CN113357539A - 用于超空泡自由飞试验的自动通气结构及超空泡缩比模型 - Google Patents

用于超空泡自由飞试验的自动通气结构及超空泡缩比模型 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构及超空泡缩比模型，该结构包括通气阀和单向阀，通气阀包括阀门前段、阀门后段、撞针仓、密封件、撞针、第一和第二密封圈，撞针仓包括呈阶梯状设置的第一撞针仓段和第二撞针仓段，撞针仓具有限流孔和撞针容纳孔，撞针容纳孔与限流孔相连通；撞针包括第一撞针段、第二撞针段和撞针轴环，撞针可移动地设置在撞针容纳孔内，第一撞针段具有沿径向设置第一泄压孔，第二撞针段具有沿轴向设置的第二泄压孔，第二泄压孔分别与第一泄压孔和撞针容纳孔相连通，第一和第二密封圈间隔设置在第二撞针段上。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中通气结构的安全可靠性差且难以重复利用的技术问题。

Description

用于超空泡自由飞试验的自动通气结构及超空泡缩比模型
技术领域
本发明涉及超空泡自由飞试验模型设计技术领域，尤其涉及一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构及超空泡缩比模型。
背景技术
采用超空泡技术可大幅度降低水下航行阻力，将航行速度从50节提高到200节以上，而主动通气是维持稳定空泡流型的重要手段。
超空泡缩比模型自由飞试验是了解超空泡流场参数、流体动力以及弹道特性的最直接、最经济的手段，但是，试验模型需要在不依赖任何外部设备的条件下完成自动通气，其特点在于：1)试验前将高压气体充填于模型内，结构安全可靠，模型发射前高压气体可稳定地长时间密封存储，模型振动、碰撞等操作不会导致阀门误触发；2)模型发射时间约为100毫秒，通气阀门需在此时间段内自动导通，保持通气状态直至试验结束。对于高压气体的存储方法国内外部分试验采取了以模型壳体为储气仓的策略，但对模型强度、加工能力等提出了较高要求，且在试验过程中模型易破坏，难以实现重复利用，存在较高的安全风险。针对高压气体试验前密封保存、试验过程快速导通的难题，相关试验提出了利用空化器触水阶段的冲击力产生缝隙导通气体，但空化器结构发生变化，对测量弹体受力产生影响，且空化器易损坏，导致整套通气结构难以重复利用，目前尚未出现相应的解决技术，缺乏一种试验前高压气体能够密封保存、试验开始瞬间气体自动导通的安全、可靠、可重复利用的通气结构。
发明内容
本发明提供了一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构及超空泡缩比模型，能够解决现有技术中通气结构的安全可靠性差且难以重复利用的技术问题。
根据本发明的一方面，提供了一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，用于超空泡自由飞试验的自动通气结构包括：通气阀，通气阀包括阀门前段、阀门后段、撞针仓、密封件、撞针、第一密封圈和第二密封圈，阀门前段沿阀门安装段的轴线方向固定安装在阀门安装段内，阀门前段与阀门后段固定连接，阀门前段具有相连通的呈阶梯设置的第一容纳腔和第二容纳腔，撞针仓包括呈阶梯状设置的第一撞针仓段和第二撞针仓段，第一撞针仓段固定设置在第一容纳腔内，第二撞针仓段设置在第二容纳腔，撞针仓具有限流孔和撞针容纳孔，撞针容纳孔沿撞针仓的轴线设置，限流孔沿第二撞针仓段的径向设置，撞针容纳孔与限流孔相连通；密封件固定设置在第一撞针仓段的外侧且位于第二容纳腔内，密封件与第一容纳腔和第二容纳腔