CN116399540B - 飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置及方法，涉及冲击动力学强度试验技术领域，发射装置包括依次连接的储气罐、发射组件以及炮管，箱体内部前端对应所述第二法兰盘处可拆卸设有圆环形的膜片压板，膜片压板表面可拆卸设有塑料膜片，位于塑料膜片前方位置处的箱体内部设有电阻线圈；发射方法包括以下步骤：S1、塑料膜片安装；S2、炮弹放置；S3、膜片压板定位；S4、气体充注；S5、控制发射。本发明通过在发射组件内部加装塑料膜片和膜片压板，使其能够在保证密封的前提下完成快速控制，在不影响空气炮试验系统功能的前提下对空气炮进行装弹操作，能够提升空气炮试验系统的发射速度、精度，并能实现对发射时间的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及飞机冲击动力学强度试验技术领域，具体是涉及飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置及方法。
背景技术
空气炮系统是一种中高速冲击试验设备，其工作方式是以中高速发射外物冲击目标件，考察目标件的抗冲击能力，主要应用于航空航天、车辆及高铁等领域，可进行结构和材料的外物损伤试验、吞冰吞鸟试验、发动机机匣包容试验和其他零部件或材料的中高速冲击试验。
在如今航空航天的飞速发展过程中，飞机的飞行速度越来越快，尤其是航天飞行器的航速远大于一般民用飞机，在如此高航速的条件下，飞行设备中的各个精密仪器可能会因为过载或外物冲击而导致内部电路等损坏，所以研究航空航天设备在各种条件下的冲击动力学强度试验显得尤为重要。
专利CN201287925Y公开了一种空气炮活塞密封系统，包括设有端盖的活塞筒、活塞以及与活塞筒固定在一起的法兰和接管，活塞顶面设置有与喷管进气端口接触配合的密封橡胶，喷管通过均布的固定支撑杆件与接管固接在一起，相邻的固定支撑杆件之间的空间作为空气炮气罐内空气进入喷管前的流通截面。该密封系统的优点在于：无需在活塞筒上加工通孔作为空气流通的截面积，而是利用相邻杆件之间的空间作为流通截面积，增加了气体的流通截面，减少了该处的局部阻力损失，提高了空气炮的冲击力。且在喷管进气口端部焊接有金属圈，加厚了喷管进气口处的壁厚，从而加大了密封面，增强了密封效果。该专利虽然结构简单，加工方便，消耗材料少，成本低，运行安全可靠。但是，该空气炮活塞密封系统在使用时较为繁琐，增加了工作量。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置及方法。
本发明的技术方案是：
飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置，包括依次连接的储气罐、发射组件以及炮管；
所述储气罐前端通过第一法兰盘与所述发射组件的箱体后端连接，所述箱体顶部设有密封盖板，箱体前端通过第二法兰盘与所述炮管后端连接，箱体内部前端对应所述第二法兰盘处可拆卸设有圆环形的膜片压板，所述膜片压板表面可拆卸设有塑料膜片，位于所述塑料膜片前方位置处设有电阻线圈，当塑料膜片与膜片压板固定且膜片压板与箱体内部固定后，所述电阻线圈与塑料膜片的前端面接触；
所述电阻线圈两端通过贯穿所述炮管外壁的引线与发射控制电路连接。
进一步地，所述密封盖板与所述箱体之间设有第一密封圈，所述第二法兰盘与所述箱体之间设有第二密封圈，所述膜片压板上等间距设有若干个螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接设有用于与第二法兰盘连接的螺钉。
说明：通过两个密封圈的设置能够保证箱体顶部和前端的密封，且第二密封圈能够在膜片压板安装后保证良好的密封性。
进一步地，所述塑料膜片与膜片压板之间通过热熔胶粘贴连接。
说明：通过将塑料膜片与膜片压板进行严格密封确保在使用过程中塑料膜片与膜片压板之间不会发生漏气现象。
进一步地，所述发射控制电路包括依次连接的稳压电源和固态继电器。
说明：通过发射控制电路的设置能够完成对电阻线圈的加热控制。
