CN113804062A - 一种电热化学焰火发射装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种电热化学焰火发射装置及方法，该发射装置包括电热化学焰火弹、发射器和放电回路；其中，电热化学焰火弹由药筒、等离子体发生器、消融材料和焰火弹丸组成，发射器由身管、支撑系统和药室组成，放电回路由脉冲电源、初级能源和高压电缆组成。通过调节脉冲电源产生的脉冲电流的波形和幅值，控制等离子体发生器产生的等离子体温度和压力，从而获得不同的做功能力，能够精确获得焰火弹丸的不同发射初速，从而使焰火弹丸达到焰火所需的预定发射高度，增强焰火发射高度和发射方向的可控性，同时降低发射过程中对焰火弹丸的冲击破坏，提高焰火发射精度及焰火发射装置机械刚度，保证特定文字或图案焰火按设计效果实现。
Description
技术领域
本发明属于焰火燃放技术领域，具体涉及一种电热化学焰火发射装置及方法。
背景技术
近些年，特定文字及图案的特效焰火已成为我国举办盛大活动不可或缺的环节和万众瞩目的亮点。我国的特效焰火膛压发射技术虽处于世界焰火技术领域前列，但在焰火发射精度及高度控制方面仍有较大进步空间。
目前很多焰火弹仍然使用炸药替代火药提供发射动力，并因此导致其膛压曲线呈现出极端的先高后低脉冲特征。高膛压对炮管冲击严重，而且高膛压脉冲做功效率较低，在球形弹丸高阻力特征下，整个发射装置的发射效率很低。曾有人提出通过改变分压的方式控制发射高度，但由于火药点火的随机性和燃烧的不稳定性，导致发射高度控制无法达到预期效果。
中国专利CN101240992B提出一种定程分压可控烟火燃放的装置，该装置采用容积大小可调的泄压仓及发射角度可调的发射架基座。装置机械原理为通过蜗轮蜗杆机构推动膛腔活塞实现泄压仓容积大小调节；通过3-RPR+S并联机构实现发射管倾斜角度调节。该装置试图使用同一装置发射不同角度及不同高度的特效焰火，以实现较大范围的可调性和较强的通用性。但由于特效焰火发射的瞬间会对发射机架产生巨大的反作用力且具有超高压强，反冲力会对蜗轮蜗杆机构及3-RPR+S并联机构这种柔性强、刚性差的机构产生较大的振动破坏。在实际应用中，装置使用寿命和机构稳定性难以保证。同时，弹药在燃烧仓爆炸瞬间，高压气流致使活塞下移，无法实现准确分压，发射精度难以保证，发射高度难以控制。该技术方案中对发射装置的分压控制方式采用扩增发射管容积的方法，但是在火药发射过程中，由于火药燃速的影响，在膛压波峰之后管内开始逐步衰减，从燃烧开始到火药气体触及管体底部达成气压平衡需要比较长的时间，在点火到焰火弹出膛整个发射过程中无法建立平衡过程，因此无法通过气压控制方式实现发射高度的可控调整。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种电热化学焰火发射装置及方法，以解决如何控制焰火发射精度及发射高度的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种电热化学焰火发射装置，该发射装置包括电热化学焰火弹、发射器和放电回路；其中，
电热化学焰火弹由药筒、等离子体发生器、消融材料或含能材料和焰火弹丸组成；其中，药筒用于为焰火弹丸和等离子体发生器提供初始固定位置，为等离子体发生器提供输电接口，以及为高压等离子体的产生和流动提供初始空间；焰火弹丸固定在药筒前端；等离子体发生器安装在药筒内部，用于产生高压等离子体并推动焰火弹丸沿身管方向加速运动；等离子体发生器的输电端经药筒底部与高功率脉冲电源相连；等离子体发生器的前端等离子体腔内设置有金属丝，金属丝与药筒内壁之间设置有消融材料或含能材料；
