CN115930678A - 一种基于相变工质的集中式低温弹射装置 - Google Patents

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吴穹
雷勇杰
丁伟
朱迪
王俊善
周凯
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高仕奕
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Abstract

本申请涉及一种基于相变工质的集中式低温弹射装置,其包括:耐高压绝热容器具有封闭端和开口端;动力单元内部填充有相变工质,并且其位于耐高压绝热容器内,其还与耐高压绝热容器的内壁形成缓冲气室;动力单元的一端与封闭端连接,另一端设有将缓冲气室和动力单元内部连通或断开的泄压阀,泄压阀的喷射口朝向开口端。使得缓冲气室围绕在动力单元的四周,耐高压绝热容器为动力单元提供安装位置的同时,动力单元和缓冲气室进行集成,在纵向长度方向上减少低温弹射装置的长度,降低车载空间体积的对弹射装置的约束影响。另外,相变工质和激发工质共同作用产生低温混合高压气体,可降低弹射过程中工质温度,大幅度减小其他系统的热设计难度。

Description

一种基于相变工质的集中式低温弹射装置
技术领域
本申请涉及导弹发射技术领域,特别涉及一种基于相变工质的集中式低温弹射装置。
背景技术
目前弹射技术是利用导弹自身以外的动力将导弹发射出去的技术。在弹射过程中,导弹的发动机不点火工作,所以也称为“冷发射”。目前采用的弹射装置主要有燃气弹射装置、燃气-蒸汽弹射装置、电磁弹射装置、压缩空气弹射装置、液压式等。
在一些相关技术中,(a)燃气弹射装置:通过燃气发生器产生高温高压燃气,推动导弹运动,能量大,体积小,设备简单,可直接装在发射筒内,但燃气温度高,热设计难度大,发射筒复用率低,对发射载荷的热影响较大;
(b)燃气-蒸汽弹射装置:在燃气弹射装置的基础上进行改进,燃气发生器之后加装水冷却器,高温燃气和水混合后产生燃气和水蒸气的混合气体,工质温度降低,此类型发射装置推力可调,压力变化平稳,内弹道参数较理想,但装置较燃气式复杂,体积较大,成本较高;
(c)电磁弹射装置:实质是一个形状特殊的直线电动机,无声、无光、无污染,对导轨与设备无侵蚀,弹射后可以获得较高的出轨速度,但设备庞大、复杂,技术难度大,恶劣的电磁环境会影响到载荷设备的正常工作,需要复杂的防护措施;
(d)压缩空气弹射装置:利用高压气体作为动力源,能将载荷高速弹出,设备庞大、笨重,大容量的高压气瓶工艺制作困难。
在车载发射导弹时,由于这种方式受车载空间体积约束,一般使用上述的燃气弹射装置,但是存在燃气温度高,热设计难度大,发射筒复用率低,对发射载荷的热影响较大的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种基于相变工质的集中式低温弹射装置,以解决相关技术中燃气弹射装置中燃气温度高,导致增加了其他系统的热设计难度的问题,以及受车载空间体积约束,不便于安装的问题。
第一方面,提供了一种基于相变工质的集中式低温弹射装置,其包括:
耐高压绝热容器,其具有封闭端和开口端;
动力单元,其内部填充有相变工质,并且其位于所述耐高压绝热容器内,其还与所述耐高压绝热容器的内壁形成缓冲气室;动力单元的一端与所述封闭端连接,另一端设有将缓冲气室和动力单元内部连通或断开的泄压阀,泄压阀的喷射口朝向所述开口端。
一些实施例中,还包括发射筒,发射筒的一端通过连通组件与所述开口端同轴密封连接。
一些实施例中,所述连通组件包括一个隔板,隔板上分布有多个连通阀,连通组件用于根据所需要的发射力开启对应数量的连通阀。
一些实施例中,所述动力单元内部还填充有激发工质,激发工质与相变工质按照设定的比例设置。
一些实施例中,所述激发工质采用燃气或激发药剂。
一些实施例中,所述相变工质采用在-50℃~80℃内,且在10MPa以下受热易发生相变的工质。
一些实施例中,所述相变工质采用液态或固态相变工质。
一些实施例中,所述动力单元包括圆筒部和倒锥形部,所述泄压阀与倒锥形部上较小的一端连接,倒锥形部上较大的一端与圆筒部连接。
一些实施例中,所述圆筒部和倒锥形部的内壁上均设有点火电极。