进一步地，所述炮管后端与所述箱体的连接处两侧各设有一个固定块，所述固定块内部中空设置，固定块内部设有限位滑块，所述限位滑块与炮管外壁滑动连接，且限位滑块延伸到炮管内部一端端部为弧形设置，限位滑块底部通过弹簧与固定块内壁固定连接，限位滑块后侧设有第一弧形推块，固定块内壁上设有的滑轨内部滑动连接设有第二弧形推块，当限位滑块压缩弹簧时所述第一弧形推块的弧形端面推动所述第二弧形推块沿所述滑轨向后侧滑动，第二弧形推块后侧壁设有电阻导丝，所述电阻导丝贯穿炮管外壁上设有的滑槽后与所述电阻线圈两端连接，所述滑槽位于固定块内部，所述引线与电阻导丝连接且引线通过固定块外壁设有的微孔与所述发射控制电路连接。
说明：通过固定块及其内部结构的设置能够使炮弹在放置过程中完成对电阻线圈的移动，使电阻线圈自动靠近塑料膜片预安装的位置，无需在安装完塑料膜片及膜片压板后再调节电阻线圈的位置，同时还能够对炮弹进行辅助固定，提高了装置结构的整体性和使用便利性。
更进一步地，所述电阻线圈为两端设有开口的一体式设置，电阻线圈中部连接处为波浪形设置，一个所述电阻导丝与左端开口上部连接，另一个电阻导丝与右端开口下部连接。
说明：通过优化电阻线圈的形状使其能够在加热后对塑料膜片进行均匀破坏，且减少气流和风速对空气炮的影响。
进一步地，所述储气罐容积为1~5m3，所述塑料膜片的厚度为0.1mm~0.5mm，所述炮管长度为5~6m，所述电阻线圈为直径0.2mm的镍铬合金电阻丝。
说明：通过优化储气罐、炮管以及电阻线圈的参数使其与发射组件的运行更加贴合，运行时更加稳定。
应用所述的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置的发射方法，包括以下步骤：
S1、塑料膜片安装：取膜片压板和塑料膜片，将塑料膜片粘贴在膜片压板表面上；
S2、炮弹放置：打开密封盖板，将炮弹由发射组件的箱体前端穿过第二法兰盘放置到炮管后端，保持炮弹固定；
S3、膜片压板定位：将粘贴有塑料膜片的膜片压板与第二法兰盘对齐，通过螺钉与螺纹孔一一对应使膜片压板与第二法兰盘固定，同时将电阻线圈由箱体前端穿过第二法兰盘与塑料膜片表面接触，并将电阻线圈的两端连接到发射控制电路；
S4、气体充注：向储气罐内部充注压缩空气，使其内部压力达到0.1~1MPa；
S5、控制发射：通过发射控制电路发出发射指令，通过稳压电源和固态继电器给电阻线圈两端施加60~80V电压，将电阻线圈温度加热至800~1000℃，使电阻线圈通过高温破坏塑料膜片，将箱体与炮管之间相互连通，储气罐中的压缩空气进入炮管推动炮弹沿炮管做加速运动，直至冲出炮管前端口完成空气炮的发射。
更进一步地，所述炮弹的直径为80mm~400mm，炮弹的质量为0.05kg~10kg。
说明：通过优选炮弹的参数使其能够与发射组件的运行更加贴合，发射时更加稳定。
本发明的有益效果是：
（1）本发明的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置集成了空气炮发射功能和装弹功能，通过在发射组件内部加装塑料膜片和膜片压板，使其能够在保证密封的前提下完成快速控制，与传统控制方法相比更为便捷，在不影响空气炮试验系统功能的前提下对空气炮进行装弹操作，能够提升空气炮试验系统的发射速度、精度，并能实现对发射时间的精确控制；
（2）本发明的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置通过固定块及其内部结构的设置能够使炮弹在放置过程中完成对电阻线圈的移动，使电阻线圈自动靠近塑料膜片预安装的位置，无需在安装完塑料膜片及膜片压板后再调节电阻线圈的位置，同时还能够对炮弹进行辅助固定，提高了装置结构的整体性和使用便利性；
（3）本发明的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置及方法通过优化炮弹、储气罐、炮管结构以及电阻线圈的施加电压以及加热温度、充注压力等，使其与发射组件的运行更加贴合，运行时更加稳定，通过优化电阻线圈的形状使其能够在加热后对塑料膜片进行均匀破坏，且减少气流和风速对空气炮的影响。
附图说明
图1是本发明的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置整体结构示意图；
图2是本发明的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置中发射组件内部结构示意图；
图3是本发明的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置中膜片压板及塑料膜片结构示意图；
图4是本发明的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置中发射组件内部及固定块内部结构示意图；
