CN113834379B - 超临界二氧化碳气体炮的发射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超临界二氧化碳气体炮的发射方法，包括步骤1、调整炮管发射方向；步骤2、主气室和弹体后端的炮管后端内腔抽真空；步骤3、向主气室压入液态CO₂；步骤4、CO₂加热至超临界态；步骤5、打开连通主气室和炮管后端内腔的导气孔；步骤6、超临界态CO₂助推放置有弹体的弹托发射；步骤7、弹体与弹托分离。本发明利用二氧化碳从液态至超临界态的相态转变特性，从而实现更大功率密度的储能，发射周期短。同时，二氧化碳性质稳定，对储存和运输的环境要求低。

Description

超临界二氧化碳气体炮的发射方法

技术领域

本发明涉及一种气体炮的发射方法，特别是一种超临界二氧化碳气体炮的发射方法。

背景技术

气体炮是利用空气动力原理，以压缩气体为工作介质，由差压装置和可实现自动控制的快速排气阀瞬间将气体压力能转变成空气射流动力能并产生强大冲击力的装置，且气体炮具有高速发射弹体等载荷的能力，它的冲击加载可在固体材料中产生几百MPa至几百GPa 的冲击波压力。气体压力能越大，瞬间排放的气流加速度越高，具有的空气射流动力能就越高，气体炮产生的冲击力也就越强大。利用气体炮爆炸瞬间排放高速气流的强大驱动力，易于实现高加速度冲击力学环境。由于上述特点，气体炮技术逐步在抢险救灾、紧急救援、部队日常训练等领域中得到应用。本设计以创新气体炮结构设计和应用前景为目标，旨在将气体炮应用于小型运载火箭发射。

现阶段运载火箭发射主要分为两种方式：热发射和冷发射。

热发射作为传统发射模式，具有以下特点：(1)结构简单，便于设计和大批量生产。(2) 常温常压即可进行发射，对环境要求较低。(3)一种发射筒便可兼容多种运载火箭，具有较高的兼容性。(4)技术较为成熟，安全系数更高，承担风险较小。但热发射的缺点也是显而易见的：由于火箭直接在发射管或发射井内点火，高温高压的尾焰对于发射管或发射井的灼烧以及对相邻较近的地面设备的烧蚀危害是不可避免的，每次发射后都需要大量的经费来恢复发射设备。

冷发射作为新型发射方式，它所具有特点如下：(1)冷发射不再受到发射管的隔热问题困扰，因此冷发射筒不需要设置导焰道，对洲际导弹来说，可以把发射井设计的更加坚固。 (2)导弹空中点火，意味着对发射筒的损伤会大幅度降低，这点尤其适合核潜艇发射导弹，发射后导弹再独立点火，对核潜艇强度要求可降低很多，同时对核潜艇使用寿命的延长也多有益处。(3)减少了导弹点火失败或者运转不正常时在发射筒自爆的风险。然而，现阶段的冷发射也具有不少缺点：首先现阶段冷发射多采用压缩空气或轻质气体来进行助推，但压缩空气由于气体特性，需要较大的空气压缩装置，并且准备时间较长，这就会导致发射周期的增长，无法跟上越来越快的战场节奏。而轻质气体由于其气体性质的不稳定，极易发生爆炸风险，对于储存和运输的环境要求较高，很多情况并不能满足其要求，这就导致了其适用性的降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种超临界二氧化碳气体炮的发射方法，该超临界二氧化碳气体炮的发射方法利用二氧化碳从液态至超临界态的相态转变特性，从而实现更大功率密度的储能，发射周期短。同时，二氧化碳性质稳定，对储存和运输的环境要求低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种超临界二氧化碳气体炮的发射方法，包括如下步骤。

步骤1、调整炮管发射方向：根据弹体发射要求，调整炮管的方向和发射角度。

步骤2、抽真空：主气室同轴套设在炮管后端的导气孔外侧的炮管上，弹体位于炮管内；打开真空泵和真空阀，将主气室和弹体后端的炮管后端内腔抽真空，放置有弹体的弹托将在外界大气压的作用下，向炮管后端移动，并将炮管后端的若干个导气孔进行密封。

