CN113567272A - 实验室用二级增压大口径空气炮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实验室用二级增压大口径空气炮，包括快速装填模块、后端模块、释放机构、第一炮管、第二炮管、二级增压模块和气压缸。实验室环境条件下，实验装置安全气压一般不超过1MPa，由于气压及高压气室容积限制，常规实验室用单级气源空气炮所获得的试验弹发射速度有限。本发明设计了一种实验室用二级增压大口径空气炮，当所有气室内气体达到要求压强时，释放机构释放试验弹，第一级气源驱动试验弹在第一炮管中加速运动；当试验弹通过二级增压模块时，第二级高压气体作用在试验弹上，接力推动试验弹在第二炮管中继续加速运动。本发明可在实验室有限气压条件下实现测试体的高速发射。
Description
技术领域
本发明属于高冲击力学测试领域，具体涉及一种实验室用二级增压大口径空气炮。
背景技术
硬目标侵彻武器已经成为了实施打击高价值目标不可或缺的武器，备受世界各国关注。硬目标侵彻引信作为侵彻弹药的炸点控制系统，是弹丸战斗部的重要组成部分。硬目标侵彻引信在研制、定型、验收等阶段中，必要进行抗高冲击试验。另外现代战争中对于火工品能否满足高过载的要求越来越高，这项性能一直是评价火工品安全可靠性的重要指标之一。由于靶场试验耗费高，时间长，回收性差，国内外学者检验引信及火工品的抗过载性能时，多采用空气炮进行试验。在公开号为209459517U的发明中，发明人提出了通过直接将炮弹填装在装弹结构中，再由滑套带动装弹机构滑动至全覆盖装弹结构，完成炮弹的填装；在公开号为208751364U的发明中，发明人提出了以电磁炮作为首级驱动产生高温高压的轻质气体，然后在二级驱动中通过前一级的高温高压的轻质气体发射弹丸；在公开号为103512423A的发明中，发明人提出了通过带预应力槽金属膜片在高压空气作用下的瞬间破裂来提供较大的初始发射压力，再通过拉瓦尔喷管增速段膨胀高压空气跨越音速，推动弹丸以超音速发射。采用滑索装填方式主要用于解决用工具将炮弹从炮口捅到炮管根部繁琐的步骤，不适用于炮弹从炮管根部装填的情况；采用二级驱动的轻气炮主要用于数十毫米口径的试验弹的高速试验，口径较小；采用破膜式气体释放时金属膜片破裂后会随高速弹体一起运动，存在安全隐患，且重复精度差，难保证发射气流的均匀作用。另外，在高压气室容积固定时，目前空气炮要获得较高的发射速度，研究人员都选择向气室中充入较高的初始气压，这在实验室试验中有一定的风险。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种实验室用二级增压大口径空气炮，有效解决了现有试验弹由于密封要求而导致的炮口装填困难问题以及实验室安全气压下难以获得高速冲击的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种实验室用二级增压大口径空气炮，包括快速装填模块、后端模块、释放机构、第一炮管、第二炮管、二级增压模块和气压缸；沿水平方向依次布置快速装填模块、后端模块、第一炮管、二级增压模块和第二炮管，气压缸与释放机构连接，释放机构与后端模块连接。
每次装填一发试验弹，试验弹经快速装填模块送入后端模块后，试验弹的后端面受到高压气体作用，由于释放机构中活塞轴的阻挡作用，试验弹不能发射，气压缸驱动释放机构中活塞轴脱离后端模块，随即试验弹被发射，然后在第一炮管中加速运动；当试验弹通过二级增压模块时，二级增压模块中高压气体作用到试验弹上；试验弹在第二炮管中继续加速运动，实现试验弹的高速发射。
本发明相比于现有的技术，其优点在于：
（1）快速装填模块中的平行四连杆机构转动副以及移动副的接触表面是平面，耐磨损，易于获得较高的制造精度；试验弹使用快速装填模块易于装填，同时避免装填不当造成试验弹与装炮口磕碰和变形。
（2）高压气室多，容积大，可在较小气压下实现大口径试验弹的高过载冲击；二级增压模块可单一控制第三高压气室和第四高压气室内气体释放，使得空气炮气体容积可调。
（3）模块间通过螺栓连接，方便更换。
附图说明
图1为本发明实施例中空气炮的整体上视图。
图2为本发明实施例中空气炮的快速装填模块的斜视图。
图3为本发明实施例中空气炮的后端模块的上剖视图。
图4为本发明实施例中空气炮的二级增压模块的上剖视图。
具体实施方式