之间所形成的台阶端面相贴合；撞针包括第一撞针段、第二撞针段和撞针轴环，撞针可移动地设置在撞针容纳孔内，第一撞针段和第二撞针段呈阶梯状设置，撞针轴环固定设置在第一撞针段的外侧，撞针轴环和第二撞针段均与撞针容纳孔的孔壁相贴合，撞针轴环具有通气孔，通气孔沿撞针轴环的轴向间隔设置，第一撞针段具有沿径向设置第一泄压孔，第二撞针段具有沿轴向设置的第二泄压孔，第二泄压孔分别与第一泄压孔和撞针容纳孔相连通，第一密封圈和第二密封圈间隔设置在第二撞针段上；单向阀，单向阀设置在阀门后段，单向阀与高压气瓶相连通，高压气瓶与第二容纳腔相连通；其中，当自动通气结构处于密封状态时，限流孔位于第一密封圈和第二密封圈之间，限流孔与撞针容纳孔相隔离；当自动通气结构处于通气状态时，撞块对撞针施加作用力以使撞针沿撞针容纳孔的轴线方向移动，第一密封圈和第二密封圈位于限流孔的同一侧，限流孔与撞针容纳孔相连通。
进一步地，自动通气结构还包括安全帽，安全帽与第一撞针仓段的端部固定连接，安全帽用于防止撞针受力离开撞针仓。
进一步地，自动通气结构还包括第三密封圈，第三密封圈设置在阀门前段和阀门后段之间。
进一步地，通气阀打开过程中撞针需移动的最小距离l1、通气阀在阀门安装段内安装后撞针位于阀门安装段外端面的长度l2、通气阀在阀门安装段内安装后撞针容纳孔的空余空间长度l3以及第一撞针段的撞击端面与撞针轴环的靠近撞击端面的端面之间的距离l4之间的关系为l1＜l2＜l3＜l4。
进一步地，撞针仓具有多个限流孔，多个限流孔沿第二撞针仓段的周向间隔设置。
进一步地，密封件包括组合垫片。
根据本发明的又一方面，提供了一种超空泡缩比模型，超空泡缩比模型包括如上所述的自动通气结构。
进一步地，超空泡缩比模型还包括阀门安装段、撞块、高压气瓶、撞块仓和气瓶段，阀门安装段分别与撞块仓和气瓶段连接，撞块可移动地设置在撞块仓内，高压气瓶设置在气瓶段内。
进一步地，撞块具有多个通气孔，多个通气孔沿撞块的周向间隔设置，多个通气孔均与撞针容纳孔相连通。
进一步地，高压气瓶包括碳纤维气瓶或铝合金气瓶。
应用本发明的技术方案，提供了一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，该自动通气结构在试验前利用第一密封圈和第二密封圈将限流孔与撞针容纳孔相隔离，维持自动通气结构内均压环境实现高压气体稳定可靠密封，在模型发射的毫秒级时间范围内依靠惯性撞块冲击撞针，撞针沿撞针容纳孔的轴线方向移动使得限流孔与撞针容纳孔相连通，实现自动通气，避免了通气系统管路对内部结构设计带来的干扰，通气结构安装于模型内部，避免了试验过程的结构破坏，具有耐压能力强、开阀时间短、结构简单、安全可靠等诸多优点。因此，本发明所提供的自动通气结构可用于开展通气超空泡自由飞试验模型设计，适用于高速发射过程，依靠撞块冲击导通的通气阀结构，该通气结构具有耐压能力强、发射瞬间开阀、开阀冲击力不受通气压力影响、阀门状态稳定可靠、结构安全可靠的特点。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的用于超空泡自由飞试验的自动通气结构的剖视图；
图2示出了根据本发明的具体实施例提供的用于超空泡自由飞试验的自动通气结构与高压气瓶组合的轮廓图；
图3示出了根据本发明的具体实施例提供的用于超空泡自由飞试验的自动通气结构与高压气瓶组合的剖视图；
图4示出了根据本发明的具体实施例提供的用于超空泡自由飞试验的自动通气结构的爆炸视图；
图5和图6示出了根据本发明的具体实施例提供的用于超空泡自由飞试验的自动通气结构的尺寸约束图；
