技术参数：如法国希得斯公司(SIDES)最近推出了21世纪VMO型车载式防暴水炮，该车采用梅塞得斯-奔驰ACTROS 1823型4×2驱动，全质量19吨，水炮的射程可达55m，水平旋转360°，每分钟流量为75ol。同样，其存在体积庞大、负重大、能耗高、价格昂贵等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多用途涡环发射装置及发射方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种多用途涡环发射装置，包括：
击发机构：用于形成压缩气体；
第一喷管：设置在击发机构后侧，用于将压缩气体形成涡环；
添加剂加入机构：用于从喷管侧面注入添加剂，形成具有添加剂的涡环。
进一步的，所述第一喷管的进出口直径比的(D1/D2)最大值应为使进口压缩气体在出口时达到声速状态，击发机构单发压缩气体的最大容积为πD2 3。
进一步的，所述添加剂加入机构添加的添加剂为催泪剂，警用染色剂或食用染色剂；所述击发机构为机械式气缸压缩机构、气动式压缩气瓶机构或燃气燃烧机构。
进一步的，所述机械式气缸压缩机构包括电源，电机，弹簧，活塞和气缸；
利用电机驱动弹簧压缩而推动活塞在气缸内进行往复运动；通过活塞的冲程L、气缸的半径D1、速度以及往复频率来控制喷管出口形成涡环的能量、动量、环量、传输速度以及发射频率；
弹簧压缩带动活塞沿气缸向远离第一喷管运动过程中，将添加剂吸进气缸内，而弹簧恢复而推动活塞向第一喷管方向运动过程中，在活塞前方形成作为动力源的压缩气体。
进一步的，所述气动式压缩气瓶机构包括压缩气瓶和第二喷管；
压缩气瓶通过第一时序控制器和第二软管与第二喷管连接。
进一步的，所述燃气燃烧机构包括燃烧室，第二时序控制器，燃气瓶和电火花；
燃气瓶通过第二时序控制器与燃烧室连接，燃烧室内设有电火花，且电火花与第二时序控制器连接。
进一步的，所述添加剂加入机构包括药剂瓶，控制阀和第一软管；所述第一喷管的侧壁上设有多圈喷孔，药剂瓶通过控制阀和第一软管与多个喷孔连接，用于添加添加剂；喷孔的直径为5-20mm，单圈分布4-18孔。
一种采用上述的装置发射涡环的方法，包括如下步骤：
步骤(1)：动力源参数设置：根据目标群的规模与距离断定涡环的运动距离、冲击威力与发射频次，确定击发机构所需形成第二喷管出口压缩气体的压力、速度、流量与击发频率；
步骤(2)；药剂注入：添加剂从第一喷管侧壁面喷孔注入并与压缩气体进行混合，最终在第一喷管外形成一个含有添加剂的涡环；
步骤(3)：药剂量控制：采用控制阀调节每次添加剂的注入时间和注入量，避免药剂的过度使用。
进一步的，步骤(2)中形成的涡环直径为0.05m-2.5m、运动距离为1m-120m、发射频率每分钟可达1-30发、连续发射时间可持续1小时以上、重量可低至1kg，尺寸规模可适用于单兵和团体作战模式。
一种上述的装置的用途，用于人群驱散。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)在应对群体暴动时，本发明利用具有强冲击威力的涡环对远距离群体和遮挡物进行驱散；同时，还可在涡环形成过程中，将含一定量的催泪瓦斯(或染色剂)注入涡环内，使催泪瓦斯(或染色剂)随涡环被快速带到指定作用目标处，即可对目标实行远距离制服或标记；另外，因催泪剂随着涡环进行远距离的运动，直到涡环遇到障碍物或完全失稳为止，因此在增大催泪剂的作用范围的同时还有效控制了催泪剂散布范围。
(2)本发明是基于涡环的发射装置，其具有结构简单轻便、功能多样、作用距离远、节能、低成本等优点。
(3)本发明能够通过调整击发机构的种类，以及每一种击发机构的参数，实现对不同规模和距离目标群体的制服或标记。
附图说明
图1是本发明中含催泪瓦斯(或染色剂)的涡环结构示意图。
图2是采用机械式气缸压缩装置的涡环发射装置。
图3是采用气动式压缩气瓶的涡环发射装置。
图4是采用燃气燃烧装置的涡环发射装置。
附图标记说明：
