CN113091532B - 一种复合驱动的二级弹体加速装置及实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合驱动的二级弹体加速装置及实验平台，加速装置包括一级加速器和二级加速器，一级加速器包括连接高压气源的电磁阀，电磁阀与壳体的首端连接，在壳体内置活塞，壳体上连接手动阀门，通过打开下手动阀门和上手动阀门将活塞复位；二级加速器包括二级加速器框架、加速管道、固定在二级加速器框架上的至少一个滑轨和至少一组电动机组，电磁阀控制高压气的释放，推动活塞加速，活塞推动弹型物作一级加速进入二级加速器的加速管道，电动机带动飞轮旋转通过摩擦为弹型物二级加速。本发明利用高压气体及电动机为源动力，通过两级加速机构为弹型体加速，从加速管道高速射入水箱，在水箱外部设置高速摄像机记录试验过程。

Description

一种复合驱动的二级弹体加速装置及实验平台

技术领域

本发明属于弹型物加速、爆炸破片加速试验领域，尤其是涉及一种复合驱动的二级弹体加速装置及实验平台。

背景技术

随着水下作战武器的不断发展，水下弹体航行、射弹入水及水下爆炸产生的高速破片相关的研究更是在各国相关领域得到了非常大的关注并且已经取得了相当丰富的研究成果。弹体入水、爆炸破片相关实验中，通常使用轻气炮为弹体、破片提供初始动能，其工作原理为利用非反应轻质气体(如被压缩的氢气或氦气)作为工作气体，弹体被限制运动，将高压储气室气压打到预定气压时，通过发射装置控制高压气体瞬间释放，储气室气体向炮管膨胀，气体压力直接作用到弹体底部，弹体被加速，直到飞出炮口射入水面。但弹体、破片飞出炮口时，高压气体会伴随喷射，影响弹体高速入水所产生的空泡。且轻气炮炮管较长，体积较大，一旦安装完成难以挪动。若实验中要求的改变弹体、破片入水角度及改变弹体直径更是难以实现。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种复合驱动的二级弹体加速装置及实验平台，加速装置体积小，弹体、破片速度精确可控，弹体入水角度可控，且加速管道末端无高压、高速气体爆喷；通过在中空的弹体内部安放传感器采集相关数据，或在弹桶内部固定破片，通过水箱观察窗由高速摄像机记录弹型物入水实验过程。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种复合驱动的二级弹体加速装置，包括一级加速器和二级加速器，所述的一级加速器包括连接高压气源的电磁阀，电磁阀与壳体的首端连接，在壳体内置活塞，壳体下部连接下手动阀门，上部连接上手动阀门，通过打开下手动阀门和上手动阀门将活塞复位；

所述的二级加速器包括二级加速器框架、加速管道、固定在二级加速器框架上的至少一个滑轨和至少一组电动机组，每组电动机组包括两个电动机，所述的加速管道固定在二级加速器框架的中部，且加速管道的一端与一级加速器的壳体的末端连接，活塞的末端伸入加速管道内，所述滑轨与加速管道空间垂直布置，电动机通过滑块滑动设置在滑轨上，且同一组的两个电动机分别位于加速管道的左右两侧，在每个电动机的转轴上安装一个飞轮，在每个飞轮的外侧包裹有树脂摩擦环，在每个飞轮的正上方分别放置一转速传感器，在加速管道的末端处设有测速器，在加速管道内设有弹型物，飞轮上的树脂摩擦环接触加速管道内的弹型物，同一组的两个电动机的电机轴转速相同、转动方向相反；

