CN114718939B - 飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机测试技术领域，公开了飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统及其使用方法；重活塞系统包括重活塞管，活动设置在所述重活塞管内的重活塞；重活塞管包括锁止蓄能段、缓冲段、中部控制段；锁止蓄能段上设置有能够锁止重活塞的锁止装置；缓冲段上设置有减速缓能装置；锁止装置与减速缓能装置之间设置有电磁控制系统；重活塞包括活塞基体，设置在活塞基体上且靠近高压气激发区一端的激发环；激发环侧面均匀设置有锁止槽；重活塞系统的使用方法，包括以下步骤：S1、锁止重活塞；S2、增压发射；S3、电磁控制系统介入；S4、缓冲吸能；本发明能够有效提升对重活塞的控制能力，提升重活塞的使用寿命。

Description

飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及飞机测试技术领域，具体是涉及飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统及其使用方法。

背景技术

在航天航空飞机或兵器等工业领域中，各类结构常常面临破片与弹丸的高速冲击威胁；目前针对破片与弹丸高速冲击研究，主要采用弹道枪和高速气炮系统装置。弹道枪相比空气炮而言，试验效率高、成本低，但火工品的资质是其难以大面积使用的关键因素。高速气炮装置相对而言效率低，但其实用性较广，目前仍是高校研究院所主要的高速冲击研究装置。

因此在飞机测试中，通常采用高速气炮发射炮弹对飞机部件进行冲击破坏；为了满足弹丸的高速飞行要求，通常要采用多级气炮；对于高速冲击的二级、三级等高速气炮系统而言，重活塞是一个非常重要的装置，其功能是在外驱动工质的作用下，将后端的膨胀功转变为重活塞的动能，压缩前端气体，从而形成一个高压区，使得高压足够冲破膜片，通过气体的爆破膨胀，实现对弹丸或弹托的加速并达到数公里每秒的速度。

现有多级气炮技术中采用的重活塞系统对重活塞的控制性差，在重活塞靠近膜片时缺乏有效的缓冲吸能装置，使得重活塞与膜片处的阻断环直接撞击，使得重活塞极易损坏，因此重活塞的使用寿命较短；另外现有技术在高压激发段，对重活塞没有进行有效的锁止，使得重活塞容易产生滑动，不利于对重活塞控制。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统及其使用方法，能够对重活塞进行有效的锁止，防止重活塞在激发前移动；有效提升对重活塞的控制能力，提升重活塞的使用寿命。

本发明的技术方案是：飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统，包括一端连通高压气激发区、一端连通气炮主管的重活塞管，活动设置在所述重活塞管内的重活塞；

所述重活塞管包括依次连通的锁止蓄能段、中部控制段以及缓冲段；

所述锁止蓄能段、中部控制段以及缓冲段均为圆形管体，且锁止蓄能段、中部控制段以及缓冲段的圆形管体的中心轴线重合；

所述锁止蓄能段上设置有能够锁止重活塞的锁止装置；

所述缓冲段上设置有减速缓能装置；

所述锁止装置与减速缓能装置之间的中部控制段上设置有电磁控制系统；

所述重活塞包括活塞基体，设置在活塞基体上且靠近高压气激发区一端的激发环；

所述激发环侧面均匀设置有锁止槽；

所述锁止装置包括套设在所述锁止蓄能段上的固定安装环件，均匀设置在所述固定安装环件上且与锁止槽分别对应的密封安装管，设置在所述密封安装管内的伸缩装置，设置在所述伸缩装置伸缩端的锁块；

所述固定安装环件与锁止蓄能段连接处的内壁设置有安装锁块的凹槽；所述锁止蓄能段上设置有与凹槽对应的通孔；

所述伸缩装置能够驱动锁块穿过通孔且与锁止槽活动连接；

所述减速缓能装置包括设置在缓冲段内部且靠近气炮主管的阻断环，设置在缓冲段内且位于所述阻断环一侧的活塞托，以及一端连接所述活塞托、另一端连接阻断环的第一弹性元件。

进一步地，所述伸缩装置包括固定在所述密封安装管内部且位于密封安装管中段的定位环，设置在所述定位环上且位于密封安装管内部的滑动套管，活动设置在所述滑动套管内且中心轴线与密封安装管的中心轴线重合的伸缩轴杆，设置在所述伸缩轴杆一端且与锁块连接的U型连接件，套设在伸缩轴杆上且一端连接所述U型连接件、另一端连接定位环的第二弹性元件，设置在所述伸缩轴杆另一端的吸合块，以及设置在滑动套管上且与吸合块能够接触的电磁吸合开关；