图7示出了根据本发明的具体实施例提供的超空泡缩比模型的装配剖视图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、通气阀；11、阀门前段；11a第一容纳腔；11b、第二容纳腔；12、阀门后段；12a、充气孔；13、撞针仓；13a、限流孔；13b、撞针容纳孔；131、第一撞针仓段；132、第二撞针仓段；14、密封件；15、撞针；151、第一撞针段；151a、第一泄压孔；152、第二撞针段；152a、第二泄压孔；153、撞针轴环；153a、第一通气孔；16、第一密封圈；17、第二密封圈；18、第三密封圈；20、单向阀；30、安全帽；200、阀门安装段；300、撞块；300a、第二通气孔；400、高压气瓶；500、撞块仓；600、气瓶段；700、前锥段。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1至图7所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，该用于超空泡自由飞试验的自动通气结构包括通气阀10和单向阀20，通气阀10包括阀门前段11、阀门后段12、撞针仓13、密封件14、撞针15、第一密封圈16和第二密封圈17，阀门前段11沿阀门安装段的轴线方向固定安装在阀门安装段内，阀门前段11与阀门后段12固定连接，阀门前段11具有相连通的呈阶梯设置的第一容纳腔11a和第二容纳腔11b，撞针仓13包括呈阶梯状设置的第一撞针仓段131和第二撞针仓段132，第一撞针仓段131固定设置在第一容纳腔11a内，第二撞针仓段132设置在第二容纳腔11b，撞针仓13具有限流孔13a和撞针容纳孔13b，撞针容纳孔13b沿撞针仓13的轴线设置，限流孔13a沿第二撞针仓段132的径向设置，撞针容纳孔13b与限流孔13a相连通；密封件14固定设置在第一撞针仓段131的外侧且位于第二容纳腔11b内，密封件14与第一容纳腔11a和第二容纳腔11b之间所形成的台阶端面相贴合；撞针15包括第一撞针段151、第二撞针段152和撞针轴环153，撞针可移动地设置在撞针容纳孔13b内，第一撞针段151和第二撞针段152呈阶梯状设置，撞针轴环153固定设置在第一撞针段151的外侧，撞针轴环153和第二撞针段152均与撞针容纳孔13b的孔壁相贴合，撞针轴环153具有第一通气孔153a，第一通气孔153a沿撞针轴环153的轴向设置，第一撞针段151具有沿径向设置第一泄压孔151a，第二撞针段152具有沿轴向设置的第二泄压孔152a，第二泄压孔152a分别与第一泄压孔151a和撞针容纳孔13b相连通，第一密封圈16和第二密封圈17间隔设置在第二撞针段152上，单向阀20设置在阀门后段12，单向阀20与高压气瓶相连通，高压气瓶与第二容纳腔11b相连通；其中，当自动通气结构处于密封状态时，限流孔13a位于第一密封圈16和第二密封圈17之间，限流孔13a与撞针容纳孔13b相隔离；当自动通气结构处于通气状态时，撞块对撞针施加作用力以使撞针沿撞针容纳孔13b的轴线方向移动，第一密封圈16和第二密封圈17位于限流孔13a的同一侧，限流孔13a与撞针容纳孔13b相连通。
应用此种配置方式，提供了一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，该自动通气结构在试验前利用第一密封圈和第二密封圈将限流孔与撞针容纳孔相隔离，维持自动通气结构内均压环境实现高压气体稳定可靠密封，在模型发射的毫秒级时间范围内依靠惯性撞块冲击撞针，撞针沿撞针容纳孔的轴线方向移动使得限流孔与撞针容纳孔相连通，实现自动通气，避免了通气系统管路对内部结构设计带来的干扰，通气结构安装于模型内部，避免了试验过程的结构破坏，具有耐压能力强、开阀时间短、结构简单、安全可靠等诸多优点。因此，本发明所提供的自动通气结构可用于开展通气超空泡自由飞试验模型设计，适用于高速发射过程，依靠撞块冲击导通的通气阀结构，该通气结构具有耐压能力强、发射瞬间开阀、开阀冲击力不受通气压力影响、阀门状态稳定可靠、结构安全可靠的特点。
