CN213273953U

CN213273953U - 一种用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置

Info

Publication number: CN213273953U
Application number: CN202022282264.4U
Authority: CN
Inventors: 李欣; 赵春滨; 王浩; 原和朋
Original assignee: Xi'an Shengzhao Mechanical And Electrical Technology Co ltd
Current assignee: Xi'an Shengzhao Mechanical And Electrical Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2030-10-14

Abstract

本实用新型公开了一种用于高速发射机构的电磁‑高压气体组合释放装置，能够提高发射机构中释放装置的开启速度，进一步的提升弹速。该装置包括高压气室、内筒体、速启阀门、隔板、单向阀、弹簧、固定电磁线圈以及可动电磁线圈；高压气室的出气口与外部发射管入口连通，内筒体固定设置于高压气室内，并且内筒体与外部进气阀门和出气阀门连接；速启阀门包括活塞段、连杆段以及堵头段；活塞段位于内筒体内，并将内筒体隔离成第一腔室和第二腔室；隔板将第二腔室隔离成阻尼腔以及缓冲腔；速启阀门可在第一腔室和阻尼腔产生推力作用下、弹簧回复力的作用下以及电磁线圈产生的洛伦兹力作用下迅速实现开启。

Description

一种用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，能够提升发射机构的释放速度，进而提升轻气炮、霍普金森压杆等高速发射机构的发射能力。

背景技术

对于轻气炮、霍普金森压杆等高速发射机构，装置的发射能力与发射机构设计密切相关。发射机构主要包括高压气室、释放装置、密封缓冲结构等。高压气室是发射机构中的关键部件，高压容积由内弹道计算确定，内径一般是发射管的4～5倍，气室内径增大，有助于提高轻气炮的发射性能。高压气室内设计有释放装置，释放装置起着隔离气体和迅速开启的作用。向气室注气时，保证气体不向发射管泄漏。发射时，保证释放装置能迅速打开，使大量气体立刻作用到弹丸底部。

因此，高速发射机构的发射能力与发射机构的释放装置开启速度密切相关，提高释放装置的开启速度(小于2ms)，能够有效提升发射速度；如果开启速度降低(超过10ms量级)，会显著降低发射速度。因此，发射机构的释放装置是决定高速发射机构发射能力的关键环节。

目前大多采用普通的活塞式释放装置，开启速度慢，无法充分利用高压气体的能量，影响了发射速度。因此为提高发射机构的发射能力，需设计新的发射机构释放装置，从而提高发射速度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于高压气体高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，利用电磁驱动和高压气体组合驱动的方式，解决了现有发射机构的释放装置开启速度慢，无法充分利用高压气体的能量，导致发射速度较慢的问题。

本实用新型的技术方案是：

本实用新型提供了一种用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，包括高压气室，高压气室的出气口与外部发射管入口连通；