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。根据本发明实施例设计了一种实验室用二级增压大口径空气炮，可用于侵彻引信及火工品的高过载冲击考核，并可拓展应用于其他结构件、电子产品、材料等的高冲击测试。
结合图1~图4，所述实验室用二级增压大口径空气炮，包括快速装填模块1、后端模块2、释放机构3、第一炮管7、第二炮管11、二级增压模块8和气压缸4；沿水平方向依次布置快速装填模块1、后端模块2、第一炮管7、二级增压模块8和第二炮管11，气压缸4与释放机构3连接，释放机构3与后端模块2连接。
在实际应用中，空气压缩机16将空气增压后充入储气瓶15，储气瓶15与所有高压气室以及气压缸4连接；储气瓶15出口管道放置总截止阀14，通向气压缸4的管道放置第一截止阀18，通向每个高压气室的管道分别放置电磁截止阀17。每次装填一发试验弹23，试验弹23经快速装填模块1送入后端模块2后，试验弹23的后端面受到高压气体作用，气压缸4驱动释放机构3释放试验弹23，随即试验弹23在第一炮管7中加速运动；当试验弹23通过二级增压模块8时，二级增压模块8中高压气体作用到试验弹23上；试验弹23在第二炮管11中继续加速运动，实现试验弹23的高速发射。
如图2所示，后端模块2包括后端模块基体20、第一高压气室19、炮闩21、葛兰头22、第二高压气室25。后端模块2整体可通过螺栓固定在炮尾基体5上。后端模块基体20为长方体，沿其长轴的中心轴线方向开有第一通腔，每个高压气室底部有两个支座26。后端模块基体20侧壁与高压气室接触面放置第二O型密封圈29，增加密封性；高压气室出气口后侧为圆盘形壁面，放置铅垫片27，将圆盘形壁面和后端模块基体20侧壁形成密封接触面。后端模块基体20第一通腔后端加工出螺纹，与炮闩21连接。前端通过密封胶连接第一炮管7；试验弹腔直径为130mm，第一通腔沿中轴线上炮闩腔与第一炮管腔都稍大于试验弹腔。第一高压气室19和第二高压气室25对称设置在第一通腔的左右两侧，与第一通腔连通，且靠近炮闩21，第二高压气室25前方的后端模块基体20上开有连接孔28，用于连接释放机构3。试验弹23直径为130mm，释放前初始位置如图2所示，弹身加工环形槽，槽内放置第一O型密封圈24，保证密封。炮闩21沿中轴线设有通孔，通孔出口一端连接葛兰头22；测试线通过葛兰头22、炮闩孔，最终连接在试验弹23上，可实现测试过程中的同步信号传输。
如图3所示，快速装填模块1包括机架30、连杆32、固定弹托33、滑动弹托34、调高垫片35和两根摇杆31。机架30为长条形基座，沿其中心轴线方向开有一条水平开口槽；两根摇杆31平行间隔设置，且一端插入开口槽与开口槽转动连接，同时两根摇杆31顶面和底面均与开口槽内壁保证面接触；连杆32的两端分别与两根摇杆31的另一端转动连接，连杆32、机架30以及两根摇杆31构成平行四连杆机构，连杆32可以稳定水平移动；固定弹托33为一端开口的半圆柱壳体，固定在连杆32的外侧，滑动弹托34为两端开口的半圆柱壳体，滑动设置在固定弹托33顶面；滑动弹托34底部表面与固定弹托33上表面及后端模块基体20炮闩腔表面均相切，同时滑动弹托34上部表面与试验弹23外表面相切。根据尺寸关系，使用时，将固定弹托33前端平移至后端模块基体20后端面时，滑动弹托34能够带动其上的试验弹23滑动至后端模块基体20的第一腔体内；同时，试验弹23能够顺利的推入试验弹腔中。这个过程中，试验弹23不会与后端模块基体20产生磕碰，方便了试验弹23的装填。调高垫片35为长方体薄片，用于安装时调节快速装填模块1的高度。
释放机构3（可参考《高过载宽脉冲空气击锤设计及试验技术研究_门士滢》）中的活塞轴前端伸入后端模块基体20第一腔体内，挡在试验弹23前方；活塞轴后端与气压缸4固连。释放机构3的活塞轴可在气压缸4驱动下轴向移动，脱离后端模块基体20第一腔体，完成试验弹23的发射。由于靠释放机构3机械位移方式释放试验弹23，因此牢固可靠，增加了实验室试验的安全性。
如图4所示，所述二级增压模块8包括增压模块基体39、第三高压气室36、第四高压气室40、第一增压控制组件和第二增压控制组件。增压模块基体39包括中心轴线共面的第二通腔、第三通腔、第四通腔、第五通腔和第六通腔；第二通腔后端通过第一炮管7和第一通腔固定连通，前端固定连接第二炮管11；第三通腔和第四通腔对称共轴设置在第二通腔的圆周外壁两侧，并与第二通腔垂直连通；第五通腔和第三通腔垂直连通，第六通腔和第四通腔垂直连通。第三高压气室36与第三通腔外端面固连，第四高压气室40与第四通腔外端面固连，高压气室与增压模块基体39的连接方式和后端模块2中高压气室与后端模块基体20的连接方式相同，不再重复表述；第一增压控制组件连接在第五通腔上，第二增压控制组件连接在第六通腔上。