进一步地，在本发明中，为了防止撞针在高压气作用下射出，可将自动通气结构配置为还包括安全帽30，安全帽30与第一撞针仓段131的端部固定连接，安全帽30用于防止撞针受力离开撞针仓13。
应用此种配置方式，通过将安全帽30与第一撞针仓段131的端部固定连接，在试验过程中，高压气瓶内的气体进入通气阀内，高压气瓶内的气体会驱动撞针沿撞针容纳孔的轴线方向移动，通过在第一撞针仓段的端部设置安全帽，能够有效防止撞针在高压气体的作用下射出。
进一步地，在本发明中，为了提高自动通气结构的密封性，可将自动通气结构配置为还包括第三密封圈18，第三密封圈18设置在阀门前段11和阀门后段12之间。
此外，作为本发明的一个具体实施例，为了控制通气流量，可将撞针仓13配置为具有多个限流孔13a，多个限流孔13a沿第二撞针仓段的周向间隔设置。为了提高通气效率，可将撞针轴环153配置为具有多个第一通气孔153a，多个第一通气孔153a绕撞针轴环153的周缘均匀间隔设置。
具体地，在本实施例中，自动通气结构包括通气阀10、单向阀20和安全帽30，通气阀10包括阀门前段11、阀门后段12、撞针仓13、密封件14、撞针15、第一密封圈16、第二密封圈17和第三密封圈18，阀门后段12具有充气孔12a，单向阀20设置在阀门后段12，单向阀20通过充气孔12a与高压气瓶相连通；阀门前段11和阀门后段12组成壳体，利用第三密封圈18实现阀门内密封。在本实施例中，采用阀门内O圈作为第三密封圈，撞针O圈作为第一密封圈16和第二密封圈17，组合垫片作为密封件14。
撞针仓13包括呈阶梯状设置的第一撞针仓段131和第二撞针仓段132，第一撞针仓段131螺纹固定设置在第一容纳腔11a内，第二撞针仓段132设置在第二容纳腔11b，组合垫片安装于第一撞针仓段131的外侧，将组合垫片压紧密封，撞针仓13具有限流孔13a和撞针容纳孔13b，撞针容纳孔13b沿撞针仓13的轴线设置，限流孔13a沿第二撞针仓段的径向设置，撞针容纳孔13b与限流孔13a相连通；撞针15包括第一撞针段151、第二撞针段152和撞针轴环153，撞针可移动地设置在撞针容纳孔13b内，第一撞针段151和第二撞针段152呈阶梯状设置，撞针轴环153固定设置在第一撞针段151的外侧，撞针轴环153和第二撞针段152均与撞针容纳孔13b的孔壁相贴合，第一撞针段151具有沿径向设置第一泄压孔151a，第二撞针段152具有沿轴向设置的第二泄压孔152a，第二泄压孔152a分别与第一泄压孔151a和撞针容纳孔13b相连通，第一密封圈16和第二密封圈17间隔设置在第二撞针段152的两道O圈槽内。撞针轴环153的外端面与撞针仓13的外端面平齐。安全帽30螺纹固定连接于第一撞针仓段131的前端，单向阀20螺纹安装于阀门后段12。
进一步地，在本发明中，为了保证撞针开阀过程顺利实施，同时无结构破坏，要求阀门结构与安装尺寸合适。在本发明中，通气阀结构约束应满足的要求：通气阀10打开过程中撞针需移动的最小距离l1、通气阀10在阀门安装段内安装后撞针位于阀门安装段外端面的长度l2、通气阀10在阀门安装段内安装后撞针容纳孔13b的空余空间长度l3以及第一撞针段151的撞击端面与撞针轴环153的靠近撞击端面的端面之间的距离l4之间的关系为l1＜l2＜l3＜l4。