其改进之处是：

还包括内筒体、速启阀门、隔板、单向阀、弹簧、固定电磁线圈以及可动电磁线圈；

内筒体固定设置于高压气室内，并且内筒体与外部进气阀门和出气阀门连接；

速启阀门包括活塞段、连杆段以及堵头段；活塞段位于内筒体内，并将内筒体隔离成第一腔室和第二腔室；

隔板将第二腔室隔离成阻尼腔以及缓冲腔；阻尼腔通过设置在内筒体侧壁上的补偿孔与高压气室连通；缓冲腔与高压气室连通；

连杆段一端与活塞段固连，另一端穿过隔板后与堵头段连接，所述堵头段用于关闭或开启高压气室的出气口；

单向阀设置于内筒体上，用于使第一腔室内的高压气体进入高压气室内；

弹簧位于阻尼腔内，一端与所述活塞段连接，另一端与隔板连接；

固定电磁线圈位于缓冲腔内，并固定于所述隔板上；

可动电磁线圈安装于所述连杆段上；

固定电磁线圈、可动电磁线圈均与外部脉冲电源连接，用于产生相互吸引的洛伦兹力。

进一步地，上述固定电磁线圈、可动电磁线圈与外部脉冲电源均通过线缆转接盘实现电连接。

进一步地，上述内筒体通过连接柱固定于高压气室内，所述连接柱内开设有用于连通第一腔室和外部进气阀门、出气阀门的气流通道。

进一步地，上述连接柱上设有线缆沟槽，高压电线设置于线缆沟槽内，且高压电线一端外部脉冲电源电连接，另外一端与线缆转接盘的电连接。

进一步地，上述高压气室包括依次连接的第一直筒段、第一收敛段、第二直筒段以及第二收敛段；所述第二收敛段的小口端作为高压气室的出气口与外部发射管入口连通。

进一步地，上述第二收敛段靠近外部发射管入口的内壁上设有O型密封圈。

进一步地，上述堵头段外表面形状、尺寸与第二收敛段内壁的形状、尺寸相适配。

进一步地，上述固定电磁线圈、可动电磁线圈通电后产生的洛伦兹力根据以下公式确定：

F＝I_f I_p dM/dx；

其中，F为洛伦兹力(N)；

I_f为固定电磁线圈中的电流强度(A)；

I_p为可动电磁线圈中的电流强度(A)；

M为固定电磁线圈与可动电磁线圈的互感(H)；

dM/dx为互感梯度(H/m)。

进一步地，上述活塞段、连杆段以及堵头段采用铝合金材料，且为一体式结构。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型利用电磁和高压气体组合驱动的方式，使得速启阀门在开启时，相对于传统释放装置，能够提高发射机构中释放装置的开启速度，进一步的提升弹速。

2、本实用新型采用固定电磁线圈和可动电磁线圈提供的电磁力，可降低速启阀门再次关闭时的速度，减缓碰撞强度，保护速启阀门的密封面和高压气室的密封面。

3、本实用新型采用电磁线圈和脉冲电源产生可以精准控制的电磁力，提升了发射弹速的一致性和稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的剖视结构示意图。

附图标记如下：

1-高压气室、2-内筒体、3-速启阀门、31-活塞段、32-连杆段、33-堵头段 4-隔板、5-单向阀、6-弹簧、7-固定电磁线圈、8-可动电磁线圈、9-进气阀门、 10-出气阀门、11-第一腔室、12-第二腔室、13-阻尼腔、14-缓冲腔、15-补偿孔、16-连接柱、17-气流通道、18-线缆转接盘、19-第一直筒段、20-第一收敛段、21-第二直筒段、22-第二收敛段、23-弹丸、24-发射管、25-线缆沟槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在有没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施结构

本实施例提供了该组合释放装置的具体结构，如图1所示，包括高压气室1、内筒体2、速启阀门3、隔板4、单向阀5、弹簧6、固定电磁线圈7以及可动电磁线圈8；

内筒体2固定设置于高压气室1内，并且内筒体2与外部进气阀门9和出气阀门10连接；

速启阀门3包括活塞段31、连杆段32以及堵头段33；活塞段31位于内筒体2内，用于提供速启阀门6开启或关闭的作用力，并将内筒体2隔离成第一腔室11和第二腔室12；隔板4将第二腔室12隔离成阻尼腔13以及缓冲腔14；

阻尼腔13通过设置在内筒体2侧壁上的补偿孔15与高压气室1连通，补偿孔15的重要功能是调节阻尼腔13、第一腔室11中的压力比例，即保证阻尼腔13与外部压力平衡，又使速启阀门3迅速开启。补偿孔15口径不宜太大，如果过大可能造成速启阀门3开启太快，导致与发射机构的撞击强度太大，影响速启阀门3和发射机构的安全性。

缓冲腔14与高压气室1连通；缓冲腔14是在速启阀门3快速开启时，形成一个具有缓冲效果的“气垫”，减缓速启阀门与其他结构发生的碰撞；为保证速启阀门开启时的力足够大，需要优化第一腔室11与阻尼腔13的容积比例，还要降低速启阀门3的重量，本实施例中速启阀门3为轻量化设计，采用硬铝等低密度、高强度材料制造，且活塞段31、连杆段32以及堵头段 33采用一体成型构成速启阀门3

连杆段32一端与活塞段31固连，另一端穿过隔板4后与堵头段33连接，所述堵头段33用于关闭或开启高压气室1的出气口；

单向阀5设置于内筒体2上，气体仅能在注气时从第一腔室11进入高压气室1，而不能从高压气室1进入第一腔室11；弹簧6位于阻尼腔13内，一端与所述活塞段31连接，另一端与隔板4连接，其作用是发射时提供缓冲力，开闭时提供一定的推力；

