CN208751364U - 一种二级轻气炮 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超高速碰撞加载实验技术领域，具体是一种二级轻气炮，沿发射方向，依次包括：首级驱动和二级驱动；首级驱动，用于增压产生高温高压的轻质气体，该首级驱动包括用于容纳待压缩气体的泵管；二级驱动，用于通过高温高压的轻质气体发射气炮弹丸；首级驱动为用于通过发射的弹丸压缩泵管内气体的电磁炮，泵管内气体被压缩形成高温高压的轻质气体。以电磁炮作为首级驱动，相比于采用火药驱动、混合气体爆轰等方式不仅安全性大大提高，还相比于采用高压氮气占地空间小，可以很好解决目前火药驱动严格限制、采用高压气体投入成本高昂、采用氢氧混合气体爆轰复杂危险等问题。

Description

一种二级轻气炮

技术领域

本实用新型涉及超高速碰撞加载实验技术领域，具体是一种二级轻气炮。

背景技术

高压气体炮是高压实验中最为常见的加载手段，其中，二级轻气炮因为能发射各种形状的弹丸，其质量、尺寸和材料有较宽的适应范围，是超高速弹丸驱动中应用最广泛的技术之一。二级轻气炮可以实现速度范围为2km/s～6km/s的碰撞加载，通常能产生110GPa的冲击波压力。常见的二级轻气炮的工作原理是首先由火药燃烧后的高压气体加速一个活塞，活塞高速运动压缩泵管中的氢气或氦气，然后靠高压氢气或氦气驱动弹丸，实现与靶样品的高速碰撞。近些年来，国内又陆续发展了以氢氧燃烧作为首级驱动的二级轻气炮(见北京理工大学专利201610989470.4)，以及以高压气体作为首级驱动的二级炮(见哈尔滨工业大学专利201310279413.3)。

实用新型内容

本实用新型目的是为了提供一种较好的二级轻气炮。

本实用新型提供了一种二级轻气炮，沿发射方向，依次包括：

首级驱动，用于增压产生高温高压的轻质气体，该首级驱动包括用于容纳待压缩气体的泵管；

二级驱动，用于通过高温高压的轻质气体发射气炮弹丸；

上述首级驱动为用于通过发射的活塞压缩泵管内气体的电磁炮，泵管内气体被压缩形成上述高温高压的轻质气体。

现在保有量最大的传统的二级轻气炮大多是以火药爆燃来驱动活塞(首级驱动)的，国外也多采用该驱动方式，但火药的使用使实验室附属设备变得复杂，并且带来安全、污染、炮的清洁等许多麻烦，这样造成传统的二级轻气炮运行效率低、实验成本高等缺点。

在国内，火药是严格管制的材料，在很多实验场地难以使用，因此，国内陆续发展了以氢氧爆轰和高压气体作为首级驱动的二级炮系统。但是这两种方案由于自身的缺陷，目前也没有得到广泛的运用。

其中，气体驱动的二级炮，首级驱动系统需要使用大量的高压氮气，需要建设专用的高压气站，带了占地、噪音和安全监管的问题，并且高压氮气驱动能力有限，难以企及火药炮的效率和高速，目前还是不能替代火药驱动的二级炮。氢氧混合气体爆轰作为首级驱动源带了的问题在于需要复杂的配气系统、氢气作为燃料极度易爆，对于气炮使用需要严格的培训与监管，难以得到普遍的应用。

申请人实用新型创造出了本二级轻气炮，以电磁炮作为首级驱动，相比于采用火药驱动、混合气体爆轰等方式不仅安全性大大提高，还相比于采用高压氮气占地空间小，可以很好解决目前火药驱动严格限制、采用高压气体投入运行成本高昂、采用氢氧混合气体爆轰复杂危险等问题。

进一步地是，上述泵管内置有变形活塞，上述变形活塞后方设置有作为电磁炮弹丸的推进件，上述首级驱动为驱动推进件推进变形活塞的电磁炮。

进一步地是，上述推进件与变形活塞粘接；或者，上述推进件与变形活塞之间通过螺栓连接。

进一步地是，上述推进件后端开有螺纹孔。

进一步地是，上述首级驱动为将推进件加速到0.2～1km/s的电磁炮。

进一步地是，上述首级驱动为线圈炮，上述首级驱动还包括套装在泵管外的驱动线圈。

电磁炮有非常多的类型，其中磁阻式电磁炮或感应线圈炮是结构最为简单，对弹丸部分无需专门供电与冷却，并且在发射过程中，发射质量大，没有电火花产生，转换效率高，驱动电流小。

虽然申请人发现上述电磁炮缺点在于由于需要驱动线圈的开关或换向的控制，难以达到非常高的发射速度，典型的速度只有数百米。然而，作为二级轻气炮的驱动源而言，需要的是大质量，低速度(低于1000m/s，通常200-1000m/s)，这样线圈炮虽然难以达到非常高的发射速度，但是对于二级轻气炮而言，首级驱动采用上述电磁炮经过实践正好适用，这样在低成本投入的情况下就能很好达到兼顾安全性，同时做到与采用火药作为首级驱动的效果，让本二级轻气炮可以得到很好的推广。

进一步地是，上述首级驱动为多级线圈炮。

进一步地是，上述二级驱动包括高压变径段，上述高压变径段的后端连接泵管的前端，该高压变径段的前端连接二级驱动的发射管。

进一步地是，上述高压变径段的通道小径端设置有膜片。

进一步地是，上述二级驱动的发射端设置有真空靶室。

进一步地是，上述首级驱动采用电容供电。

进一步地是，上述二级驱动为使气炮弹丸达到2～8km/s的发射器。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的一种二级轻气炮体系架构示意图；