步骤3、压入液态CO₂：关闭真空阀，打开CO₂注入阀，CO₂储气罐通过CO₂注气孔向主气室内注入液态CO₂，直至主气室达到设定压力。

步骤4、CO₂加热至超临界态：开启加热装置，加热主气室内的液态CO₂，使其达到超临界态。

步骤5、打开导气孔：打开电子真空阀，位于主气室内的超临界态CO₂，将通过临界CO₂导气管进入炮管后端内腔，进而推动放置有弹体的弹托向前移动，并使炮管后端的若干个导气孔均打开。

步骤6、弹体发射：在步骤5中导气孔打开的同时，位于主气室内的超临界态CO₂，将通过若干个导气孔进入炮管后端内腔，与从临界CO₂导气管进入的超临界态CO₂，共同助推放置有弹体的弹托发射。

步骤7、弹体与弹托分离：弹托发射过程中，放置有弹体的弹托被拦截板阻拦，与弹体分离，弹体从拦截板中心的弹体通孔通过，实现单独发射。

步骤1中的弹体为弹丸、小型运载火箭或能折叠为柱状的无人机；炮管的发射角度为 0～90°；当弹体为小型运载火箭时，炮管的发射角度为90°的垂直发射。

当弹体为小型运载火箭时，通过缩减步骤3中主气室的设定压力，使弹体的加速度不超过设定的加速度阈值，并使弹体从炮管的出口速度达到运载火箭地面冷发射的要求。

小型运载火箭为CZ-11运载火箭，超临界二氧化碳气体炮的炮管长度为18m，弹体的加速度阈值为6.5g，其中，g为重力加速度；当主气室的设定压力缩减至1.357Mpa时，弹体从炮管的出口速度能达到46.944m/s，进而达到运载火箭地面冷发射的要求。

步骤2中，炮管后端设置有六个导气孔，每个导气孔均为长方形孔。

步骤4中加热装置为电加热装置和化学放热装置的组合；当有电源时，采用电加热装置；当在户外使用，无电源时，采用化学放热装置。

化学放热装置为镁粉二氧化碳反应的化学放热装置；镁粉存储在镁粉罐内，镁粉罐通过镁粉罐连接孔向主气室添加镁粉；镁粉罐连接孔与主气室的中心轴线呈45°的夹角。

步骤1中，通过底托调整炮管的方向和发射角度，具体调整方法为：通过在底托底部设置万向轮，转动底托，即可实现炮管发射方位的调整；通过在底托上设置液压支撑杆，并将主气室与底托相铰接，通过伸缩液压支撑杆，即能实现炮管发射角度的调整。

步骤6中，弹体发射时，弹体离开炮管的出口速度随着主气室内初始设定压力的增大而不断增大，但弹体离开炮管的加速度随着主气室内初始设定压力的增大而不断减小。

步骤6中，弹体发射时，随着弹体质量的降低，弹体运动距离将逐渐增大。

本发明具有如下有益效果：

1、超临界二氧化碳指的是二氧化碳在温度高于临界温度(31.26℃)，压力高于临界压力 (72.9atm)的状态，此时气液两相界面消失，密度近于液体，粘度近于气体，此时的二氧化碳既具有气体的性质，可以很容易地压缩或膨胀，又像液体一样，具有较大的密度，但它的黏度比液体小，有较好的流动性和热传导性能。本发明利用二氧化碳从液态至超临界态的相态转变特性，可以实现更大功率密度的储能。本发明采用液态二氧化碳加热达到超临界状态，一次发射之后可实现快速装填，做到连续发射，发射周期短。由于采用液态二氧化碳的超临界状态，使得装置处于低温环境，而且二氧化碳气体结构稳定，不与炮体材质发生化学反应，炮体几乎不会因为发射而有所损伤，拥有较长的工作寿命。

2、本发明配备电加热或镁粉和液态CO₂燃烧的双重加热装置，进而能在有电源或无电源情况下均可使用。尤其是镁粉的方案，不受电源功率显著，也带来了结构的简化，适用于野外、机动、战场作业等环境。该方案不仅可以用于导弹、火箭的地面助推，以此来节省火箭的燃料，增加其飞行时长和射程，同时可以减少对地面发射设备的损伤。如若将此装置大小加以调整，就可用于助推无人机，增加其初速度来节省能量。