电磁阀控制高压气的释放，推动活塞加速，活塞推动弹型物作一级加速进入二级加速器的加速管道，电动机带动飞轮旋转通过摩擦为弹型物二级加速。

进一步的，所述弹型物为弹体或弹桶，所述弹体包括螺纹连接的弹尾和弹头，在弹头的空腔内设置有数据采集仪；

所述弹桶内部设有酚醛塑料，所述酚醛塑料用于固定不同外形破片。

进一步的，当破片加速时，拆除测速器后在加速管道的末端安装弹桶阻止器。

进一步的，所述弹桶阻止器包括一法兰盘、若干螺纹杆、一片固定挡片和一片活动挡片，在法兰盘上均匀布置若干螺纹杆，在螺纹杆的首端和末端处分别配合法兰盘及固定挡片，且螺纹杆的末端通过螺母定位，所述活动挡片套设在螺纹杆上，在固定挡片与活动挡片之间的螺纹杆上及活动挡片与法兰盘之间的螺纹杆上均套设有若干弹簧，所述固定挡片和活动挡片中心处均设有通孔，法兰盘的通孔尺寸大于弹型物的外径，活动挡片的通孔尺寸小于弹型物的外径，所述法兰盘与加速管道末端连接。

进一步的，电动机的转轴穿过飞轮并通过端盖固定，树脂摩擦环由定位销固定于飞轮上。

进一步的，所述滑轨设置两个，相应的，所述电动机组设置两组，在每个滑轨上滑动设置一组电动机组。

进一步的，两个固定挡片和一个活动挡片通过六根螺纹杆固定于法兰盘上，法兰盘与活动挡片之间以及活动挡片与固定挡片之间各有六根弹簧。

一种弹型体入水实验平台，包括水箱、照明设备、摄像机、液压撑杆、加速器支架和上述任一方案中的复合驱动的二级弹体加速装置，所述液压撑杆连接在二级加速器框架的底部，液压撑杆安装在加速器支架的顶部，通过液压撑杆改变加速管道与水平面夹角，所述水箱设置在加速器支架的一侧，在水箱上部设有若干照明设备，在水箱的侧面靠近加速器支架处设置摄像机，在加速器支架上还设有电源以及电机调速箱。

进一步的，在所述水箱顶部装有14盏LED灯，用以为水体照明。

进一步的，水箱的侧面安装有有机玻璃。

相对于现有技术，本发明所述的一种复合驱动的二级弹体加速装置及实验平台具有以下优势：

1、本发明以气动及摩擦为动力的二级加速装置可实现弹体、破片发射的连续作业，加速装置体积小，弹体速度精确可控、无自旋。

2、本发明一级加速器采用高压气源对装置注入高压气体，高压气体压力控制容易，操作方便。

3、本发明二级加速器设置有电机调速器、飞轮转速传感器、天幕式弹丸测速器，弹体、破片出膛速度易控制、易读数。飞轮外圈为树脂材料，增大摩擦力，减少弹体、弹桶损伤，减少弹体震动对各型传感器的影响。

4、本发明二级加速器中设置有滑块和滑轨，针对不同的弹体、弹桶直径，只需更换加速管道，通过滑块调整飞轮间距即可，适用性较强。

5、本发明水箱装有大尺寸有机玻璃，外部配备高速摄像机记录弹体高速入水过程。

6、本发明设计了一种新型等径弹体、破片加速装置及实验平台，结构简洁操作方便，为研究等径弹体高速入水、爆炸破片提供了实验平台，具有重要的应用价值。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种复合驱动的二级弹体加速装置的结构示意图；