图5是本发明的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置中安装炮弹后的发射组件内部及固定块内部结构示意图；
图6是本发明的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置中发射控制电路控制电阻线圈的结构示意图；
图7是本发明的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置的发射方法工艺流程图。
其中，1-储气罐，11-第一法兰盘，2-发射组件，21-箱体，22-第二法兰盘，23-密封盖板，24-第一密封圈，25-第二密封圈，3-炮管，31-滑槽，4-膜片压板，41-塑料膜片，42-螺纹孔，5-电阻线圈，51-引线，52-电阻导丝，6-发射控制电路，61-稳压电源，62-固态继电器，7-固定块，71-限位滑块，72-弹簧，73-第一弧形推块，74-第二弧形推块，75-滑轨，76-微孔。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置，包括依次连接的储气罐1、发射组件2以及炮管3；
如图1~3所示，储气罐1前端通过第一法兰盘11与发射组件2的箱体21后端连接，箱体21顶部设有密封盖板23，箱体21前端通过第二法兰盘22与炮管3后端连接，箱体21内部前端对应第二法兰盘22处可拆卸设有圆环形的膜片压板4，膜片压板4表面可拆卸设有塑料膜片41，塑料膜片41与膜片压板4之间通过热熔胶粘贴连接，位于塑料膜片41前方位置处设有电阻线圈5，当塑料膜片41与膜片压板4固定且膜片压板4与箱体21内部固定后，电阻线圈5与塑料膜片41的前端面接触，密封盖板23与箱体21之间设有第一密封圈24，第二法兰盘22与箱体21之间设有第二密封圈25，膜片压板4上等间距设有6个螺纹孔42，螺纹孔42内螺纹连接设有用于与第二法兰盘22连接的螺钉；
如图6所示，电阻线圈5两端通过贯穿炮管3外壁的引线51与发射控制电路6连接，发射控制电路6包括依次连接的稳压电源61和固态继电器62；
如图1、4、5所示，炮管3后端与箱体21的连接处两侧各设有一个固定块7，固定块7内部中空设置，固定块7内部设有限位滑块71，限位滑块71与炮管3外壁滑动连接，且限位滑块71延伸到炮管3内部一端端部为弧形设置，限位滑块71底部通过弹簧72与固定块7内壁固定连接，限位滑块71后侧设有第一弧形推块73，固定块7内壁上设有的滑轨75内部滑动连接设有第二弧形推块74，当限位滑块71压缩弹簧72时第一弧形推块73的弧形端面推动第二弧形推块74沿滑轨75向后侧滑动，第二弧形推块74后侧壁设有电阻导丝52，电阻导丝52贯穿炮管3外壁上设有的滑槽31后与电阻线圈5两端连接，滑槽31位于固定块7内部，引线51与电阻导丝52连接且引线51通过固定块7外壁设有的微孔76与发射控制电路6连接，电阻线圈5为两端设有开口的一体式设置，电阻线圈5中部连接处为波浪形设置，一个电阻导丝52与左端开口上部连接，另一个电阻导丝52与右端开口下部连接；
如图2、4所示，储气罐1容积为2m3，塑料膜片41的厚度为0.3mm，炮管3长度为5.5m，电阻线圈5为直径0.2mm的镍铬合金电阻丝。
实施例2：本实施例与实施例1不同之处在于：
如图2、4所示，储气罐1容积为1m3，塑料膜片41的厚度为0.1mm，炮管3长度为5m，电阻线圈5为直径0.2mm的铜钨合金电阻丝。
实施例3：本实施例与实施例1不同之处在于：
如图2、4所示，储气罐1容积为5m3，塑料膜片41的厚度为0.5mm，炮管3长度为6m，电阻线圈5为直径0.2mm的铜钨合金电阻丝。
实施例4：本实施例是实施例1中的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置的发射方法，如图7所示，包括以下步骤：
S1、塑料膜片41安装：取膜片压板4和塑料膜片41，将塑料膜片41粘贴在膜片压板4表面上；
S2、炮弹放置：打开密封盖板23，将炮弹由发射组件2的箱体21前端穿过第二法兰盘22放置到炮管3后端，保持炮弹固定，炮弹的直径为200mm，炮弹的质量为3kg；
S3、膜片压板4定位：将粘贴有塑料膜片41的膜片压板4与第二法兰盘22对齐，通过螺钉与螺纹孔42一一对应使膜片压板4与第二法兰盘22固定，同时将电阻线圈5由箱体21前端穿过第二法兰盘22与塑料膜片41表面接触，并将电阻线圈5的两端连接到发射控制电路6；