根据本发明的另一方面，提供了一种超空泡缩比模型，该超空泡缩比模型包括如上所述的自动通气结构100。应用此种配置方式，提供了一种超空泡缩比模型，由于本发明的自动通气结构100适用于高速发射过程，依靠撞块冲击导通的通气阀结构，该通气结构具有耐压能力强、发射瞬间开阀、开阀冲击力不受通气压力影响、阀门状态稳定可靠、结构安全可靠的特点，因此将其用于超空泡缩比模型中，能够极大地提高模型的工作性能。
进一步地，在本发明中，为了实现模型中高压气体试验前密封保存、试验过程快速导通，可将超空泡缩比模型配置为还包括阀门安装段200、撞块300、高压气瓶400、撞块仓500和气瓶段600，阀门安装段200分别与撞块仓500和气瓶段600连接，撞块300可移动地设置在撞块仓500内，高压气瓶400设置在气瓶段600内。
此外，为了保证能够顺利通气，可将撞块300配置为具有多个第二通气孔300a，多个第二通气孔300a沿撞块300的周向间隔设置，多个第二通气孔300a均与撞针容纳孔13b相连通。
作为本发明的一个具体实施例，高压气瓶400包括碳纤维气瓶或铝合金气瓶。撞块300为截锥体或圆柱体，绕其轴线均匀布置第二通气孔300a，模型发射过程撞块300在惯性力作用下撞击撞针15。阀门安装段200通过内螺纹与通气阀10连接，通过外螺纹分别与撞块仓500和气瓶段600连接。通气结构的使用方法为：通气阀10两侧分别与高压气瓶400和阀门安装段200连接，前锥段700、撞块仓500、阀门安装段200以及气瓶段600依次连接，各段之间采用螺纹形式连接，撞块300布置于撞块仓500内部。
通气结构的使用流程为：试验前组装通气阀10，调整撞针轴环153的外端面与撞针仓13的外端面平齐，此时限流孔13a位于第一密封圈16和第二密封圈17之间以实现密封。外部高压气体经单向阀20流经充气孔12a进入高压气瓶400，并依据通气结构使用方法组装试验模型，试验过程中撞块300依靠惯性力撞击撞针15，撞针仓13内部气体经过第二泄压孔152a和第一泄压孔151a流出，撞针15向内移动，当撞块300与阀门安装段200的端面接触时停止运动，第一密封圈16和第二密封圈17均位于限流孔13a的内侧，高压气瓶400内气体进入通气阀10内，流经限流孔13a、撞针仓的撞针容纳孔13b、撞针轴环上的第一通气孔153a、撞块300的第二通气孔300a、撞块仓500、前锥段700，经前锥段700的前端通气孔流出，实现通气。
为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图7对本发明所提供的用于超空泡自由飞试验的自动通气结构及超空泡缩比模型进行详细说明。
如图1至图7所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，该自动通气结构包括通气阀10、单向阀20和安全帽30，通气阀10包括阀门前段11、阀门后段12、撞针仓13、密封件14、撞针15、第一密封圈16和第二密封圈17，阀门前段11沿阀门安装段的轴线方向固定安装在阀门安装段内，阀门前段11与阀门后段12螺纹连接组成壳体，利用第三密封圈实现阀门内密封。在本实施例中，采用阀门内O圈作为第三密封圈，采用组合垫片作为密封件14。阀门前段11具有相连通的呈阶梯设置的第一容纳腔11a和第二容纳腔11b，撞针仓13包括呈阶梯状设置的第一撞针仓段131和第二撞针仓段132，第一撞针仓段131固定设置在第一容纳腔11a内，第二撞针仓段132设置在第二容纳腔11b，撞针仓13具有限流孔13a和撞针容纳孔13b，撞针容纳孔13b沿撞针仓13的轴线设置，限流孔13a沿第二撞针仓段的径向设置，撞针容纳孔13b与限流孔13a相连通；组合垫片固定设置在第一撞针仓段131的外侧，组合垫片设置在第二容纳腔11b内且与第一容纳腔11a和第二容纳腔11b之间所形成的台阶端面相贴合，将组合垫片压紧密封。为方便安装在撞针仓13末端加工凹槽，使用螺丝刀拧紧。