图2为本发明的一级加速器的结构示意图；

图3为本发明的二级加速器的侧视图；

图4为本发明的二级加速器的俯视图；

图5为弹体的结构示意图；

图6为弹体的剖视图；

图7为飞轮的结构示意图；

图8为电动机与飞轮的连接示意图；

图9为弹桶的结构示意图；

图10为酚醛塑料的结构示意图；

图11为弹桶阻止器的主视图；

图12为弹桶阻止器的侧视图；

图13为固定挡片的结构示意图；

图14为活动挡片的结构示意图；

图15为一种弹型体入水实验平台的结构示意图。

附图标记说明：

A-一级加速器，B-二级加速器，C-摄像机，D-照明设备，E-水箱，1-壳体，2-电磁阀，3-下手动阀门，4-上手动阀门，5-活塞，6-加速器支架，7-液压撑杆，8-二级加速器框架，9-电机调速箱，10-加速管道，11-飞轮，12-电动机，13-滑轨，14-树脂摩擦环， 15-转速传感器，16-测速器，17-弹尾，18-弹头，19-数据采集仪，21-端盖， 22-法兰盘，23-弹簧，24-活动挡片，25-固定挡片，26-螺纹杆，27-弹桶，28-酚醛塑料， 29-滑块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图14所示，一种复合驱动的二级弹体加速装置及实验平台，包括一级加速器 A和二级加速器B，所述的一级加速器A包括连接高压气源的电磁阀2，电磁阀2与壳体 1的首端连接，在壳体1内置活塞5，壳体1下部连接下手动阀门3，上部连接上手动阀门4，通过打开下手动阀门3和上手动阀门4将活塞5复位；

所述的二级加速器B包括二级加速器框架8、加速管道10、固定在二级加速器框架8上的两个滑轨13和两组电动机组，在每个滑轨13上滑动设置一组电动机组，每组电动机组包括两个电动机12，所述的加速管道10固定在二级加速器框架8的中部，且加速管道10的一端与一级加速器A的壳体1的末端连接，活塞5的末端伸入加速管道10内，所述滑轨13与加速管道10空间垂直布置，电动机12通过滑块29滑动设置在滑轨13上，在滑轨上设有若干螺纹孔，在滑块29上设有一个螺纹孔，调整好位置后通过螺栓将滑块 29固定在相应的滑轨上，且同一组的两个电动机12分别位于加速管道10的左右两侧，在每个电动机12的转轴上安装一个飞轮11，在每个飞轮11的外侧包裹有树脂摩擦环14，在每个飞轮11的正上方分别放置一转速传感器15，在加速管道10的末端处设有测速器 16，测速器16为天幕式弹丸测速器，在加速管道10内设有弹型物，飞轮11上的树脂摩擦环14接触加速管道10内的弹型物，同一组的两个电动机12的电机轴转速相同、转动方向相反；

电磁阀2控制高压气的释放，推动活塞5加速，活塞5推动弹型物作一级加速进入二级加速器B的加速管道10，电动机12带动飞轮11旋转通过摩擦为弹型物二级加速。

所述弹型物为弹体或弹桶27，当弹型物是弹体时，所述弹体包括螺纹连接的弹尾17 和弹头18，在弹头18的空腔内设置有数据采集仪19；当弹型物是弹桶时，所述弹桶27 内部设有酚醛塑料28，所述酚醛塑料28用于固定不同外形破片。

当破片加速时，拆除测速器16，在加速管道10的前端安装弹桶阻止器。

所述弹桶阻止器包括一法兰盘22、若干螺纹杆26、一片固定挡片25和一片活动挡片24，在法兰盘22上均匀布置若干螺纹杆26，在螺纹杆26的首端和末端处分别配合法兰盘及固定挡片，且螺纹杆26的末端通过螺母定位，所述活动挡片24套设在螺纹杆26 上，在固定挡片25与活动挡片24之间的螺纹杆上及活动挡片24与法兰盘22之间的螺纹杆上均套设有若干弹簧23，所述固定挡片和活动挡片中心处均设有通孔，法兰盘22 的通孔尺寸大于弹型物的外径，活动挡片24的通孔尺寸小于弹型物的外径，所述法兰盘 22与加速管道10末端连接。具体的可以设置为：一个固定挡片25和一个活动挡片24 通过六根螺纹杆固定于法兰盘22上，法兰盘22与活动挡片24之间以及活动挡片24与固定挡片25之间各有六根弹簧23。

电动机12的转轴穿过飞轮11并通过端盖21固定，树脂摩擦环14由定位销固定于飞轮11上，使其不能与飞轮11产生相对滑动。

本申请通过两级加速装置为弹体、弹桶加速，弹体、破片飞出炮口没有高压气体喷射，加速装置体积小，速度可控，入水角度可调整，对于不同直径的弹体仅需更换一根加速管道10即可。