图2为图1中A处的局部放大示意图；

上述附图中的有关标记为：1-泵管，2-变形活塞，3-高压变径段、4-二级驱动的发射管、5-膜片、6-真空靶室、7-驱动线圈、8-推进件、9-气炮弹丸。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

如图1和2，二级轻气炮，沿发射方向，依次包括：

首级驱动，用于增压产生高温高压的轻质气体，该首级驱动包括用于容纳待压缩气体的泵管1；

二级驱动，用于通过高温高压的轻质气体发射气炮弹丸9；

上述首级驱动为用于通过发射的活塞压缩泵管1内气体的电磁炮，泵管1内气体被压缩形成上述高温高压的轻质气体。

上述泵管1内置有变形活塞2，上述变形活塞2后方设置有作为电磁炮弹丸的推进件8，上述首级驱动为驱动推进件8推进变形活塞2的电磁炮。

上述首级驱动为线圈炮，上述首级驱动还包括套装在泵管1外的驱动线圈7。这里的线圈炮可以是磁阻式线圈炮或是感应线圈炮。

上述首级驱动采用电容供电。

上述首级驱动为多级线圈炮，即驱动线圈7沿沿泵管1排列。

上述二级驱动包括高压变径段3，上述高压变径段3的后端连接泵管1的前端，该高压变径段3的前端连接二级驱动的发射管4。

上述高压变径段3的小径端设置有膜片5。

上述二级驱动的发射端设置有真空靶室6。

这里的真空靶室6中有测速系统、用于闪光X光照相和高速摄影的光学观察窗口、靶架等。

使用时，泵管1作为一级炮发射管抽真空后注入一定气压的轻质气体(这里的抽真空可以只限于抽掉变形活塞2与膜片5之间的原气体即可)，线圈炮发射作为电磁炮弹丸的推进件8，推进件8被沿泵管1排列的多个电磁线圈依次加速，推进件8带着变形活塞2向前移动，最终被加速到200-1000m/s，高速运动的变形活塞2与膜片5绝热压缩上述注入的轻质气体，变形活塞2挤入高压变径段3，使其在泵管1末端形成一个新的高压气室，当该气室的气压超过膜片5的承受能力后则破膜发射气炮弹丸9。高压气室的气压可高达1000MPa，气温可达2000～4000℃，高压气体发射的气炮弹丸9，弹速能到达2～8km/s。

申请人实用新型创造出了本二级轻气炮，以电磁炮作为首级驱动，相比于采用火药驱动、混合气体爆轰等方式不仅安全性大大提高，还相比于采用高压氮气占地空间小，可以很好解决目前火药驱动严格限制、采用高压气体投入成本高昂、采用氢氧混合气体爆轰复杂危险等问题。

在本实施方式的基础上，可以进一步优化，上述推进件与变形活塞粘接；或者，上述推进件与变形活塞之间通过螺栓连接，这样将推进件与变形活塞连为一体，方便对变形活塞的驱动、控制，上述推进件后端开有螺纹孔，方便后续将推进件和变形活塞拉出，即通过带有与螺纹孔适配的螺纹杆与推进件配合，再将推进件和变形活塞拉出。

实施举例：

一、首级驱动采用25级线圈炮(单级储能50kj)；推进件与变形活塞之间通过螺栓紧固连接为一体；

从上可知，本二级轻气炮，采用线圈炮作为首级驱动，使气炮弹丸完全能达到很好的速度效果，满足实验需要。

二、首级采用高压氮气驱动设备；

综上可得，采用本实用新型的二级轻气炮相比于采用高压氮气设备驱动活塞，不仅价格更加低廉、占地空间也更小，在气炮弹丸的发射速度上，本实用新型的二级轻气炮也更优。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种二级轻气炮，沿发射方向，依次包括：

首级驱动，用于增压产生高温高压的轻质气体，该首级驱动包括用于容纳待压缩气体的泵管(1)；

二级驱动，用于通过高温高压的轻质气体发射气炮弹丸(9)；

其特征在于，所述首级驱动为用于通过发射的活塞压缩泵管(1)内气体的电磁炮，泵管(1)内气体被压缩形成所述高温高压的轻质气体。

2.如权利要求1所述的一种二级轻气炮，其特征在于，所述泵管(1)内置有变形活塞(2)，所述变形活塞(2)后方设置有作为电磁炮弹丸的推进件(8)，所述首级驱动为驱动推进件(8)推进变形活塞(2)的电磁炮。

3.如权利要求2所述的一种二级轻气炮，其特征在于：所述推进件(8)与变形活塞(2)粘接；或者，所述推进件(8)与变形活塞(2)之间通过螺栓连接。

4.如权利要求2所述的一种二级轻气炮，其特征在于：所述推进件(8)后端开有螺纹孔。

5.如权利要求2所述的一种二级轻气炮，其特征在于：所述首级驱动为将推进件(8)加速到0.2～1km/s的电磁炮。

6.如权利要求1所述的一种二级轻气炮，其特征在于：所述首级驱动为线圈炮，所述首级驱动还包括套装在泵管(1)外的驱动线圈(7)。

7.如权利要求6所述的一种二级轻气炮，其特征在于：所述首级驱动为多级线圈炮。

8.如权利要求1所述的一种二级轻气炮，其特征在于：所述二级驱动包括高压变径段(3)，所述高压变径段(3)的后端连接泵管(1)的前端，该高压变径段(3)的前端连接二级驱动的发射管(4)；所述高压变径段(3)的通道小径端设置有膜片(5)。

9.如权利要求1所述的一种二级轻气炮，其特征在于：所述二级驱动的发射端设置有真空靶室(6)。

10.如权利要求1所述的一种二级轻气炮，其特征在于：所述二级驱动为使气炮弹丸(9)达到2～8km/s的发射器。