3、本发明巧妙的将超临界二氧化碳排入炮管推动弹托发射。发射管与主气室之间采用同轴并联式结构来节省空间，更加便于携带。可以同时实现水平、倾斜和垂直三种发射方式。

附图说明

图1显示了本发明一种超临界二氧化碳气体炮的发射方法的立体结构示意图。

图2显示了本发明中主气室的立体结构图。

图3显示了本发明中弹体释放机构的立体放大示意图。

图4显示了本发明中弹体释放机构的剖面结构示意图。

图5显示了本发明中炮管的立体结构示意图。

图6显示了本发明中弹托拦截装置的立体结构示意图。

图7显示了本发明中弹托的立体结构示意图。

图8显示了本发明中弹托瓣的立体结构图；其中，图8(a)显示了弹托瓣中密封槽的结构示意图；图8(b)显示了弹托瓣中弹体支撑槽的结构示意图。

其中有：

10.主气室；11.炮管孔；12.CO₂注气孔；121.CO₂储气罐；13.安全阀接口；131.安全阀； 14.温度表孔；141.温度表；15.镁粉罐连接孔；16.加热棒连接孔；

20.炮管；21.导气孔；22.后外螺纹；23.前外螺纹；24.密封罩盖；25.充气孔；

30.弹托；31.弹托轴；32.球形弹体槽；33.弹托瓣；34.弹体支撑槽；35.密封槽；

41.真空泵；42.真空管；43.真空阀；

50.弹体；

61.临界CO₂导气管；62.电子真空阀；63.压力表；

70.电加热装置；71.加热棒；

80.弹托拦截装置；81.拦截板；82.双头螺杆；83.安装板；84.弹体通孔；

90.底托；91.支撑架；92.主气室夹套；93.炮管夹套；94.液压支撑杆；95.炮管水平固定卡箍；96.万向轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种超临界二氧化碳气体炮的发射方法，包括主气室10、炮管20、弹托30、弹体50、抽真空装置、CO₂储气罐121、弹体释放机构、弹托拦截装置80、加热装置70 和底托90。

如图4所示，弹托密封滑动式布设在炮管内腔中，弹托的前端放置弹体。弹托的结构如图7所示，弹托优选为圆筒形，其前端中心设置有弹托轴31，弹托轴的前端设置有球形弹体槽32，用于放置弹体。

上述弹托优选采用硬塑料材质，这样可以不仅可以减小与发射炮管的摩擦还能有较好的密封效果。

在弹托轴的外周围合有若干瓣的弹托瓣33，本实施例中优选为四瓣。弹托瓣和弹托的外周均设置有密封槽35，密封槽内均套设有密封圈。

弹托外周的密封圈，使弹托与炮管内壁密封滑动连接，进而保证弹托后端内腔的真封度。

上述弹托瓣上密封圈的设置，在能起到密封的作用，还能用来固定弹托瓣。

每个弹托瓣的结构如图8所示，在每片弹托瓣的前端内侧顶部均设置有弧形的弹体支撑槽34，用于支撑弹体。

上述球形弹体槽32和弹体支撑槽34相互配合，从而起到固定球形弹体的作用，保证弹体在发射管内不会从弹托上脱落。另外，采用的弹托瓣设计，可以在弹体发射出炮管之后，四瓣弹托瓣分离，弹体将不再受弹托限制，这样拦截板在拦截弹托时就不会对弹体的运动产生影响，保证了弹体的正常发射运动。

炮管的结构，如图5所示，炮管的后端优选设置有后外螺纹22，跑管的前端优选设置有前外螺纹，邻近后外螺纹的炮管上沿周向均匀布设有若干个导气孔21，优选为6个导气孔。每个导气孔均优选呈方形。这样设置的好处为：不仅可以确保满足气体的流量，还能够保证结构的强度，保证装置不会因膨胀冲击而遭到损坏，实现多次可重复使用。

炮管后端的后外螺纹22上优选螺纹连接有密封罩盖24，密封罩盖与弹托之间的炮管内腔称为炮管后端内腔；密封罩盖中心设置有与炮管后端内腔相连通的充气孔25。

炮管前端的前外螺纹上优选螺纹连接有弹托拦截装置，弹托拦截装置用于阻拦弹托，使弹体与弹托分离后发射。

如图6所示，弹托拦截装置包括安装板83、双头螺杆82和拦截板81。

安装板和拦截板平行布设，两者外缘通过若干根双头螺杆相连接；安装板的后端面螺纹套接在炮管前端的前外螺纹上，拦截板的中心设置有弹体通孔84，弹体通孔的直径大于弹体直径，但小于弹托外径(也即略小于炮管内径)。