撞针15包括第一撞针段151、第二撞针段152和撞针轴环153，撞针可移动地设置在撞针容纳孔13b内，第一撞针段151和第二撞针段152呈阶梯状设置，撞针轴环153固定设置在第一撞针段151的外侧，撞针轴环153和第二撞针段152均与撞针容纳孔13b的孔壁相贴合，撞针轴环153的外端面与撞针仓的外端面平齐，第一撞针段151具有沿径向设置第一泄压孔151a，第二撞针段152具有沿轴向设置的第二泄压孔152a，第二泄压孔152a分别与第一泄压孔151a和撞针容纳孔13b相连通，第一密封圈16和第二密封圈17间隔设置在第二撞针段152的两道O圈槽内，两道O圈槽间隔不小于3mm，单向阀20设置在阀门后段12，单向阀20与高压气瓶相连通。
限流孔13a位于第一密封圈16和第二密封圈17中间，为控制通气流量，沿周向均匀布置多个限流孔，其数量与孔径根据试验测量结果确定，直径一般不大于2mm。安全帽30螺纹连接于撞针仓13的前端，防止撞针在高压气作用下射出，单向阀20螺纹安装于阀门后段12。采用304不锈钢加工，耐压值不低于30MPa。高压气瓶400采用耐高压的碳纤维气瓶或铝合金气瓶，安全使用压力可高达30MP。
撞块300为截锥体或圆柱体，绕其轴线均匀布置多个第二通气孔300a，孔径总面积不低于限流孔13a总面积的4倍，模型发射过程惯性力作用下撞块中心部位撞击撞针，第二通气孔300a距离中心轴线应保证撞块移动过程撞针不落于第二通气孔300a内。撞块300的材质、大小按照试验发射加速度的情况确定，发射过程其与撞针15的惯性作用力不小于撞针上的两个密封圈的最大摩擦力的2倍。
阀门安装段200通过内螺纹与通气阀10连接，通过外螺纹分别与撞块仓500和气瓶段600连接。为防止撞块300撞击撞针15的过程对其他结构造成破坏，在阀门安装段200外端设计圆形凹槽，阀门的安全帽30拧紧后全部位于凹槽内，避免了撞块300与其他结构接触。
为保证撞针15开阀过程顺利实施，同时无结构破坏，要求阀门结构与安装尺寸合适。通气阀结构约束应满足的要求：
1)根据撞针上的密封圈与限流孔13a的分布间隔，测量阀门打开过程撞针15需移动的最小距离为l1；
2)阀门安装后撞针15位于阀门安装段200外端面的长度l2应不小于l1，可设计l2比l1大2mm；
3)为保证撞针顺利移动，通气阀安装后撞针仓13内部空余空间长度l3应不小于l2，可设计l3比l2大2mm；
4)为防止撞针15全部进入撞针仓13内部后难以复位，撞针15撞击端面与撞针轴环153外端面之间的距离l4应不小于l3，考虑使用工具夹取撞针15的方便性，可设计l4比l3大4mm。
综合上述各个尺寸约束，应满足l1＜l2＜l3＜l4。
为配合上述通气结构的使用，试验模型的分段应包含前锥段700、撞块仓500和气瓶段600，各段外轮廓与试验模型保持一致。撞块仓500内腔型面锥度与撞块300保持一致，最小端面直径为撞块300最小直径的1.05～1.10倍为宜，避免发生“卡滞”现象。前锥段700和气瓶段600的详细参数可根据试验模型需求确定。
通气结构的使用方法为：通气阀10两侧分别与高压气瓶400和阀门安装段200连接，前锥段700、撞块仓500、阀门安装段200和气瓶段600依次连接，各段之间采用螺纹形式连接，撞块300布置于撞块仓500内部。