第一增压控制组件和第二增压控制组件结构相同，可分别独立作用，因而可以控制第三高压气室和第四高压气室独立或共同工作。第一增压控制组件包括控制轴37、铁制开关42、端盖43和两块L形的电磁铁44；控制轴37包括自后向前依次连接的第一圆柱和第二圆柱，第一圆柱直径大于第二圆柱直径；第一圆柱后端面中心开有一个盲孔，在盲孔底部向其对应的高压气室方向开有一个通孔；为保证密封，第一圆柱表面靠近第二圆柱处开有环形槽，槽内放置第三O型密封圈38；端盖43固定在第五通腔的外端面，缓冲垫片41放置在端盖43内侧面，端盖43和缓冲垫片41均设有中心孔；两块L形的电磁铁44对称固定在端盖43和第五通腔外壁；铁制开关42包括底盘和固定在底盘内壁面中心的第三圆柱，底盘位于L形的电磁铁44外侧，第三圆柱穿过端盖43和缓冲垫片41的中心孔与第二圆柱固连，且第二圆柱和第三圆柱直径稍小于中心孔直径，方便控制轴37移动。
第三或第四高压气室中的高压气体通过控制轴37周向孔直接作用在控制轴37底端。铁制开关42被电磁铁44吸附时，控制轴37不能轴向移动。试验弹23运动至二级增压模块8时，电磁铁44失电；控制轴37在其底端的高压气体作用下轴向移动，最终撞击在缓冲垫片41上。然后二级增压模块8中的高压气体进入第二通腔，作用在试验弹23后端面，推动试验弹23继续加速运动。
如图1所示，快速装填模块1、后端模块2、气压缸4均通过炮尾基体5固定在整体基座10上；二级增压模块8通过中部基体9固定在整体基座10上；第一炮管7和第二炮管11内径为130mm，通过三爪卡盘6固定在整体基座10上。在第二炮管11出炮口处设有炮口制退器12和测速系统13，炮口制退器12和测速系统13固定于整体基座10上；炮口制退器12用来减小空气炮的后座力；测速系统13用来测量试验弹23速度。
安装时的注意事项：
（1）后端模块、二级增压模块与两炮管均水平放置且固定牢固。
（2）后端模块、二级增压模块与两炮管应保持对应孔腔同轴心。
（3）装置应具有良好地防护装置。
实施例
本发明为一种实验室用二级增压大口径空气炮，包括快速装填模块1、后端模块2、试验弹23、释放机构3、第一炮管7、第二炮管11、二级增压模块8和气压缸4。
在实际应用中，空气压缩机16将空气增压后充入储气瓶15，打开电磁截止阀17和第一截止阀18，通过气压缸4驱动释放机构3中活塞轴前端伸入后端模块基体20第一通腔。试验弹23放进滑动弹托34，转动摇杆31，带动固定弹托33水平移动至后端模块基体20，将滑动弹托34滑入后端模块基体20炮闩腔，然后将试验弹23滑入后端模块基体20试验弹腔，直至与释放机构中活塞轴接触。将炮闩21旋进炮闩孔，拧紧葛兰头22，完成试验弹23的装填。然后二级增压模块8中，电磁铁44充电，吸附铁制开关42。打开电磁截止阀17，为每个高压气室充入指定压强的空气，然后关闭电磁截止阀17。通过气压缸4驱动释放机构3释放试验弹23，当试验弹23运动至二级增压模块8时，计算机控制电磁铁44失电，控制轴37在其底端高压气体作用下轴向移动，最终撞击在缓冲垫片41上。同时二级增压模块8高压气室中高压气体进入第二通腔，作用在试验弹23后端面，推动试验弹23继续加速运动。根据计算分析，试验弹23运动至二级增压模块8的时间极短，约在毫秒级，因此需通过计算机控制延时时间，在气压缸4作用后，立即将电磁铁44失电。
虽然在本文中基于典型的实施方式描述了所公开的发明，但应理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例，对实施例进行少许修改，可以生成其他类似实施例，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。可通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征，并且单独实施例所描述的特征也可以使用在其他所述实施例中。
Claims (6)
1.一种实验室用二级增压大口径空气炮，其特征在于：包括快速装填模块（1）、后端模块（2）、释放机构（3）、第一炮管（7）、第二炮管（11）、二级增压模块（8）和气压缸（4）；沿水平方向依次布置快速装填模块（1）、后端模块（2）、第一炮管（7）、二级增压模块（8）和第二炮管（11），气压缸（4）与释放机构（3）连接，释放机构（3）与后端模块（2）连接；