如图15所示，一种弹型体入水实验平台，包括水箱E、照明设备D、摄像机C、液压撑杆7、加速器支架6和上述的一种复合驱动的二级弹体加速装置，所述液压撑杆7连接在二级加速器框架8的底部，液压撑杆7安装在加速器支架6的顶部，通过液压撑杆7 改变加速管道10与水平面夹角，所述水箱E设置在加速器支架6的一侧，在水箱E上部设有若干照明设备D，在水箱E的侧面靠近加速器支架6处设置摄像机C，在加速器支架 6上还设有电源以及电机调速箱9。在所述水箱E顶部装有14盏大功率LED灯，用以为水体照明。水箱E的侧面安装有有机玻璃，方便观测。

本申请的实验平台的工作过程如下：发射弹体时，将数据采集仪19置于弹体内部，弹体从加速管道口推入一级加速器；电磁阀2、手动阀门3、手动阀门4连接高压气源；电动机电源接通，调整液压撑杆7伸出量以调整弹体入水角度，通过电动机调速器9预设电动机12转速，打开照明设备D，配置摄像机C，关闭下手动阀门3和上手动阀门4，打开电磁阀2，高压气体自电磁阀2喷入一级加速器A的壳体1内，通过活塞5推动弹体作一级加速，将弹体推入二级加速器B中，在加速管道18内的弹体运动至飞轮11时，弹体与至少一组转速相同、转动方向相反的飞轮接触，通过摩擦力，从而实现弹体的二次加速，经过两级加速后的弹体从加速管道10末端射入水中，在弹体内部设置的数据采集仪19及在水箱E外部设置高速摄像机记录试验过程，同时天幕式弹丸测速器16记录弹体出膛速度，通过飞轮转速传感器15读数精确调整电机转速以实现弹体速度的精确控制；

发射破片时，将破片插入酚醛塑料28前端，破片和酚醛塑料28整体置入弹桶27中，并将弹桶27从加速管道口推入一级加速器A，取下天幕式弹丸测速器16，安装弹桶阻止器，其余操作与发射弹体一致，即可发射弹桶，弹桶27运动到弹桶阻止器处时，由于且靠近法兰盘22处的固定挡片的通孔尺寸大于弹型物的外径，活动挡片24的通孔尺寸小于弹型物的外径，因此弹桶27被活动挡片24限制运动，此时弹桶27速度低于其内部的破片速度，因此破片顺利摄入水中；

在一次发射完成后，打开下手动阀门3和上手动阀门4，将活塞5复位，再次将弹体从加速管道口推入一级加速器，完成下一次发射。

特别指出：如若天幕式弹丸测速器的读数与所需速度不同，可通过比较转速传感器 15所示接入负载后电动机转速与预设电动机转速，由电源与电动机调速器9调整电动机转速以改变弹体、破片出膛速度，使之达到要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种复合驱动的二级弹体加速装置，其特征在于：包括一级加速器(A)和二级加速器(B)，所述的一级加速器(A)包括连接高压气源的电磁阀(2)，电磁阀(2)与壳体(1)的首端连接，在壳体(1)内置活塞(5)，壳体(1)下部连接下手动阀门(3)，上部连接上手动阀门(4)，通过打开下手动阀门(3)和上手动阀门(4)将活塞(5)复位；

所述的二级加速器(B)包括二级加速器框架(8)、加速管道(10)、固定在二级加速器框架(8)上的至少一个滑轨(13)和至少一组电动机组，每组电动机组包括两个电动机(12)，所述的加速管道(10)固定在二级加速器框架(8)的中部，且加速管道(10)的一端与一级加速器(A)的壳体(1)的末端连接，活塞(5)的末端伸入加速管道(10)内，所述滑轨(13)与加速管道(10)空间垂直布置，电动机(12)通过滑块(29)滑动设置在滑轨(13)上，且同一组的两个电动机(12)分别位于加速管道(10)的左右两侧，在每个电动机(12)的转轴上安装一个飞轮(11)，在每个飞轮(11)的外侧包裹有树脂摩擦环(14)，在每个飞轮(11)的正上方分别放置一转速传感器(15)，在加速管道(10)的末端处设有测速器(16)，在加速管道(10)内设有弹型物，飞轮(11)上的树脂摩擦环(14)接触加速管道(10)内的弹型物，同一组的两个电动机(12)的电机轴转速相同、转动方向相反；