固定电磁线圈7位于缓冲腔14内，并固定与所述隔板4上；可动电磁线圈安装于所述连杆段32上，并位于固定电磁线圈7和所述堵头段33之间；固定电磁线圈7、可动电磁线圈8均通过能耐受30MPa以上压力的线缆转接盘与与外部脉冲电源连接，当接通电源时，固定电磁线圈7所产生的磁场与可动电磁线圈8上的感应电流相互作用，产生洛伦兹力，在速启阀门3开启时，给速启阀门3提供一个附加的开启作用力，提高开启速度。连杆段32所受的力(即洛伦兹力)可表示为：

F＝I_f I_p dM/dx,其中F为洛伦兹力(N)、I_f为固定线圈中的电流强度(A)、I_p为可动电磁线圈中的电流强度(A)、M为固定与可动线圈的互感(H)、dM/dx 为互感梯度(H/m)。固定电磁线圈7中的电流强度越大，可动电磁线圈8中的感应电流强度就越大，可动电磁线圈8和连杆段32所受的电磁力就越大。

另外，速启阀门3开启后，在第一腔室11内残余的气体作用下仍然会关闭，关闭过程可能导致速启阀门3的堵头段33与高压气室1的出气口处碰撞，造成速启阀门3的密封面损伤。固定电磁线圈7和可动电磁线圈8提供的洛伦兹力可以降低速启阀门3再次关闭时的速度，减缓碰撞强度，保护速启阀门3的密封面。

此处需要说明一点是：高压气室1是承受发射时高压气体的压力容器，且高压气室1的出气口与外部发射管24入口连通，发射前速启阀门3在第一腔室11压力的驱动下压紧在高压气室1的出气口，保证速启阀门3与高压气室1出口处的密封，这也是保证注气时气体不泄漏进入发射管，以及发射前弹丸不移动的重要前提条件。

基于以上结构的描述，本实施例还做出了以下优化设计：

1、为了使该结构的气路和电路布局更加隔离，内筒体2通过连接柱16 固定于高压气室1内，连接柱16内开设有用于连通第一腔室11和外部进气阀门9、出气阀门10的气流通道17；连接柱16与内筒体2的筒壁上设有线缆沟槽，高压电线设置于线缆沟槽内，且高压电线一端外部脉冲电源电连接，另外一端与线缆转接盘18的电连接。

2、为了使发射时高压气体流动更加顺畅，本实施例的高压气室1包括依次连接的第一直筒段19、第一收敛段20、第二直筒段21以及第二收敛段22；所述第二收敛段22的小口端作为高压气室的出气口与外部发射管24入口连通，第二收敛段22靠近外部发射管入口的内壁上设有O型密封圈；速启阀门 3的堵头段33外表面形状、尺寸与第二收敛段22内壁的形状、尺寸相适配，且满足端面密封的形状要求，注气时利用堵头段33直接压倒高压气室上的O 型密封圈，可以保证密封效果。此外，速启阀门再次关闭时，可能导致堵头段与高压气室的出气口处碰撞，O型密封圈可以保护速启阀门密封面不受损伤。

工作原理

本实施例释放装置的工作原理具体描述如下：

开启外部进气阀门，高压气体进入第一腔室5，第一腔室5的压力不断上升，使得速启阀门6向右移动，通过堵头段压紧外部发射管入口，同时，压力上升使单向阀4打开，高压气体从第一腔室5经过单向阀4进入高压气室3，注气达到预定压力后停止注气。需要注意的是：在进气阀门1注气时，需要保证单向阀4关闭，保证速启阀门6先将外部发射管的入口封住(此时，弹簧处于压缩状态)，然后气体经过单向阀4流入高压气室3，这样能保证弹体发射前不会因为气体泄漏进入发射管而运动。

发射动作时，首先打开出气阀门，第一腔室5内高压气体迅速排出，此时高压气室3内气体因单向阀4关闭而不能进入第一腔室5；随后速启阀门6 左端(即第一腔室5内)压力迅速下降，右端(即阻尼腔内)由于注气时从补偿孔9进入的气体压力的作用，两端在短时间内形成巨大压差，此压差给速启阀门6施加一个向左的力(即高压气体提供给速启阀门的开启力，记为 F1)，由于两端压差的存在，弹簧的回复力也能给速启阀门提供一个开启力，记为F2；

同时，脉冲电源通过线缆转接盘11和线缆沟槽12中的高压电线给缓冲腔13内侧的固定电磁线圈7和连杆段上的可动电磁线圈提供脉冲电流，当接通电源时，固定电磁线圈所产生的磁场与可动电磁线圈上的感应电流相互作用，产生洛伦兹力，从而给速启阀门提供一个开启作用力F3；