一些实施例中,所述圆筒部和倒锥形部的外表面均设有绝热护套。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括:
本申请实施例提供了一种基于相变工质的集中式低温弹射装置,由于耐高压绝热容器具有封闭端和开口端,动力单元内部填充有相变工质,并位于耐高压绝热容器内,其还与耐高压绝热容器的内壁形成缓冲气室,动力单元的一端与封闭端连接,另一端设有将缓冲气室和动力单元内部连通或断开的泄压阀,泄压阀的喷射口朝向开口端。通过以上的设置使得缓冲气室围绕在动力单元的四周,耐高压绝热容器为动力单元提供安装位置的同时,避免热量的流失。更为重要的是将动力单元和缓冲气室进行集成,在纵向长度方向上减少低温弹射装置的长度,从而降低车载空间体积的对弹射装置的约束影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,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为本申请实施例提供的耐高压绝热容器和动力单元的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的集中式低温弹射装置的结构示意图。
图中:1、耐高压绝热容器;2、动力单元;200、圆筒部;201、倒锥形部;3、发射筒;4、泄压阀;5、缓冲气室;6、发射物。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供一种基于相变工质的集中式低温弹射装置,以解决相关技术中燃气弹射装置中燃气温度高,导致增加了其他系统的热设计难度的问题,以及受车载空间体积约束,不便于安装的问题。
请参阅图1-图2,一种基于相变工质的集中式低温弹射装置,其包括:耐高压绝热容器1、动力单元2和泄压阀4;
其中耐高压绝热容器1具有封闭端和开口端;动力单元2的内部填充有相变工质,并且其位于耐高压绝热容器1内,其还与耐高压绝热容器1的内壁形成缓冲气室5;动力单元2的一端与封闭端连接,另一端设有将缓冲气室5和动力单元2内部连通或断开的泄压阀4,泄压阀4的喷射口朝向开口端。
其中,动力单元2的内部填充的相变工质由固体或液体变成气体或超临界流体,该过程纯属物理过程,无任何有毒有害物质产生;相变过程中,气相或超临界二氧化碳羽流温度较低,相比传统高温燃气羽流有更高安全性;将相变后的气体或超临界流体通过定向喷出,可产生巨大的可控推力,可实现肩扛式导弹的高效、可控、可靠助推弹射。
为了维持罐内相变工质的温度始终在相变温度左右,耐高压绝热容器1采用绝热材料如绝热碳钢、合金等材料制成。
以上的设置使得缓冲气室5围绕在动力单元2的四周,耐高压绝热容器1为动力单元2提供安装位置的同时,避免热量的流失。更为重要的是将动力单元2和缓冲气室5进行集成,在纵向长度方向上减少低温弹射装置的长度,从而降低车载空间体积的对弹射装置的约束影响。
在一些优选的实施例中,为增加动力单元2对环境温度的适应性,可增加调温装置保证动力单元2内相变工质的温度恒定。调温装置可以是增加在动力单元2内壁的绝热碳钢、合金等材料制成的套筒;或者其保温绝热材料。
在一些优选的实施例中,基于相变工质的集中式低温弹射装置,还包括发射筒3,发射筒3的一端通过连通组件与开口端同轴密封连接。连通组件包括一个隔板,隔板上分布有多个连通阀,连通组件用于根据所需要的发射力开启对应数量的连通阀。从而可以或得不同发射距离,满足使用需求。
在一些优选的实施例中,动力单元2内部还填充有激发工质,激发工质与相变工质按照设定的比例设置。激发工质采用燃气或激发药剂。
使用前,向动力单元2中充入一定数量的相变工质;
使用时,系统发出点火信号,动力单元2内的激发药剂点燃稳定燃烧,生成的高温燃气随相变工质混合后压力升高,打开泄压阀4,释放到低压的缓冲气室5中,缓冲气室5压力升高,连通阀打开,以推动发射筒3内的托盘,进而推动发射物6在发射筒3中发射,完成发射过程;发射物6可以为导弹或者其他载荷,从而使得可以用来发射导弹,也可用来发射其他载荷如无人机。
进一步的,相变工质不限于二氧化碳,根据使用经验,在-50℃~80℃内,且在10MPa以下受热易发生相变的均可使用,并且可以是相变工质采用液态或固态相变工质。