所述滑动套管上开设有吸合块滑槽；所述吸合块与所述吸合块滑槽滑动连接。

通过电磁吸合开关与吸合块能够实现对锁块的快速控制；当重活塞激发时，电磁吸合开关通电，电磁吸合开关产生电磁力；电磁力大于第二弹性元件提供的弹性力；依靠电磁力拉动吸合块与电磁吸合开关接触，锁块与锁止槽完成快速分离；当重活塞锁止时，电磁吸合开关断电，第二弹性元件提供弹力使吸合块与电磁吸合开关分离，锁块与锁止槽完成结合。

进一步地，所述活塞托包括与第一弹性元件连接的外部环形托，设置在所述外部环形托中心的内部环形托，以及设置在所述外部环形托与内部环形托之间的半球型连接架；通过活塞托能够对活塞基体进行有效保护，有效防止活塞基体产生损坏。

进一步地，所述活塞基体包括刚性重活塞，设置在所述刚性重活塞一端的止动组件，设置在所述刚性重活塞另一端且靠近激发环的配重组件，以及设置在所述刚性重活塞侧壁上的密封组件；

所述密封组件包括均匀套设在刚性重活塞上的O型密封圈，以及均匀套设在刚性重活塞上的O型垫片；所述O型密封圈、O型垫片与重活塞管内壁接触；

通过O型密封圈、O型垫片的设置能够有效提升活塞基体与重活塞管的气密性，确保重活塞管内压力的稳定性。

进一步地，所述止动组件包括设置在刚性重活塞中心且沿刚性重活塞轴向延伸的活塞轴，设置在所述活塞轴上的止动变形体；

所述止动变形体端部为半球型橡胶；所述半球型橡胶能够与半球型连接架咬合；通过止动变形体与半球型连接架咬合，然后压缩第二弹性元件，能够将重活塞的动能迅速转化为弹性势能，避免重活塞前端的止动变形体发生撞击，实现对重活塞的有效保护，可大大提升重活塞的使用寿命。

进一步地，所述配重组件包括设置在所述刚性重活塞上的配重腔室，设置在所述配重腔室内的配重块，以及连接所述配重块与配重腔室的栓接件；

通过配重组件的设置能够对重活塞的质量进行精准控制，可根据需要对重活塞的质量进行快速调整，有效提升重活塞的实用性。

进一步地，所述电磁控制系统包括固定在中部控制段上的安装套管，设置在所述安装套管上的电磁螺线管，以及与所述电磁螺线管连接的控制检测系统；

电磁控制系统的设置提供三个方面的作用，第一，在重活塞经过中部控制段时，通过电磁螺线管提供的电磁力牵引重活塞，加快重活塞的运动速度；因此重活塞的活塞基体材质为需为含铁材料；第二，重活塞离开中部控制段，进入时缓冲段时，电磁力作为阻力对重活塞进行减速，结合减速缓能装置降低重活塞的动能，避免重活塞与阻断环发生碰撞；第三，当重活塞压缩的高压气体击破膜片消散后，在弹性元件的弹性势能释放推动重活塞反向运动时，电磁螺线管产生的电磁力对重活塞进行二次控制，防止重活塞在重活塞管内发生二次撞击。

进一步地，所述阻断环另一侧设置有定压装置；

所述定压装置为金属膜片。

飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统的使用方法，包括以下步骤：

S1、锁止重活塞

首先，伸缩装置控制锁块与激发环侧面的锁止槽卡接，将重活塞锁定在锁止蓄能段；

S2、增压发射

当高压气激发区提供的高压气介质达到设定压力后，伸缩装置控制锁块与锁止槽分离；通过高压气介质的膨胀做功使重活塞产生动能；重活塞压缩重活塞管内的空气，依次通过锁止蓄能段、中部控制段，至缓冲段并使缓冲段形成高压区；

S3、电磁控制系统介入

电磁控制系统检测到重活塞通过中部控制段时，产生电磁力，在重活塞穿过中部控制段时电磁力提供助力，提升重活塞的速度；重活塞穿过中部控制段后进入缓冲段前，电磁力形成阻力，对重活塞进行减速；