1-电源，2-电机，4-弹簧，5-活塞，6-气缸，7-第一喷管，8-控制阀，9-药剂瓶，10-第一软管，11-第二喷管，12-第一时序控制器，13-压缩气瓶，14-燃烧室，15-第二软管，16-第二时序控制器，17-燃气瓶，18-电火花，19-喷孔，I-机械式气缸压缩机构，II-气动式压缩气瓶机构，III-燃气燃烧机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
涡环是自然界普遍存在的一种流体现象，是指流体沿某一个方向环绕曲线轴的区域。涡环同样以高压气体作为动力源，通过高压气体的突然释放而形成。在高压气体释放瞬间，强压缩气体将压力能转化为气体的动能，涡环还具有强而非致命的冲击威力，能够对一定距离范围内的目标物产生强冲击效果。另外，现有研究还表明，当涡环的角向转动速度越快，意味着涡环变得愈加稳定，同时涡环内部气流的旋转也极大的增强了涡环的运动持久性，如同旋转的轮胎减少了汽车与地面之间的摩擦力一般，涡环的涡流也减少了其核心区域与周遭环境内静止流体之间的摩擦，使得涡环能够在不减损质量和动能的情况下保持原有的形状，从而促使它继续进行较长距离的运动。因此，相对于流体射流，涡环能够相对较好的维持原状并进行更远距离的运动。基于此，在应对群体暴动时，可利用具有强冲击威力的涡环对远距离群体和遮挡物进行驱散；同时，还可在涡环形成过程中，将含一定量的催泪瓦斯(或染色剂)注入涡环内，使催泪瓦斯(或染色剂)随涡环被快速带到指定作用目标处，即可对目标实行远距离制服或标记。另外，因催泪剂随着涡环进行远距离的运动，直到涡环遇到障碍物或完全失稳为止，因此在增大催泪剂的作用范围的同时还有效控制了催泪剂散布范围。由此，基于涡环的发射装置，其具有结构简单轻便、功能多样、作用距离远、节能、低成本等优点。压缩气体从喷管喷出后，气体因速度剪切而在喷管口卷起形成涡环。涡环的能量、动量、环量和传输速度跟喷管出口直径D、喷速Up、密度ρp以及喷射气体的体积(V)密切相关。Gharib提出随着活塞冲程的增加，涡环的涡量不会一直增加，当涡环的冲程(L/D：涡环形成时间)达到一个特定值(约等于4)后，涡环的环量将不在增加，即发生夹止(pinch-off)效应，多余的环量将形成涡环的尾迹。基于此，本发明的涡环形成时间最大应控制在最佳形成时间Tp(Tp＝πρpD3/Up)内。
如图1-4所示，一种警用多用途涡环发射装置，利用第一喷管7、击发机构、药剂瓶9、第一软管10以及控制阀8来对远距离目标群进行非致命震慑、驱散、制服或标记的目的，包括以下步骤：a、动力源参数设置：根据目标群的规模与距离断定涡环的运动距离、冲击威力与发射频次，确定击发机构形式；b、药剂注入：在第一喷管7侧壁面设置有多圈喷孔19，喷孔19通过第一软管10和控制阀8跟药剂瓶9相连，因此药剂可从侧壁面喷孔19注入并与压缩气体进行快速混合，最终在第一喷管7外形成一个含有催泪剂(或染色剂)的大涡环；c、药剂量控制：采用所述控制阀8调节每次催泪瓦斯(或染色剂)的注入时间和注入量，避免药剂的过度使用；d、性能指标：涡环直径为0.05m-2.5m、运动距离为1m-120m、发射频率每分钟可达1-30发、连续发射时间可持续1小时以上、重量可低至1kg，尺寸规模可适用于单兵和团体作战模式；所述步骤b中，所述小孔直径为5mm-20mm，单圈分布4-18孔。
利用所述击发机构形成具有一定压力、密度、速度和流量的压缩气体，其中单发压缩气体的最大容积为πD2 3，而所述第一喷管7进出口直径比(D1/D2)的最大值应为使进口压缩气体在出口时达到声速状态。
所述击发机构的气源形成装置包括机械式气缸压缩装置、气动式压缩气瓶和燃气燃烧装置。
如图2所示，所述机械式气缸压缩装置包括有电源1、电机2、弹簧4、活塞5与气缸6，利用电机2驱动弹簧4压缩而推动活塞5在气缸6内进行往复运动；通过活塞的冲程L、半径D1、速度以及往复频率来控制第一喷管7出口形成所涡环的能量、动量、环量、传输速度以及发射频率；弹簧4因压缩所带动活塞5沿气缸6向左运动过程中，将催泪剂(染色剂)吸进气缸内，而弹簧4恢复而推动活塞5向右运动过程中，在活塞6前方形成作为动力源的压缩气体；此击发机构可满足对小规模近距离目标群体的制服或标记。