在F1、F2、F3的的共同作用下，速启阀门6迅速向左运动离开发射管入口，高压气室3内的气体快速进入发射管16，推动弹丸23运动。

速启阀门6快速打开后，当速启阀门的堵头段到达缓冲腔13时，会产生一个高压气垫，起到缓冲作用，防止速启阀门剧烈撞击腔体。

发射完毕后，高压气室1的气体快速进入外部发射管推动弹丸23运动，出气阀门10关闭，第一腔室11内的气压逐渐高于高压气室1，因此第一腔室 11的压力推动速启阀门3向右运动，恢复阀门的关闭状态，发射过程结束。

Claims

1.一种用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，包括高压气室(1)，高压气室(1)的出气口与外部发射管(24)入口连通；

其特征在于：

还包括内筒体(2)、速启阀门(3)、隔板(4)、单向阀(5)、弹簧(6)、固定电磁线圈(7)以及可动电磁线圈(8)；

内筒体(2)固定设置于高压气室(1)内，并且内筒体(2)与外部进气阀门(9)和出气阀门(10)连接；

速启阀门(3)包括活塞段(31)、连杆段(32)以及堵头段(33)；活塞段(31)位于内筒体(2)内，并将内筒体(2)隔离成第一腔室(11)和第二腔室(12)；

隔板(4)将第二腔室(12)隔离成阻尼腔(13)以及缓冲腔(14)；阻尼腔(13)通过设置在内筒体(2)侧壁上的补偿孔(15)与高压气室(1)连通；缓冲腔(14)与高压气室(1)连通；

连杆段(32)一端与活塞段(31)固连，另一端穿过隔板(4)后与堵头段(33)连接，所述堵头段(33)用于关闭或开启高压气室(1)的出气口；

单向阀(5)设置于内筒体(2)上，用于使第一腔室(11)内的高压气体进入高压气室(1)内；

弹簧(6)位于阻尼腔(13)内，一端与所述活塞段(31)连接，另一端与隔板(4)连接；

固定电磁线圈(7)位于缓冲腔(14)内，并固定于所述隔板(4)上；

可动电磁线圈(8)安装于所述连杆段(32)上；

固定电磁线圈(7)、可动电磁线圈(8)均与外部脉冲电源连接，用于产生相互吸引的洛伦兹力。

2.根据权利要求1所述的用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，其特征在于：所述固定电磁线圈(7)、可动电磁线圈(8)与外部脉冲电源均通过线缆转接盘(18)实现电连接。

3.根据权利要求2所述的用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，其特征在于：所述内筒体(2)通过连接柱(16)固定于高压气室(1)内，所述连接柱(16)内开设有用于连通第一腔室(11)和外部进气阀门(9)、出气阀门(10)的气流通道(17)。

4.根据权利要求3所述的用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，其特征在于：所述连接柱(16)上设有线缆沟槽(25)，高压电线设置于线缆沟槽(25)内，且高压电线一端外部脉冲电源电连接，另外一端与线缆转接盘(18)的电连接。

5.根据权利要求1所述的用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，其特征在于：所述高压气室(1)包括依次连接的第一直筒段(19)、第一收敛段(20)、第二直筒段(21)以及第二收敛段(22)；所述第二收敛段(22)的小口端作为高压气室的出气口与外部发射管(24)入口连通。

6.根据权利要求5所述的用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，其特征在于：所述第二收敛段(22)靠近外部发射管(24)入口的内壁上设有O型密封圈。

7.根据权利要求1所述的用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，其特征在于：所述堵头段(33)外表面形状、尺寸与第二收敛段(22) 内壁的形状、尺寸相适配。

8.根据权利要求1所述的用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，其特征在于：固定电磁线圈(7)、可动电磁线圈(8)通电后产生的洛伦兹力根据以下公式确定：

F＝I_fI_pdM/dx；

其中，F为洛伦兹力(N)；

I_f为固定电磁线圈中的电流强度(A)；

I_p为可动电磁线圈中的电流强度(A)；

M为固定电磁线圈与可动电磁线圈的互感(H)；

dM/dx为互感梯度(H/m)。

9.根据权利要求1所述的用于高速发射机构的电磁-高压气体组合释放装置，其特征在于：所述活塞段(31)、连杆段(32)以及堵头段(33)采用铝合金材料，且为一体式结构。