S4、缓冲吸能

重活塞到达缓冲段后，活塞基体前端与活塞托接触，通过推动活塞托压缩第一弹性元件实现缓冲，使重活塞的动能减小。

本发明的有益效果是：本发明提供的飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统，通过锁止装置的设置能够对重活塞进行有效的锁止，对重活塞的激发进行精准的控制；通过减速缓能装置的设置能够对重活塞进行有效的保护，在重活塞靠近膜片时能够对重活塞进行有效的缓停，避免重活塞与阻断环碰撞；从而可以大大提高重活塞的使用寿命；本发明通过电磁控制系统的设置能够进一步提升整个系统对重活塞的控制能力；本发明提供的重活塞系统使用方法具备便于操作，实用性强、安全可靠的特点。

附图说明

图1是本发明实施例1整体的结构示意图；

图2是本发明实施例1锁止装置的结构示意图；

图3是本发明实施例1锁止槽、锁块的结构示意图；

图4是本发明实施例1减速缓能装置的结构示意图；

图5是本发明实施例1活塞基体的结构示意图；

图6是本发明实施例2伸缩装置的结构示意图；

图7是本发明实施例3方法的流程图；

其中，1-重活塞管、10-锁止蓄能段、11-中部控制段、12-缓冲段、2-重活塞、20-活塞基体、200-刚性重活塞、201-O型密封圈、202-O型垫片、203-活塞轴、204-止动变形体、205-配重腔室、206-配重块、207-栓接件、21-激发环、210-锁止槽、3-锁止装置、30-固定安装环件、31-密封安装管、32-伸缩装置、320-定位环、321-滑动套管、322-伸缩轴杆、323-U型连接件、324-吸合块、325-电磁吸合开关、326-第二弹性元件、327-吸合块滑槽、33-锁块、34-通孔、4-减速缓能装置、40-阻断环、41-活塞托、410-外部环形托、411-内部环形托、412-半球型连接架、42-第一弹性元件、43-定压装置、5-电磁控制系统、50-安装套管、51-电磁螺线管、52-控制检测系统。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统，包括一端连通高压气激发区、一端连通气炮主管的重活塞管1，活动设置在所述重活塞管1内的重活塞2；

所述重活塞管1包括依次连通的锁止蓄能段10、中部控制段11以及缓冲段12；

所述锁止蓄能段10、中部控制段11以及缓冲段12均为圆形管体，且锁止蓄能段10、中部控制段11以及缓冲段12的圆形管体的中心轴线重合；

所述锁止蓄能段10上设置有能够锁止重活塞2的锁止装置3；

所述缓冲段12上设置有减速缓能装置4；

所述锁止装置3与减速缓能装置4之间的中部控制段11上设置有电磁控制系统5；

如图2所示，所述重活塞2包括活塞基体20，设置在活塞基体20上且靠近高压气激发区一端的激发环21；

所述激发环21侧面均匀设置有锁止槽210；

如图2、3所示，所述锁止装置3包括套设在所述锁止蓄能段10上的固定安装环件30，均匀设置在所述固定安装环件30上且与锁止槽210分别对应的密封安装管31，设置在所述密封安装管31内的伸缩装置32，设置在所述伸缩装置32伸缩端的锁块33；

所述固定安装环件30与锁止蓄能段10连接处的内壁设置有安装锁块33的凹槽；所述锁止蓄能段10上设置有与凹槽对应的通孔34；

所述伸缩装置32能够驱动锁块33穿过通孔34且与锁止槽210活动连接；

如图4所示，所述减速缓能装置4包括设置在缓冲段12内部且靠近气炮主管的阻断环40，设置在缓冲段12内且位于所述阻断环40一侧的活塞托41，以及一端连接所述活塞托41、另一端连接阻断环40的第一弹性元件42。

所述活塞托41包括与第一弹性元件42连接的外部环形托410，设置在所述外部环形托410中心的内部环形托411，以及设置在所述外部环形托410与内部环形托411之间的半球型连接架412。

如图5所示，所述活塞基体20包括刚性重活塞200，设置在所述刚性重活塞200一端的止动组件，设置在所述刚性重活塞200另一端且靠近激发环21的配重组件，以及设置在所述刚性重活塞200侧壁上的密封组件；刚性重活塞200的材质为钢材料；

所述密封组件包括均匀套设在刚性重活塞200上的O型密封圈201，以及均匀套设在刚性重活塞上的O型垫片202；所述O型密封圈201、O型垫片202与重活塞管1内壁接触。