通气结构的使用流程为：试验前组装通气阀10，调整撞针轴环153的外端面与撞针仓13外端面平齐，此时限流孔13a位于第一密封圈和第二密封圈之间以实现密封，外部高压气体经单向阀20流经充气孔12a进入高压气瓶400，并依据通气结构使用方法组装试验模型，试验过程中撞块300依靠惯性力撞击撞针15，撞针仓13内部气体经过第二泄压孔152a和第一泄压孔151a流出，撞针15向内移动。当撞块300与阀门安装段200端面接触时停止运动，第一密封圈和第二密封圈均位于限流孔13a内侧，高压气瓶400内气体进入通气阀10内，流经限流孔13a、撞针仓13、撞针轴环上的第一通气孔153a、撞块300的第二通气孔300a、撞块仓500、前锥段700，经前锥段700前端的通气孔流出，实现通气。
综上所述，本发明提供了一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，该自动通气结构在试验前利用第一密封圈和第二密封圈将限流孔与撞针容纳孔相隔离，维持自动通气结构内均压环境实现高压气体稳定可靠密封，在模型发射的毫秒级时间范围内依靠惯性撞块冲击撞针，撞针沿撞针容纳孔的轴线方向移动使得限流孔与撞针容纳孔相连通，实现自动通气，避免了通气系统管路对内部结构设计带来的干扰，通气结构安装于模型内部，避免了试验过程的结构破坏，具有耐压能力强、开阀时间短、结构简单、安全可靠等诸多优点。因此，本发明所提供的自动通气结构可用于开展通气超空泡自由飞试验模型设计，适用于高速发射过程，依靠撞块冲击导通的通气阀结构，该通气结构具有耐压能力强、发射瞬间开阀、开阀冲击力不受通气压力影响、阀门状态稳定可靠、结构安全可靠的特点。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，其特征在于，所述用于超空泡自由飞试验的自动通气结构包括：
通气阀(10)，所述通气阀(10)包括阀门前段(11)、阀门后段(12)、撞针仓(13)、密封件(14)、撞针(15)、第一密封圈(16)和第二密封圈(17)，所述阀门前段(11)沿阀门安装段的轴线方向固定安装在所述阀门安装段内，所述阀门前段(11)与所述阀门后段(12)固定连接，所述阀门前段(11)具有相连通的呈阶梯设置的第一容纳腔(11a)和第二容纳腔(11b)，所述撞针仓(13)包括呈阶梯状设置的第一撞针仓段(131)和第二撞针仓段(132)，所述第一撞针仓段(131)固定设置在所述第一容纳腔(11a)内，所述第二撞针仓段(132)设置在所述第二容纳腔(11b)，所述撞针仓(13)具有限流孔(13a)和撞针容纳孔(13b)，所述撞针容纳孔(13b)沿所述撞针仓(13)的轴线设置，所述限流孔(13a)沿所述第二撞针仓段(132)的径向设置，所述撞针容纳孔(13b)与所述限流孔(13a)相连通；所述密封件(14)固定设置在所述第一撞针仓段(131)的外侧且位于所述第二容纳腔(11b)内，所述密封件(14)与所述第一容纳腔(11a)和所述第二容纳腔(11b)之间所形成的台阶端面相贴合；所述撞针(15)包括第一撞针段(151)、第二撞针段(152)和撞针轴环(153)，所述撞针可移动地设置在所述撞针容纳孔(13b)内，所述第一撞针段(151)和所述第二撞针段(152)呈阶梯状设置，所述撞针轴环(153)固定设置在所述第一撞针段(151)的外侧，所述撞针轴环(153)和所述第二撞针段(152)均与所述撞针容纳孔(13b)的孔壁相贴合，所述撞针轴环(153)具有第一通气孔(153a)，所述第一通气孔(153a)沿所述撞针轴环(153)的轴向设置，所述第一撞针段(151)具有沿径向设置第一泄压孔(151a)，所述第二撞针段(152)具有沿轴向设置的第二泄压孔(152a)，所述第二泄压孔(152a)分别与所述第一泄压孔(151a)和所述撞针容纳孔(13b)相连通，所述第一密封圈(16)和所述第二密封圈(17)间隔设置在所述第二撞针段(152)上；