发射器由身管、支撑系统和药室组成；其中，身管作为整个发射装置的结构主体，通过耳轴与支撑系统相连接；支撑系统用于为整个发射装置提供稳定结构支撑以及确定射向；药室位于身管尾部，用于装填电热化学焰火弹；
放电回路由脉冲电源、初级能源和高压电缆组成；其中，脉冲电源一端通过充电电路从初级能源获取能量，并可采用多种形式储能，另一端通过高压电缆与电热化学焰火弹中的等离子体发生器连接，将初级能源的能量经升压后形成满足等离子体发生器使用需要的脉冲电流。
进一步地，消融材料或含能材料具有高压绝缘特性。
进一步地，初级能源为能够提供初始电能的装置。
进一步地，初级能源为交流市电、直流蓄电池或发电机组。
此外，本发明还提出一种电热化学焰火弹发射方法，该方法采用上述电热化学焰火发射装置进行发射。
进一步地，发射方法包括：使用支撑系统调节并固定发射器身管的方向和角度，将电热化学焰火弹装入发射器的药室内，用高压电缆连接等离子体发生器和脉冲电源，形成放电回路；控制初级能源向脉冲电源充电，充电完成后，控制脉冲电源向等离子体发生器放电，击发产生高压等离子体，推动焰火弹丸沿身管出口方向加速运动，直至脱离身管，飞至预定高度后爆炸，以产生特定文字或图案焰火。
进一步地，通过调节脉冲电源所产生脉冲电流的波形和幅值，控制等离子体发生器所产生的等离子体温度和压力，从而获得不同的做功能力，获得焰火弹丸的不同发射初速，使焰火弹丸达到焰火所需的预定发射高度。
(三)有益效果
本发明提出一种电热化学焰火发射装置及方法，该发射装置包括电热化学焰火弹、发射器和放电回路；其中，电热化学焰火弹由药筒、等离子体发生器、消融材料和焰火弹丸组成，发射器由身管、支撑系统和药室组成，放电回路由脉冲电源、初级能源和高压电缆组成。通过调节脉冲电源产生的脉冲电流的波形和幅值，控制等离子体发生器产生的等离子体温度和压力，从而获得不同的做功能力，能够精确获得焰火弹丸的不同发射初速，从而使焰火弹丸达到焰火所需的预定发射高度，增强焰火发射高度和发射方向的可控性，同时降低发射过程中对焰火弹丸的冲击破坏，提高焰火发射精度及焰火发射装置机械刚度，保证特定文字或图案焰火按设计效果实现。
附图说明
图1为本发明实施例的电热化学焰火发射装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种电热化学焰火发射装置，其结构如图1所示，主要包括电热化学焰火弹、发射器和放电回路。
电热化学焰火弹主要由药筒2、等离子体发生器3、消融材料或含能材料4和焰火弹丸5组成。其中，药筒2用于为焰火弹丸5和等离子体发生器3提供初始固定位置，为等离子体发生器3提供输电接口，以及为高压等离子体的产生和流动提供初始空间。焰火弹丸5固定在药筒2的前端。等离子体发生器3安装在药筒1的内部，用于产生高压等离子体并推动焰火弹丸5沿身管1的方向加速运动。等离子体发生器3的输电端经药筒2的底部与高功率脉冲电源7相连。等离子体发生器3的前端等离子体腔内设置有金属丝，金属丝与药筒2的内壁之间设置有消融材料或含能材料4，用于绝缘两极并保持高压气体产量。其中，消融材料可以为聚乙烯或聚丙烯等。当需要控制爆炸压力时，使用消融材料，当需要加强爆炸压力时，使用含能材料。
发射器主要由身管1、支撑系统和炮尾机构组成。其中，身管1为金属管状物，作为整个发射装置的结构主体，通过耳轴与支撑系统相连接。支撑系统用于为整个发射装置提供稳定结构支撑以及确定射向。炮尾机构位于身管后部，用于固定支撑药筒和闭锁药室。
放电回路主要由脉冲电源7、初级能源8和高压电缆6组成。其中，脉冲电源7一端通过充电电路从初级能源8获取能量，并可采用多种形式储能，另一端通过高压电缆6与电热化学焰火弹中的等离子体发生器3连接，将初级能源8的能量经升压后形成满足等离子体发生器3使用需要的脉冲电流。本实施例中，初级能源8为交流市电。