以上应该理解的是相变工质可以是单独的相变工质,也可以混合激发工质进行使用,激发工质需与相变工质按照设定的比例设置。无论何种方式均需要提供热量产生相变,因此下面对动力单元2和其如何进行点火进行了设置:
动力单元2包括圆筒部200和倒锥形部201,泄压阀4与倒锥形部201上较小的一端连接,倒锥形部201上较大的一端与圆筒部200连接;圆筒部200和倒锥形部201的内壁上均设有点火电极,点火电极的数量可以有多个。
由于设置在内壁上,当点火电极采用微电流加热和高电压放电等离子体加热时,相变工质能够迅速获得能量,发生相变。其中若配合激发工质,更加能够加快相变过程;另外相变工质和激发工质共同作用产生低温混合高压气体发射导弹的集中式弹射动力装置,可降低弹射过程中工质温度,大幅度减小其他系统的热设计难度;激发工质的作用就像是子弹中的激发药剂一样,这里不做过多的解释说明。
进一步的,圆筒部200和倒锥形部201的外表面均设有绝热护套,其也是起到了增加动力单元2对环境温度的适应性,使相变工质在不需要工作时,维持在稳定的温度。
为控制动力单元2的质量,圆筒部200和倒锥形部201可使用碳纤维缠绕壳体。
本申请原理:
缓冲气室5围绕在动力单元2的四周,耐高压绝热容器1为动力单元2提供安装位置的同时,避免热量的流失。更为重要的是将动力单元2和缓冲气室5进行集成,在纵向长度方向上减少低温弹射装置的长度,从而降低车载空间体积的对弹射装置的约束影响。
另外,相变工质和激发工质共同作用产生低温混合高压气体发射导弹的集中式弹射动力装置,可降低弹射过程中工质温度,大幅度减小其他系统的热设计难度。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”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申请和简化描述,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,因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是,在本申请中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于相变工质的集中式低温弹射装置,其特征在于,其包括:
耐高压绝热容器(1),其具有封闭端和开口端;
动力单元(2),其内部填充有相变工质,并且其位于所述耐高压绝热容器(1)内,其还与所述耐高压绝热容器(1)的内壁形成缓冲气室(5);动力单元(2)的一端与所述封闭端连接,另一端设有将缓冲气室(5)和动力单元(2)内部连通或断开的泄压阀(4),泄压阀(4)的喷射口朝向所述开口端。
2.如权利要求1所述的基于相变工质的集中式低温弹射装置,其特征在于:
还包括发射筒(3),发射筒(3)的一端通过连通组件与所述开口端同轴密封连接。
3.如权利要求2所述的基于相变工质的集中式低温弹射装置,其特征在于:
所述连通组件包括一个隔板,隔板上分布有多个连通阀,连通组件用于根据所需要的发射力开启对应数量的连通阀。
4.如权利要求1所述的基于相变工质的集中式低温弹射装置,其特征在于:
所述动力单元(2)内部还填充有激发工质,激发工质与相变工质按照设定的比例设置。
5.如权利要求4所述的基于相变工质的集中式低温弹射装置,其特征在于:
所述激发工质采用燃气或激发药剂。
6.如权利要求1所述的基于相变工质的集中式低温弹射装置,其特征在于:
所述相变工质采用在-50℃~80℃内,且在10MPa以下受热易发生相变的工质。
7.如权利要求6所述的基于相变工质的集中式低温弹射装置,其特征在于:
所述相变工质采用液态或固态相变工质。
8.如权利要求1所述的基于相变工质的集中式低温弹射装置,其特征在于:
所述动力单元(2)包括圆筒部(200)和倒锥形部(201),所述泄压阀(4)与倒锥形部(201)上较小的一端连接,倒锥形部(201)上较大的一端与圆筒部(200)连接。
9.如权利要求8所述的基于相变工质的集中式低温弹射装置,其特征在于:
所述圆筒部(200)和倒锥形部(201)的内壁上均设有点火电极。
10.如权利要求8所述的基于相变工质的集中式低温弹射装置,其特征在于:
所述圆筒部(200)和倒锥形部(201)的外表面均设有绝热护套。
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