S4、气体充注：向储气罐1内部充注压缩空气，使其内部压力达到0.14MPa；
S5、控制发射：通过发射控制电路6发出发射指令，通过稳压电源61和固态继电器62给电阻线圈5两端施加70V电压，将电阻线圈5温度加热至900℃，使电阻线圈5通过高温破坏塑料膜片41，将箱体21与炮管3之间相互连通，储气罐1中的压缩空气进入炮管3推动炮弹沿炮管3做加速运动，直至冲出炮管3前端口完成空气炮的发射。
实施例5：本实施例与实施例4不同之处在于：炮弹参数不同，对应不同炮弹所应用的步骤参数不同。
S2、炮弹放置：打开密封盖板23，将炮弹由发射组件2的箱体21前端穿过第二法兰盘22放置到炮管3后端，保持炮弹固定，炮弹的直径为80mm，炮弹的质量为0.05kg；
S4、气体充注：向储气罐1内部充注压缩空气，使其内部压力达到0.1MPa；
S5、控制发射：通过发射控制电路6发出发射指令，通过稳压电源61和固态继电器62给电阻线圈5两端施加60V电压，将电阻线圈5温度加热至800℃，使电阻线圈5通过高温破坏塑料膜片41，将箱体21与炮管3之间相互连通，储气罐1中的压缩空气进入炮管3推动炮弹沿炮管3做加速运动，直至冲出炮管3前端口完成空气炮的发射。
实施例6：本实施例与实施例4不同之处在于：炮弹参数不同。
S2、炮弹放置：打开密封盖板23，将炮弹由发射组件2的箱体21前端穿过第二法兰盘22放置到炮管3后端，保持炮弹固定，炮弹的直径为400mm，炮弹的质量为10kg；
S4、气体充注：向储气罐1内部充注压缩空气，使其内部压力达到1MPa；
S5、控制发射：通过发射控制电路6发出发射指令，通过稳压电源61和固态继电器62给电阻线圈5两端施加80V电压，将电阻线圈5温度加热至1000℃，使电阻线圈5通过高温破坏塑料膜片41，将箱体21与炮管3之间相互连通，储气罐1中的压缩空气进入炮管3推动炮弹沿炮管3做加速运动，直至冲出炮管3前端口完成空气炮的发射。
工作原理：下面结合本发明的方法对本发明装置的固定块内部结构工作原理进行进一步地说明。
在使用时，当进行到步骤S2使，将炮弹由发射组件2的箱体21前端穿过第二法兰盘22放置到炮管3后端，此时炮弹外壁推动限位滑块71向炮管3外部移动，由图4所示的状态变为图5所示的状态，限位滑块71移动过程中带动第一弧形推块73移动，第一弧形推块73推动第二弧形推块74向后移动，从而带动电阻导丝52以及电阻线圈5向后移动，电阻导丝52在滑槽31内部滑动，直至炮弹放置到指定位置处，炮弹在限位滑块71以及弹簧72的作用下保持固定，同时电阻线圈5移动至膜片压板4将要固定的位置处，使步骤S3膜片压板4完成固定后电阻线圈5刚好与塑料膜片41表面相接触，实现此功能只需要提前计算炮弹在炮管3内部放置的距离、电阻导丝52以及电阻线圈5与膜片压板4将要固定的位置之间的距离即可，同时需要预留出足够长的引线51使其在固定块7内部的能够被拉伸。
实验例：以实施例1的装置及实施例4的方法进行现场模拟实验，得到的实验数据表明：空气炮的速度控制精度能达到2%以内；常温常压环境状态下电阻线圈5的破膜的时间能控制到10ms内，发射时刻的控制重复性精度能在2ms以内；
同时，还对塑料膜片41的性能进行了测试，0.1mm的塑料膜片41能耐0.2MPa气压半个小时以上的时间，0.5mm的塑料膜片41能耐1MPa气压半个小时以上的时间。
Claims (8)
1.飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置，其特征在于，包括依次连接的储气罐（1）、发射组件（2）以及炮管（3）；
所述储气罐（1）前端通过第一法兰盘（11）与所述发射组件（2）的箱体（21）后端连接，所述箱体（21）顶部设有密封盖板（23），箱体（21）前端通过第二法兰盘（22）与所述炮管（3）后端连接，箱体（21）内部前端对应所述第二法兰盘（22）处可拆卸设有圆环形的膜片压板（4），所述膜片压板（4）表面可拆卸设有塑料膜片（41），位于所述塑料膜片（41）前方位置处设有电阻线圈（5），当塑料膜片（41）与膜片压板（4）固定且膜片压板（4）与箱体（21）内部固定后，所述电阻线圈（5）与塑料膜片（41）的前端面接触；