单向阀(20)，所述单向阀(20)设置在所述阀门后段(12)，所述单向阀(20)与高压气瓶相连通，所述高压气瓶与所述第二容纳腔(11b)相连通；
其中，当所述自动通气结构处于密封状态时，所述限流孔(13a)位于所述第一密封圈(16)和所述第二密封圈(17)之间，所述限流孔(13a)与所述撞针容纳孔(13b)相隔离；当所述自动通气结构处于通气状态时，撞块对所述撞针施加作用力以使所述撞针沿所述撞针容纳孔(13b)的轴线方向移动，所述第一密封圈(16)和所述第二密封圈(17)位于所述限流孔(13a)的同一侧，所述限流孔(13a)与所述撞针容纳孔(13b)相连通。
2.根据权利要求1所述的用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，其特征在于，所述自动通气结构还包括安全帽(30)，所述安全帽(30)与所述第一撞针仓段(131)的端部固定连接，所述安全帽(30)用于防止所述撞针受力离开所述撞针仓(13)。
3.根据权利要求1所述的用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，其特征在于，所述自动通气结构还包括第三密封圈(18)，所述第三密封圈(18)设置在所述阀门前段(11)和所述阀门后段(12)之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，其特征在于，所述通气阀(10)打开过程中所述撞针需移动的最小距离l1、所述通气阀(10)在所述阀门安装段内安装后所述撞针位于所述阀门安装段外端面的长度l2、所述通气阀(10)在所述阀门安装段内安装后所述撞针容纳孔(13b)的空余空间长度l3以及所述第一撞针段(151)的撞击端面与所述撞针轴环(153)的靠近所述撞击端面的端面之间的距离l4之间的关系为l1＜l2＜l3＜l4。
5.根据权利要求4所述的用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，其特征在于，所述撞针仓(13)具有多个所述限流孔(13a)，多个所述限流孔(13a)沿所述第二撞针仓段(132)的周向间隔设置。
6.根据权利要求1所述的用于超空泡自由飞试验的自动通气结构，其特征在于，所述密封件(14)包括组合垫片。
7.一种超空泡缩比模型，其特征在于，所述超空泡缩比模型包括如权利要求1至6中任一项所述的自动通气结构(100)。
8.根据权利要求7所述的超空泡缩比模型，其特征在于，所述超空泡缩比模型还包括阀门安装段(200)、撞块(300)、高压气瓶(400)、撞块仓(500)和气瓶段(600)，所述阀门安装段(200)分别与所述撞块仓(500)和所述气瓶段(600)连接，所述撞块(300)可移动地设置在所述撞块仓(500)内，所述高压气瓶(400)设置在所述气瓶段(600)内。
9.根据权利要求8所述的超空泡缩比模型，其特征在于，所述撞块(300)具有多个通气孔(300a)，多个所述通气孔(300a)沿所述撞块(300)的周向间隔设置，多个所述通气孔(300a)均与所述撞针容纳孔(13b)相连通。
10.根据权利要求8所述的超空泡缩比模型，其特征在于，所述高压气瓶(400)包括碳纤维气瓶或铝合金气瓶。
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