进一步，拦截板朝向安装板的一侧安装有若干根弹簧，用于对弹托进行减震。

主气室同轴套设在导气孔外侧的炮管上，且能与每个导气孔均相连通。

主气室与炮管之间优选采用焊接的方式，以保证能够承受更高的压力和更好的封闭度。

如图2所示，主气室包括炮管孔11、CO₂注气孔12、安全阀接口13、温度表孔14、镁粉罐连接孔15和加热棒连接孔16。

炮管孔11用于套设炮管。

CO₂注气孔12上优选设置有两个相串联的三通阀，分别为三通阀一和三通阀二。

上述三通阀一的通道一与CO₂注气孔相连接，三通阀一的通道二用于安装压力表63，力表63能够监测主气室内的气体压力；三通阀一的通道三与三通阀二的通道一相连接。

上述安全阀接口13上安装有安全阀131，当主气室内压力超过阈值时，能通过安全阀进行泄压，保证主气室的安全。

上述温度表孔14用于安装温度表141，温度表能够监测主气室内的温度。

CO₂储气罐能向主气室加注液态CO₂。

CO₂储气罐优选通过CO₂注气管与三通阀二的通道二相连通；CO₂注气管上设置有CO₂注入阀122。

抽真空装置能对炮管后端内腔进行抽真空。抽真空装置优选包括真空泵41、真空管42 和真空阀43。

上述密封罩盖中心的充气孔上优选设置有三通阀三，三通阀三的通道一与充气孔相连通。

真空管的一端与真空泵相连接，真空管的另一端与三通阀三的通道二相连通，真空阀安装在真空管上。

弹体释放机构将主气室中的超临界二氧化碳，分别通过充气孔和导气孔，进入炮管后端内腔，从而推动弹托向前发射。

如图3和图4所示，弹体释放机构包括临界CO₂导气管61、电子真空阀62和上述压力表。

临界CO₂导气管的一端与三通阀二的通道三相连通，临界CO₂导气管的另一端与三通阀三的通道三相连通；电子真空阀安装在临界CO₂导气管上。

加热装置能使主气室中的液态CO₂加热形成为超临界二氧化碳，加热装置优选采用如下两种实施例。

一、加热装置为电加热装置70

电加热装置包括位于主气室内的加热棒71。

通过电解热的方式来升温主气室内的液态二氧化碳，使其达到超临界状态，使储存舱内压强迅速上升，此时观测压力表，当其达到所需要的压力时便可打开电子真空阀62，使主气室内的高压二氧化碳气体通过发射管道将其中的发射弹托和弹体迅速推出。

这种方式可以更加方便的控制主气室内的压力和温度，更加的安全，也能更加精确地控制要发射的飞行物的出口速度。这种模式适合在环境良好，具有电源的情况下采用。这种方式完全采用液态二氧化碳的物理变化来提供压力，绿色环保的同时由于采用的二氧化碳气体化学性质十分稳定，对本装置基本无损害，使得本装置可以不断的循环使用，工作寿命大大增长。

二、加热装置为化学放热装置

化学放热装置包括镁粉罐、点火装置和上述镁粉罐连接孔15；镁粉罐连接孔设置在主气室上，且与主气室的中心轴线呈45°的夹角，这样可以避免主气室内液态二氧化碳与镁粉罐内镁粉提前接触。在本发明中，当炮管的发射角度再0°至90°内变化时，由于镁粉罐倾斜45°，因而，无论炮管选择何种发射角度，都可以保持炮管与水平面呈现不小于45°的倾斜角度，进而保证镁粉罐内镁粉在需要时，可以全部进入主气室与液态二氧化碳进行反应，放出热量。

进一步，加热棒连接孔优选位于主气室后端下半部分，如此可以确保液态二氧化碳与加热棒保持直接接触，从而使热量传输效率达到最大。同时，由于采取了与炮管同心圆的套筒结构，可以减少炮体长度，节省空间，更加便于运输转移。