如图3所示，所述气动式压缩气瓶是利用压缩气瓶13内的压缩气体作为动力源；利用第二喷管11对第一时序控制器12出口的高压气流进行降压增容；采用时序设定的第一时序控制器12对压缩气体的喷压、喷速、流量以及喷射频率来控制所述第一喷管7出口所形成涡环的能量、动量、环量、传输速度以及发射频率；此击发机构可满足对大规模远距离目标群体的震慑、驱散、制服或标记。
如图4所示，所述燃气燃烧装置是将燃气瓶17内的可燃混合气体喷射进入燃烧室14内，利用电火花18进行点火燃烧，形成高温高压的燃烧反应物作为动力气源；利用第二喷管11对燃烧反应物进行降压增容；采用第二时序控制器16通过控制每发所用的燃气量与喷射频率来控制所述第一喷管7出口所形成涡环的能量、动量、环量、传输速度以及发射频率；此击发机构可满足对大规模远距离目标群体的震慑、驱散、制服或标记。
所述击发机构的气源形成装置与尺寸规模(D1)要根据应用目标群的规模和距离来确定。
根据击发机构的气源形成装置及实际应用条件，可调整所述喷管的进出口直径比(D1/D2)以及侧壁面喷孔19排布形式，以获得具有最大的传递速度、动量、能量、以及均匀分布添加剂的涡环。
所述用途为警用，而药剂包括有催泪瓦斯、警用染色剂和食用染色剂。
实施例1
动力源参数设置：根据目标群的规模与距离断定涡环的运动距离、冲击威力与发射频次。在应对小规模近距离目标群体的制服或标记时，采用机械式气缸压缩装置对气缸内空气进行压缩，喷管(7)出口压缩气体的压力、速度、流量和频率由电机(2)所驱动的弹簧(4)压缩参数、驱动频率以及气缸(6)直径来控制；b、药剂注入：在所述喷管(7)侧壁面设置有多圈小孔(19)，小孔(19)通过软管(10)与控制阀(8)跟药剂(催泪瓦斯或染色剂)瓶(9)相连，因此催泪瓦斯(或染色剂)可从侧壁面喷孔(19)注入，并快速与压缩气体进行混合，最终在喷管(7)外形成一个含有催泪剂(或染色剂)的大涡环；c、药剂量控制：采用控制阀(8)调节每次催泪瓦斯(或染色剂)的注入时间和注入量，避免药剂的过度使用；d、性能指标：涡环直径为0.05m-2m、运动距离为1m-40m、发射频率每分钟可达1-30发、连续发射时间可持续1小时以上、重量可低至1kg，尺寸规模可适用于单兵作战模式。
实施例2
动力源参数设置：根据目标群的规模与距离断定涡环的运动距离、冲击威力与发射频次。在应对大规模远距离目标群体的震慑、驱散、制服或标记时，采用气动式压缩气瓶内的压缩气体作为动力源，喷管(7)出口压缩气体的压力、速度、流量与发射频率可通过时序设定的微控制器(12)的喷压、流量和开启频率来控制；b、药剂注入：在所述喷管(7)侧壁面设置有多圈小孔(19)，小孔(19)通过软管(10)与控制阀(8)跟药剂(催泪瓦斯或染色剂)瓶(9)相连，因此催泪瓦斯(或染色剂)可从侧壁面喷孔(19)注入，并快速与压缩气体进行混合，最终在喷管(7)外形成一个含有催泪剂(或染色剂)的大涡环；c、药剂量控制：采用控制阀(8)调节每次催泪瓦斯(或染色剂)的注入时间和注入量，避免药剂的过度使用；d、性能指标：旋涡直径为0.05m-2.0m、运动距离为3m-100m、发射频率每分钟可达1-30发、连续发射时间可持续1小时以上、重量可低至5kg，尺寸规模可适用于单兵和团体作战模式。
实施例3
动力源参数设置：根据目标群的规模与距离断定涡环的运动距离、冲击威力与发射频次。在应对大规模远距离目标群体的震慑、驱散、制服或标记时，采用燃气燃烧装置的高温高压燃气作为动力源，喷管(7)出口气体的压力、速度、流量与发射频率由时序设定的微控制器(16)的流量和开启频率来控制；b、药剂注入：在所述喷管(7)侧壁面设置有多圈小孔(19)，小孔(19)通过软管(10)与控制阀(8)跟药剂(催泪瓦斯或染色剂)瓶(9)相连，因此催泪瓦斯(或染色剂)可从侧壁面喷孔(19)注入，并快速与压缩气体进行混合，最终在喷管(7)外形成一个含有催泪剂(或染色剂)的大涡环；c、药剂量控制：采用控制阀(8)调节每次催泪瓦斯(或染色剂)的注入时间和注入量，避免药剂的过度使用；d、性能指标：旋涡直径为0.3m-2.0m、运动距离为5m-120m、发射频率每分钟可达1-30发、连续发射时间可持续1小时以上、重量可低至10kg，尺寸规模可适用于单兵和团体作战模式。

Claims (10)

1.一种多用途涡环发射装置，其特征在于，包括：
击发机构：用于形成压缩气体；