所述电阻线圈（5）两端通过贯穿所述炮管（3）外壁的引线（51）与发射控制电路（6）连接，所述炮管（3）后端与所述箱体（21）的连接处两侧各设有一个固定块（7），所述固定块（7）内部中空设置，固定块（7）内部设有限位滑块（71），所述限位滑块（71）与炮管（3）外壁滑动连接，且限位滑块（71）延伸到炮管（3）内部一端端部为弧形设置，限位滑块（71）底部通过弹簧（72）与固定块（7）内壁固定连接，限位滑块（71）后侧设有第一弧形推块（73），固定块（7）内壁上设有的滑轨（75）内部滑动连接设有第二弧形推块（74），当限位滑块（71）压缩弹簧（72）时所述第一弧形推块（73）的弧形端面推动所述第二弧形推块（74）沿所述滑轨（75）向后侧滑动，第二弧形推块（74）后侧壁设有电阻导丝（52），所述电阻导丝（52）贯穿炮管（3）外壁上设有的滑槽（31）后与所述电阻线圈（5）两端连接，所述滑槽（31）位于固定块（7）内部，所述引线（51）与电阻导丝（52）连接且引线（51）通过固定块（7）外壁设有的微孔（76）与所述发射控制电路（6）连接。
2.根据权利要求1所述的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置，其特征在于，所述密封盖板（23）与所述箱体（21）之间设有第一密封圈（24），所述第二法兰盘（22）与所述箱体（21）之间设有第二密封圈（25），所述膜片压板（4）上等间距设有若干个螺纹孔（42），所述螺纹孔（42）内螺纹连接设有用于与第二法兰盘（22）连接的螺钉。
3.根据权利要求1所述的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置，其特征在于，所述塑料膜片（41）与膜片压板（4）之间通过热熔胶粘贴连接。
4.根据权利要求1所述的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置，其特征在于，所述发射控制电路（6）包括依次连接的稳压电源（61）和固态继电器（62）。
5.根据权利要求1所述的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置，其特征在于，所述电阻线圈（5）为两端设有开口的一体式设置，电阻线圈（5）中部连接处为波浪形设置，一个所述电阻导丝（52）与左端开口上部连接，另一个电阻导丝（52）与右端开口下部连接。
6.根据权利要求1所述的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置，其特征在于，所述储气罐（1）容积为1~5m3，所述塑料膜片（41）的厚度为0.1mm~0.5mm，所述炮管（3）长度为5~6m，所述电阻线圈（5）为直径0.2mm的镍铬合金电阻丝。
7.应用权利要求1~6任意一项所述的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置的发射方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、塑料膜片（41）安装：取膜片压板（4）和塑料膜片（41），将塑料膜片（41）粘贴在膜片压板（4）表面上；
S2、炮弹放置：打开密封盖板（23），将炮弹由发射组件（2）的箱体（21）前端穿过第二法兰盘（22）放置到炮管（3）后端，保持炮弹固定；
S3、膜片压板（4）定位：将粘贴有塑料膜片（41）的膜片压板（4）与第二法兰盘（22）对齐，通过螺钉与螺纹孔（42）一一对应使膜片压板（4）与第二法兰盘（22）固定，同时将电阻线圈（5）由箱体（21）前端穿过第二法兰盘（22）与塑料膜片（41）表面接触，并将电阻线圈（5）的两端连接到发射控制电路（6）；
S4、气体充注：向储气罐（1）内部充注压缩空气，使其内部压力达到0.1~1MPa；
S5、控制发射：通过发射控制电路（6）发出发射指令，通过稳压电源（61）和固态继电器（62）给电阻线圈（5）两端施加60~80V电压，将电阻线圈（5）温度加热至800~1000℃，使电阻线圈（5）通过高温破坏塑料膜片（41），将箱体（21）与炮管（3）之间相互连通，储气罐（1）中的压缩空气进入炮管（3）推动炮弹沿炮管（3）做加速运动，直至冲出炮管（3）前端口完成空气炮的发射。
8.根据权利要求7所述的飞机冲击动力学强度试验用空气炮系统的发射装置的发射方法，其特征在于，所述炮弹的直径为80mm~400mm，炮弹的质量为0.05kg~10kg。
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