镁粉罐能通过镁粉罐连接孔向主气室内加注镁粉，点火装置设置在主气室内，用于点燃镁粉和液态CO₂。

在液态二氧化碳加装完毕后，封闭主气室，通过打火装置产生电火花，使镁粉与液体二氧化碳进行化学反应产生大量的热量。以此来加热其余的液态二氧化碳使其汽化，增大主气室内的压强。达到需要的压力阈值时自动打开电子真空阀62，使主气室内高压二氧化碳气体进入炮管，推动所需要发射的弹托和弹体迅速飞出。这种方式不需要很好的外界环境，可以在无电源的情况下使用，更加的简单便捷。同时所需要的准备时间也比上一种方式短，缩短了发射的准备周期。而且镁粉也更加的易于携带，更加适合在野外使用。

上述底托用于支撑主气室和炮管，底托优选包括支撑架91、主气室夹套92、炮管夹套 93、液压支撑杆94、炮管水平固定卡箍95和万向轮96。

上述支撑架91优选包括三角形支撑架和位于三角形支撑架顶部的梯形平台。其中，梯形平台的大底边邻近主气室设置。三角形支撑架优选包括三条斜腿和三条连杆，三条连杆分别用于连接三条斜腿底部。三条斜腿底部优选各设置有一个万向轮，万向轮上有可以升降的平面区域，当需要移动时，便将平面区域高度提升，重力支撑在橡胶轮上，便可进行推动转移。当需要发射时，便将平面区域降下或将万向轮向上翻转，让装置重力作用于平面区域上，这样就可以增大与地面摩擦，起到固定作用，同时还可以减缓炮体膨胀做功的后坐力。

上述主气室夹套优选通过铰链转动装置铰接在支撑架的后端顶面，且用于固定主气室。上述铰链转动装置上优选设置有旋转角度测量装置，如角度测量表盘等，能实现炮体的转动和发射角度测量。

上述炮管夹套套设在炮管外周，炮管夹套底端与液压支撑杆顶端相铰接，液压支撑杆底端铰接在支撑架上。通过液压支撑杆的长度伸缩，能实现炮体0°到90°之间发射角的需求。

上述炮管水平固定卡箍95优选可拆卸卡套在炮管前端，当炮管水平安装时，由于液压支撑杆不承重，故而采用炮管水平固定卡箍95进行炮管位置的固定。当炮体发射角度大于0度，也即液压支撑杆伸长时，将炮管水平固定卡箍95解除与炮管的连接，由液压支撑杆支撑并固定炮管位置。

一种超临界二氧化碳气体炮的发射方法，包括如下步骤。

步骤1、调整炮管发射方向：根据弹体发射要求，优选通过底托调整炮管的方向和发射角度。

上述炮管方向和发射角度的具体调整方法优选为：通过在底托底部设置万向轮，转动底托，即可实现炮管发射方位的调整；通过在底托上设置液压支撑杆，并将主气室与底托相铰接，通过伸缩液压支撑杆，即能实现炮管发射角度的调整。

上述弹体可以为弹丸、小型运载火箭或能折叠为柱状的无人机等，炮管的发射角度为 0～90°。当弹体为小型运载火箭时，炮管的发射角度为90°的垂直发射。

步骤2、抽真空：主气室同轴套设在炮管后端的导气孔外侧的炮管上，弹体位于炮管内；打开真空泵和真空阀，将主气室和弹体后端的炮管后端内腔抽真空，放置有弹体的弹托将在外界大气压的作用下，向炮管后端移动，并将炮管后端的若干个导气孔进行密封。

上述导气孔优选为六个，每个导气孔均优选为长方形孔。

步骤3、压入液态CO₂：关闭真空阀，打开CO₂注入阀，CO₂储气罐通过CO₂注气孔向主气室内注入液态CO₂，直至主气室达到设定压力。

当弹体为小型运载火箭时，通过缩减本步骤3中主气室的设定压力，使弹体的加速度不超过设定的加速度阈值，并使弹体从炮管的出口速度达到运载火箭地面冷发射的要求。

上述小型运载火箭优选为CZ-11运载火箭，超临界二氧化碳气体炮的炮管长度优选为 18m，弹体的加速度阈值优选为6.5g，其中，g为重力加速度；当主气室的设定压力缩减至 1.357Mpa时，弹体从炮管的出口速度能达到46.944m/s，进而达到运载火箭地面冷发射的要求。