电磁阀(2)控制高压气的释放，推动活塞(5)加速，活塞(5)推动弹型物作一级加速进入二级加速器(B)的加速管道(10)，电动机(12)带动飞轮(11)旋转通过摩擦为弹型物二级加速。

2.根据权利要求1所述的一种复合驱动的二级弹体加速装置，其特征在于：所述弹型物为弹体或弹桶(27)，所述弹体包括螺纹连接的弹尾(17)和弹头(18)，在弹头(18)的空腔内设置有数据采集仪(19)；所述弹桶(27)内部设有酚醛塑料(28)，所述酚醛塑料(28)用于固定不同外形破片。

3.根据权利要求2所述的一种复合驱动的二级弹体加速装置，其特征在于：当破片加速时，拆除测速器(16)后在加速管道(10)的末端安装弹桶阻止器。

4.根据权利要求3所述的一种复合驱动的二级弹体加速装置，其特征在于：所述弹桶阻止器包括一法兰盘(22)、若干螺纹杆(26)、一片固定挡片(25)和一片活动挡片(24)，在法兰盘(22)上均匀布置若干螺纹杆(26)，在螺纹杆(26)的首端和末端处分别配合法兰盘及固定挡片，且螺纹杆(26)的末端通过螺母定位，所述活动挡片(24)套设在螺纹杆(26)上，在固定挡片25与活动挡片(24)之间的螺纹杆上及活动挡片(24)与法兰盘(22)之间的螺纹杆上均套设有若干弹簧(23)，所述固定挡片和活动挡片中心处均设有通孔，法兰盘(22)的通孔尺寸大于弹型物的外径，活动挡片(24)的通孔尺寸小于弹型物的外径，所述法兰盘(22)与加速管道(10)末端连接。

5.根据权利要求1所述的一种复合驱动的二级弹体加速装置，其特征在于：电动机(12)的转轴穿过飞轮(11)并通过端盖(21)固定，树脂摩擦环(14)由定位销固定于飞轮(11)上。

6.根据权利要求1所述的一种复合驱动的二级弹体加速装置，其特征在于：所述滑轨(13)设置两个，相应的，所述电动机组设置两组，在每个滑轨(13)上滑动设置一组电动机组。

7.根据权利要求4所述的一种复合驱动的二级弹体加速装置，其特征在于：两个固定挡片(25)和一个活动挡片(24)通过六根螺纹杆固定于法兰盘(22)上，法兰盘(22)与活动挡片(24)之间以及活动挡片(24)与固定挡片(25)之间各有六根弹簧(23)。

8.一种弹型体入水实验平台，其特征在于：包括水箱(E)、照明设备(D)、摄像机(C)、液压撑杆(7)、加速器支架(6)和根据权利要求1-7中任一项所述的一种复合驱动的二级弹体加速装置，所述液压撑杆(7)连接在二级加速器框架(8)的底部，液压撑杆(7)安装在加速器支架(6)的顶部，通过液压撑杆(7)改变加速管道(10)与水平面夹角，所述水箱(E)设置在加速器支架(6)的一侧，在水箱(E)上部设有若干照明设备(D)，在水箱(E)的侧面靠近加速器支架(6)处设置摄像机(C)，在加速器支架(6)上还设有电源以及电机调速箱(9)。

9.根据权利要求8所述的一种弹型体入水实验平台，其特征在于：在所述水箱(E)顶部装有14盏LED灯，用以为水体照明。

10.根据权利要求8所述的一种弹型体入水实验平台，其特征在于：水箱(E)的侧面安装有有机玻璃。

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