本发明的电热化学焰火发射装置使用方法为：使用支撑系统调节并固定发射器身管1的方向和角度，将电热化学焰火弹装入发射器的药室内，用高压电缆6连接等离子体发生器3和脉冲电源7，形成放电回路。控制初级能源8向脉冲电源7充电，充电完成后，控制脉冲电源7向等离子体发生器3放电，击发产生高压等离子体，推动焰火弹丸5沿身管1的出口方向进行加速运动，直至脱离身管1，飞至预定高度后爆炸，以产生特定文字或图案焰火。通过调节脉冲电源7所产生的脉冲电流的波形和幅值，控制等离子体发生器3所产生的等离子体温度和压力，从而获得不同的做功能力，能够精确获得焰火弹丸5的不同发射初速，从而使焰火弹丸5达到焰火所需的预定发射高度，增强焰火发射高度和发射方向的可控性，同时降低发射过程中对焰火弹丸5的冲击破坏，提高焰火发射精度及焰火发射装置机械刚度，保证特定文字或图案焰火按设计效果实现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种电热化学焰火发射装置，其特征在于，所述发射装置包括电热化学焰火弹、发射器和放电回路；其中，
所述电热化学焰火弹由药筒、等离子体发生器、消融材料或含能材料和焰火弹丸组成；其中，所述药筒用于为焰火弹丸和等离子体发生器提供初始固定位置，为等离子体发生器提供输电接口，以及为高压等离子体的产生和流动提供初始空间；所述焰火弹丸固定在药筒前端；所述等离子体发生器安装在药筒内部，用于产生高压等离子体并推动焰火弹丸沿身管方向加速运动；所述等离子体发生器的输电端经药筒底部与高功率脉冲电源相连；所述等离子体发生器的前端等离子体腔内设置有金属丝，所述金属丝与药筒内壁之间设置有所述消融材料或含能材料；
所述发射器由身管、支撑系统和药室组成；其中，所述身管作为整个发射装置的结构主体，通过耳轴与支撑系统相连接；所述支撑系统用于为整个发射装置提供稳定结构支撑以及确定射向；所述药室位于身管尾部，用于装填所述电热化学焰火弹；
所述放电回路由脉冲电源、初级能源和高压电缆组成；其中，所述脉冲电源一端通过充电电路从初级能源获取能量，并可采用多种形式储能，另一端通过高压电缆与所述电热化学焰火弹中的等离子体发生器连接，将所述初级能源的能量经升压后形成满足等离子体发生器使用需要的脉冲电流。
2.如权利要求1所述的电热化学焰火发射装置，其特征在于，所述消融材料或含能材料具有高压绝缘特性。
3.如权利要求1所述的电热化学焰火发射装置，其特征在于，所述初级能源为能够提供初始电能的装置。
4.如权利要求1所述的电热化学焰火发射装置，其特征在于，所述初级能源为交流市电、直流蓄电池或发电机组。
5.一种电热化学焰火弹发射方法，其特征在于，所述方法采用上述任一项权利要求所述的电热化学焰火发射装置进行发射。
6.如权利要求5所述的电热化学焰火发射方法，其特征在于，所述发射方法包括：使用所述支撑系统调节并固定发射器身管的方向和角度，将所述电热化学焰火弹装入发射器的药室内，用高压电缆连接等离子体发生器和脉冲电源，形成放电回路；控制所述初级能源向脉冲电源充电，充电完成后，控制脉冲电源向等离子体发生器放电，击发产生高压等离子体，推动焰火弹丸沿身管出口方向加速运动，直至脱离身管，飞至预定高度后爆炸，以产生特定文字或图案焰火。
7.如权利要求6所述的电热化学焰火发射方法，其特征在于，通过调节脉冲电源所产生脉冲电流的波形和幅值，控制等离子体发生器所产生的等离子体温度和压力，从而获得不同的做功能力，获得焰火弹丸的不同发射初速，使焰火弹丸达到焰火所需的预定发射高度。
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