步骤4、CO₂加热至超临界态：开启加热装置，加热主气室内的液态CO₂，使其达到超临界态。加热装置优选为电加热装置和化学放热装置的组合；当有电源时，采用电加热装置；当在户外使用，无电源时，采用化学放热装置，化学放热装置优选为镁粉二氧化碳反应的化学放热装置。

步骤5、打开导气孔：打开电子真空阀，位于主气室内的超临界态CO₂，将通过临界CO₂导气管进入炮管后端内腔，进而推动放置有弹体的弹托向前移动，并使炮管后端的若干个导气孔均打开。

步骤6、弹体发射：在步骤5中导气孔打开的同时，位于主气室内的超临界态CO₂，将通过若干个导气孔进入炮管后端内腔，与从临界CO₂导气管进入的超临界态CO₂，共同助推放置有弹体的弹托发射。

在弹体发射时，弹体离开炮管的出口速度随着主气室内初始设定压力的增大而不断增大，但弹体离开炮管的加速度随着主气室内初始设定压力的增大而不断减小。

另外，在弹体发射时，随着弹体质量的降低，弹体运动距离将逐渐增大。

步骤7、弹体与弹托分离，具体包括如下步骤：

步骤7A、弹托瓣分离：放置有弹体的弹托移动并离开炮管后，弹托瓣分离，弹体将不再受弹托瓣中弹体支撑槽的侧向限制。

步骤7B、弹托与弹体分离，放置有弹体的弹托继续向前移动至弹托拦截装置的拦截板处时，由于拦截板中的弹体通孔直径小于弹托外径，但大于弹体直径，故而弹体能从弹体通孔中通过，而弹托被拦截并掉落，弹体与弹托分离，实现单独发射。

本发明的超临界二氧化碳气体炮加速装置，能适用于如下技术领域。

1)本发明的超临界二氧化碳气体炮加速装置，最高可达数千米每秒的速度。典型的应用有空间碎片碰撞、空间动能毁伤、动能拦截、飞机鸟撞/坠机(黑匣子抗冲击)、冲击防护等军事或民用领域需求。

2)适用于抗震救灾、紧急救援、火场灭火等场合，比如助推发射灭火弹。上述场合往往需要操作距离远、安全稳定性高、便携性好的发射设备，但传统火炮破坏性大、危险性高、机动性低，而且需要严格的军品使用资质，不适用于抢险救援。

3)炮射小型无人机及集群。用于军事目标应急机动侦查、蜂群战术等，也可用于民用如火情等。

在军事上，可用于战术、战役单兵应急机动侦查发射，以及采取阵列发射形成蜂群发射能力(类似于多管火箭炮)等需求，也可用于民用无人机发射需求，如火情等。

根据无人机具体的气动外形、体积、放飞速度、巡飞速度、过载等的需求差异，可采用、炮射折叠翼无人机、炮射折叠无人机发射中大型固定翼无人机等。

对于中型不便于单兵携带折叠翼无人机，仍可采用CO2相变冷发射技术进行发射。以折叠后直径小于120mm、长度600mm圆柱形无人机为例进行发射能力计算，在质量30kg、45m/s、不超过25g过载的约束下，能满足发射需求。

对于中大型固定翼无人机，可构建车载弹射系统用于发射。

4)可部分替代军事领域冷发射方式(主要有压缩空气、燃气或燃气-蒸汽混合物弹射)，发射固体导弹、液体导弹等，可减小发射初期红外特性，有利于发射装置隐蔽，能够简化发射阵地设置，提升导弹有效射程，减轻对发射装备的冲击、烧蚀等问题。

5)可以用于火箭应急快速发射的地面助推，经验证，该装置比例放大后，可以实现CZ-11 小型运载火箭的地面助推，能够使CZ-11到达炮口时速度达到46.944m/s，满足火箭冷发射的要求。

6)应用于CZ11、快舟系列火箭发射，相较于燃气冷发射技术，该方式具有装置简单、操作安全性高、不损伤发射筒、红外特性弱、低成本、绿色环保等优势，可带来可观的战斗力和经济效应提升。