所述止动组件包括设置在刚性重活塞200中心且沿刚性重活塞200轴向延伸的活塞轴203，设置在所述活塞轴203上的止动变形体204；

所述止动变形体204端部为半球型橡胶；所述半球型橡胶能够与半球型连接架412咬合。

所述配重组件包括设置在所述刚性重活塞200上的配重腔室205，设置在所述配重腔室205内的配重块206，以及连接所述配重块206与配重腔室205的栓接件207。

所述电磁控制系统5包括固定在中部控制段11上的安装套管50，设置在所述安装套管50上的电磁螺线管51，以及与所述电磁螺线管51连接的控制检测系统52。

所述阻断环40另一侧设置有定压装置43；

所述定压装置43为金属膜片。

其中，伸缩装置32、金属膜片、电磁螺线管51、控制检测系统52均采用现有技术产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

实施例2

与实施例1不同的是：

如图6所示，所述伸缩装置32包括固定在所述密封安装管31内部且位于密封安装管31中段的定位环320，设置在所述定位环320上且位于密封安装管31内部的滑动套管321，活动设置在所述滑动套管321内且中心轴线与密封安装管31的中心轴线重合的伸缩轴杆322，设置在所述伸缩轴杆322一端且与锁块33连接的U型连接件323，套设在伸缩轴杆322上且一端连接所述U型连接件323、另一端连接定位环320的第二弹性元件326，设置在所述伸缩轴杆322另一端的吸合块324，以及设置在滑动套管321上且与吸合块324能够接触的电磁吸合开关325；

所述滑动套管321上开设有吸合块滑槽327；所述吸合块324与所述吸合块滑槽327滑动连接。

其中，电磁吸合开关325、吸合块324均采用现有技术产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

实施例3

如图7所示，飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统的使用方法，包括以下步骤：

S1、锁止重活塞

首先，伸缩装置32控制锁块33与激发环21侧面的锁止槽210卡接，将重活塞2锁定在锁止蓄能段10；

S2、增压发射

当高压气激发区提供的高压气介质达到设定压力后，伸缩装置32控制锁块33与锁止槽210分离；通过高压气介质的膨胀做功使重活塞2产生动能；重活塞2压缩重活塞管1内的空气，依次通过锁止蓄能段10、中部控制段11，至缓冲段12并使缓冲段12形成高压区；

S3、电磁控制系统介入

电磁控制系统5检测到重活塞2通过中部控制段11时，产生电磁力，在重活塞2穿过中部控制段11时电磁力提供助力，提升重活塞2的速度；重活塞2穿过中部控制段11后进入缓冲段12前，电磁力形成阻力，对重活塞2进行减速；

S4、缓冲吸能

重活塞2到达缓冲段12后，活塞基体20前端与活塞托41接触，通过推动活塞托41压缩第一弹性元件42实现缓冲，使重活塞2的动能减小。

Claims (8)

1.飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统，其特征在于，包括一端连通高压气激发区、一端连通气炮主管的重活塞管（1），活动设置在所述重活塞管（1）内的重活塞（2）；

所述重活塞管（1）包括依次连通的锁止蓄能段（10）、中部控制段（11）以及缓冲段（12）；

所述锁止蓄能段（10）、中部控制段（11）以及缓冲段（12）均为圆形管体，且锁止蓄能段（10）、中部控制段（11）以及缓冲段（12）的圆形管体的中心轴线重合；

所述锁止蓄能段（10）上设置有能够锁止重活塞（2）的锁止装置（3）；

所述缓冲段（12）上设置有减速缓能装置（4）；

所述锁止装置（3）与减速缓能装置（4）之间的中部控制段（11）上设置有电磁控制系统（5）；

所述重活塞（2）包括活塞基体（20），设置在活塞基体（20）上且靠近高压气激发区一端的激发环（21）；

所述激发环（21）侧面均匀设置有锁止槽（210）；

所述锁止装置（3）包括套设在所述锁止蓄能段（10）上的固定安装环件（30），均匀设置在所述固定安装环件（30）上且与锁止槽（210）分别对应的密封安装管（31），设置在所述密封安装管（31）内的伸缩装置（32），设置在所述伸缩装置（32）伸缩端的锁块（33）；

所述固定安装环件（30）与锁止蓄能段（10）连接处的内壁设置有安装锁块（33）的凹槽；所述锁止蓄能段（10）上设置有与凹槽对应的通孔（34）；

所述伸缩装置（32）能够驱动锁块（33）穿过通孔（34）且与锁止槽（210）活动连接；

所述减速缓能装置（4）包括设置在缓冲段（12）内部且靠近气炮主管的阻断环（40），设置在缓冲段（12）内且位于所述阻断环（40）一侧的活塞托（41），以及一端连接所述活塞托（41）、另一端连接阻断环（40）的第一弹性元件（42）；