每次装填一发试验弹（23），试验弹（23）经快速装填模块（1）送入后端模块（2）后，试验弹（23）的后端面受到高压气体作用，由于释放机构（3）中活塞轴的阻挡作用，试验弹（23）不能发射，气压缸（4）驱动释放机构（3）中活塞轴脱离后端模块（2），随即试验弹（23）被发射，然后在第一炮管（7）中加速运动；当试验弹（23）通过二级增压模块（8）时，二级增压模块（8）中高压气体作用到试验弹（23）上；试验弹（23）在第二炮管（11）中继续加速运动，实现试验弹（23）的高速发射。
2.根据权利要求1所述一种实验室用二级增压大口径空气炮，其特征在于：所述后端模块（2）包括后端模块基体（20）、第一高压气室（19）、炮闩（21）、葛兰头（22）、第二高压气室（25）；后端模块基体（20）为长方体，沿其长轴的中心轴线方向开有第一通腔，炮闩（21）固定在第一通腔的后部，第一高压气室（19）和第二高压气室（25）对称设置在第一通腔的左右两侧，与第一通腔连通，且靠近炮闩（21），第二高压气室（25）前方的后端模块基体（20）上开有连接孔（28），用于连接释放机构（3），炮闩（21）沿中轴线设有通孔，通孔出口一端固定连接葛兰头（22）。
3.根据权利要求2所述的实验室用二级增压大口径空气炮，其特征在于：快速装填模块（1）包括机架（30）、连杆（32）、固定弹托（33）、滑动弹托（34）、调高垫片（35）和两根摇杆（31）；机架（30）为长条形基座，沿其中心轴线方向开有一条水平开口槽；两根摇杆（31）平行间隔设置，且一端插入开口槽与开口槽转动连接；连杆（32）的两端分别与两根摇杆（31）的另一端转动连接，连杆（32）、机架（30）以及两根摇杆（31）构成平行四连杆机构；固定弹托（33）固定在连杆（32）的外侧，滑动弹托（34）滑动设置在固定弹托（33）顶面，当固定弹托（33）前端平移至后端模块基体（20）后端面时，滑动弹托（34）带动其上的试验弹（23）滑动至后端模块基体（20）的第一腔体内。
4.根据权利要求3所述的实验室用二级增压大口径空气炮，其特征在于：所述二级增压模块（8）包括增压模块基体（39）、第三高压气室（36）、第四高压气室（40）、第一增压控制组件和第二增压控制组件；增压模块基体（39）包括中心轴线共面的第二通腔、第三通腔、第四通腔、第五通腔和第六通腔；第二通腔后端通过第一炮管（7）和第一通腔连通，前端连接第二炮管（11）；第三通腔和第四通腔对称共轴设置在第二通腔的圆周外壁两侧，并与第二通腔垂直连通；第五通腔和第三通腔垂直连通，第六通腔和第四通腔垂直连通；
第三高压气室（36）与第三通腔外端面固连，第四高压气室（40）与第四通腔外端面固连；第一增压控制组件连接在第五通腔上，第二增压控制组件连接在第六通腔上。
5.根据权利要求4所述的实验室用二级增压大口径空气炮，其特征在于：第一增压控制组件和第二增压控制组件结构相同。
6.根据权利要求5所述的实验室用二级增压大口径空气炮，其特征在于：第一增压控制组件包括控制轴（37）、铁制开关（42）、端盖（43）和两块L形的电磁铁（44）；控制轴（37）包括自后向前依次连接的第一圆柱和第二圆柱，第一圆柱直径大于第二圆柱直径；第一圆柱后端面中心开有一个盲孔，在盲孔底部向其对应的高压气室方向开有一个通孔；端盖（43）固定在第五通腔的外端面，设有中心孔；两块L形的电磁铁（44）对称固定在端盖（43）和第五通腔外壁；铁制开关（42）包括底盘和固定在底盘内壁面中心的第三圆柱，底盘位于L形的电磁铁（44）外侧，第三圆柱穿过端盖（43）的中心孔与第二圆柱固连；当试验弹（23）运动至二级增压模块（8）时，二级增压模块（8）产生的第二级高压气体作用在试验弹（23）上，推动试验弹（23）继续向前加速运动。
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- 2021-06-25 CN CN202110709642.9A patent/CN113567272B/zh active Active
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| CN113567272B (zh) | 2024-06-07 |
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