第一喷管：设置在击发机构后侧，用于将压缩气体形成涡环；
添加剂加入机构：用于从喷管侧壁面注入添加剂，形成具有添加剂的涡环。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一喷管的进出口直径比的(D1/D2)最大值应为使进口压缩气体在出口达到声速状态，击发机构单发压缩气体的最大容积为πD2 3。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述添加剂加入机构添加的添加剂为催泪剂，警用染色剂或食用染色剂；所述击发机构为机械式气缸压缩机构、气动式压缩气瓶机构或燃气燃烧机构。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述机械式气缸压缩机构包括电源(1)，电机(2)，弹簧(4)，活塞(5)和气缸(6)；
利用电机(2)驱动弹簧(4)压缩而推动活塞(5)在气缸(6)内进行往复运动；通过活塞的冲程L、气缸的半径D1、速度以及往复频率来控制喷管出口形成涡环的能量、动量、环量、传输速度以及发射频率；
弹簧(4)压缩带动活塞(5)沿气缸(6)向远离喷管运动过程中，将添加剂吸进气缸内，而弹簧(4)恢复而推动活塞(5)向喷管方向运动过程中，在活塞(5)前方形成作为动力源的压缩气体。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述气动式压缩气瓶机构包括压缩气瓶(13)和第二喷管(11)；
压缩气瓶(13)通过第一时序控制器(12)和第二软管(15)与第二喷管(11)连接。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述燃气燃烧机构包括燃烧室(14)，第二时序控制器(16)，燃气瓶(17)和电火花(18)；
燃气瓶(17)通过第二时序控制器(16)与燃烧室(14)连接，燃烧室内设有电火花(18)，且电火花(18)与第二时序控制器(16)连接。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述添加剂加入机构包括药剂瓶(9)、控制阀(8)和第一软管(10)；所述第一喷管(7)的侧壁上设有多圈喷孔(19)，药剂瓶(9)通过控制阀(8)和第一软管(10)与多个喷孔(19)连接，用于注入添加剂；喷孔(19)直径为5-20mm，单圈分布4-18孔。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述的装置发射涡环的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：动力源参数设置：根据目标群的规模与距离断定涡环的运动距离、冲击威力与发射频次，确定击发机构所需形成第二喷管(11)出口压缩气体的压力、速度、流量与击发频率；
步骤(2)；药剂注入：添加剂从第一喷管(7)侧壁面喷孔(19)注入并与压缩气体进行混合，最终在第一喷管(7)外形成一个含有添加剂的涡环；
步骤(3)：药剂量控制：采用控制阀(8)调节每次添加剂的注入时间和注入量，避免药剂的过度使用。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中形成的涡环直径为0.05m-2.5m、运动距离为1m-120m、发射频率每分钟可达1-30发、连续发射时间可持续1小时以上、重量可低至1kg，尺寸规模可适用于单兵和团体作战模式。
10.一种权利要求1-7任一项所述的装置的用途，其特征在于，用于人群驱散。
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CN115212500A (zh) * 2022-06-16 2022-10-21 香港理工大学深圳研究院 一种产生连续涡环的灭火方法与系统
CN115212500B (zh) * 2022-06-16 2024-04-30 香港理工大学深圳研究院 一种产生连续涡环的灭火方法与系统

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