所述电磁控制系统（5）包括固定在中部控制段（11）上的安装套管（50），设置在所述安装套管（50）上的电磁螺线管（51），以及与所述电磁螺线管（51）连接的控制检测系统（52）；

在重活塞（2）穿过中部控制段（11）时电磁螺线管（51）的电磁力为助力，提升重活塞（2）的速度；重活塞（2）穿过中部控制段（11）后进入缓冲段（12）前，电磁螺线管（51）形成的电磁力为阻力，对重活塞（2）进行减速。

2.根据权利要求1所述的飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统，其特征在于，所述伸缩装置（32）包括固定在所述密封安装管（31）内部且位于密封安装管（31）中段的定位环（320），设置在所述定位环（320）上且位于密封安装管（31）内部的滑动套管（321），活动设置在所述滑动套管（321）内且中心轴线与密封安装管（31）的中心轴线重合的伸缩轴杆（322），设置在所述伸缩轴杆（322）一端且与锁块（33）连接的U型连接件（323），套设在伸缩轴杆（322）上且一端连接所述U型连接件（323）、另一端连接定位环（320）的第二弹性元件（326），设置在所述伸缩轴杆（322）另一端的吸合块（324），以及设置在滑动套管（321）上且与吸合块（324）能够接触的电磁吸合开关（325）；

所述滑动套管（321）上开设有吸合块滑槽（327）；所述吸合块（324）与所述吸合块滑槽（327）滑动连接。

3.根据权利要求1所述的飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统，其特征在于，所述活塞托（41）包括与第一弹性元件（42）连接的外部环形托（410），设置在所述外部环形托（410）中心的内部环形托（411），以及设置在所述外部环形托（410）与内部环形托（411）之间的半球型连接架（412）。

4.根据权利要求3所述的飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统，其特征在于，所述活塞基体（20）包括刚性重活塞（200），设置在所述刚性重活塞（200）一端的止动组件，设置在所述刚性重活塞（200）另一端且靠近激发环（21）的配重组件，以及设置在所述刚性重活塞（200）侧壁上的密封组件；

所述密封组件包括均匀套设在刚性重活塞（200）上的O型密封圈（201），以及均匀套设在刚性重活塞上的O型垫片（202）；所述O型密封圈（201）、O型垫片（202）与重活塞管（1）内壁接触。

5.根据权利要求4所述的飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统，其特征在于，所述止动组件包括设置在刚性重活塞（200）中心且沿刚性重活塞（200）轴向延伸的活塞轴（203），设置在所述活塞轴（203）上的止动变形体（204）；

所述止动变形体（204）端部为半球型橡胶；所述半球型橡胶能够与半球型连接架（412）咬合。

6.根据权利要求4所述的飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统，其特征在于，所述配重组件包括设置在所述刚性重活塞（200）上的配重腔室（205），设置在所述配重腔室（205）内的配重块（206），以及连接所述配重块（206）与配重腔室（205）的栓接件（207）。

7.根据权利要求1所述的飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统，其特征在于，所述阻断环（40）另一侧设置有定压装置（43）；

所述定压装置（43）为金属膜片。

8.根据权利要求1~7任意一项所述的飞机动力学测试试验用空气炮重活塞系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、锁止重活塞

首先，伸缩装置（32）控制锁块（33）与激发环（21）侧面的锁止槽（210）卡接，将重活塞（2）锁定在锁止蓄能段（10）；

S2、增压发射

当高压气激发区提供的高压气介质达到设定压力后，伸缩装置（32）控制锁块（33）与锁止槽（210）分离；通过高压气介质的膨胀做功使重活塞（2）产生动能；重活塞（2）压缩重活塞管（1）内的空气，依次通过锁止蓄能段（10）、中部控制段（11），至缓冲段（12）并使缓冲段（12）形成高压区；

S3、电磁控制系统介入

电磁控制系统（5）检测到重活塞（2）通过中部控制段（11）时，产生电磁力，在重活塞（2）穿过中部控制段（11）时电磁力提供助力，提升重活塞（2）的速度；重活塞（2）穿过中部控制段（11）后进入缓冲段（12）前，电磁力形成阻力，对重活塞（2）进行减速；

S4、缓冲吸能

重活塞（2）到达缓冲段（12）后，活塞基体（20）前端与活塞托（41）接触，通过推动活塞托（41）压缩第一弹性元件（42）实现缓冲，使重活塞（2）的动能减小。

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