本发明相较于传统塔架发射，该发射方式对塔架无损伤，助推达到47.42m/s点火速度后，相当于节省0.398t推进剂，可提升LEO有效载荷8.0kg。

表1发射基本需求

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超临界二氧化碳气体炮的发射方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、调整炮管发射方向：根据弹体发射要求，调整炮管的方向和发射角度；

步骤2、抽真空：主气室同轴套设在炮管后端的导气孔外侧的炮管上，弹体位于炮管内；打开真空泵和真空阀，将主气室和弹体后端的炮管后端内腔抽真空，放置有弹体的弹托将在外界大气压的作用下，向炮管后端移动，并将炮管后端的若干个导气孔进行密封；

步骤3、压入液态CO₂：关闭真空阀，打开CO₂注入阀，CO₂储气罐通过CO₂注气孔向主气室内注入液态CO₂，直至主气室达到设定压力；

步骤4、CO₂加热至超临界态：开启加热装置，加热主气室内的液态CO₂，使其达到超临界态；

步骤5、打开导气孔：打开电子真空阀，位于主气室内的超临界态CO₂，将通过临界CO₂导气管进入炮管后端内腔，进而推动放置有弹体的弹托向前移动，并使炮管后端的若干个导气孔均打开；

步骤6、弹体发射：在步骤5中导气孔打开的同时，位于主气室内的超临界态CO₂，将通过若干个导气孔进入炮管后端内腔，与从临界CO₂导气管进入的超临界态CO₂，共同助推放置有弹体的弹托发射；

步骤7、弹体与弹托分离：弹托发射过程中，放置有弹体的弹托被拦截板阻拦，与弹体分离，弹体从拦截板中心的弹体通孔通过，实现单独发射。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳气体炮的发射方法，其特征在于：步骤1中的弹体为弹丸、小型运载火箭或能折叠为柱状的无人机；炮管的发射角度为0~90°；当弹体为小型运载火箭时，炮管的发射角度为90°的垂直发射。

3.根据权利要求2所述的超临界二氧化碳气体炮的发射方法，其特征在于：当弹体为小型运载火箭时，通过缩减步骤3中主气室的设定压力，使弹体的加速度不超过设定的加速度阈值，并使弹体从炮管的出口速度达到运载火箭地面冷发射的要求。

4.根据权利要求3所述的超临界二氧化碳气体炮的发射方法，其特征在于：小型运载火箭为CZ-11运载火箭，超临界二氧化碳气体炮的炮管长度为18m，弹体的加速度阈值为6.5g，其中，g为重力加速度；当主气室的设定压力缩减至1.357Mpa时，弹体从炮管的出口速度能达到46.944m/s，进而达到运载火箭地面冷发射的要求。

5.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳气体炮的发射方法，其特征在于：步骤2中，炮管后端设置有六个导气孔，每个导气孔均为长方形孔。

6.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳气体炮的发射方法，其特征在于：步骤4中加热装置为电加热装置和化学放热装置的组合；当有电源时，采用电加热装置；当在户外使用，无电源时，采用化学放热装置。

7.根据权利要求6所述的超临界二氧化碳气体炮的发射方法，其特征在于：化学放热装置为镁粉二氧化碳反应的化学放热装置；镁粉存储在镁粉罐内，镁粉罐通过镁粉罐连接孔向主气室添加镁粉；镁粉罐连接孔与主气室的中心轴线呈45°的夹角。

8.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳气体炮的发射方法，其特征在于：步骤1中，通过底托调整炮管的方向和发射角度，具体调整方法为：通过在底托底部设置万向轮，转动底托，即可实现炮管发射方位的调整；通过在底托上设置液压支撑杆，并将主气室与底托相铰接，通过伸缩液压支撑杆，即能实现炮管发射角度的调整。

9.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳气体炮的发射方法，其特征在于：步骤6中，弹体发射时，弹体离开炮管的出口速度随着主气室内初始设定压力的增大而不断增大，但弹体离开炮管的加速度随着主气室内初始设定压力的增大而不断减小。

10.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳气体炮的发射方法，其特征在于：步骤6中，弹体发射时，随着弹体质量的降低，弹体运动距离将逐渐增大。

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