RU2168138C2

RU2168138C2 - Light-gas gun

Info

Publication number: RU2168138C2
Application number: RU99113759/02A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Бобровников; Ю.Н. Дерюгин; Н.В. Лапичев; пников Г.П. Шл; Г.П. Шляпников
Original assignee: Министерство Российской Федерации по атомной энергии
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2001-05-27

Abstract

FIELD: experimental investigations of high-speed collision of solid. SUBSTANCE: compression chamber of the light-gas gun is into sections by means of additional pistons. A through stepped duct covered by a diaphragm is made in the axis of each piston. The diaphragm is attached in the point of the step for opening towards the ballistic barrel. EFFECT: more uniform loading of the compression chamber and propelled object at preset limitations of its bearing capacity and the bearing capacity of the compression chamber. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ствольным метательным системам. Преимущественная область применения - экспериментальные исследования высокоскоростного соударения твердых тел. The invention relates to barrel throwing systems. The preferred area of application is experimental studies of high-speed collision of solids.

Известны легкогазовые пушки, в которых разгон метаемого объекта осуществляется с помощью сжатого и разогретого импульсом электрического тока гелия или водорода (см. книгу "Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях". Под ред. Н.А.Златина и Г.И.Мишина. "Наука", М., 1974 г., стр. 18-21). Недостатком таких легкогазовых пушек является сложность конструкции, необходимость использования дорогостоящих и громоздких импульсных источников электрического тока. Light-gas guns are known in which the acceleration of a projectile is carried out using a helium or hydrogen electric current compressed by a pulse and heated by a pulse (see the book “Ballistic Installations and Their Application in Experimental Research.” Edited by N. A. Zlatin and G. I. Mishin . "Science", M., 1974, p. 18-21). The disadvantage of such light-gas guns is the design complexity, the need to use expensive and bulky pulsed sources of electric current.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является двухступенчатая легкогазовая пушка (см. там же, стр. 21-27). Названная пушка содержит зарядную камеру с пороховым зарядом, цилиндрическую камеру сжатия, заканчивающуюся коническим переходником, заполненную легким газом (водородом или гелием), баллистический ствол, поршень, отделяющий зарядную камеру от камеры сжатия, и диафрагму, отделяющую камеру сжатия от баллистического ствола. В начале баллистического ствола, непосредственно перед диафрагмой размещается метаемый объект. Closest to the proposed technical solution is a two-stage light-gas gun (see ibid., Pp. 21-27). The named gun contains a charging chamber with a powder charge, a cylindrical compression chamber ending with a conical adapter filled with light gas (hydrogen or helium), a ballistic barrel, a piston separating the charging chamber from the compression chamber, and a diaphragm separating the compression chamber from the ballistic barrel. At the beginning of the ballistic barrel, directly in front of the diaphragm, a missile object is placed.

Выстрел из двухступенчатой легкогазовой пушки осуществляется следующим образом. A shot from a two-stage light gas gun is as follows.

При поджигании порохового заряда продукты сгорания разгоняют поршень, который сжимает легкий газ. При достижении определенного давления легкого газа в камере сжатия диафрагма разрушается, и легкий газ, устремляясь в баллистический ствол, разгоняет метаемый объект. When a powder charge is ignited, the combustion products accelerate the piston, which compresses the light gas. When a certain pressure of light gas in the compression chamber is reached, the diaphragm collapses, and the light gas, rushing into the ballistic barrel, accelerates the projectile.

Недостатком двухступенчатой легкогазовой пушки, рассматриваемой в качестве прототипа, является существенная нестационарность нагрузок, действующих на камеру сжатия и метаемый объект в процессе выстрела. The disadvantage of a two-stage light gas gun, considered as a prototype, is the significant unsteadiness of the loads acting on the compression chamber and the projectile during the shot.

Решаемой технической задачей является повышение равномерности нагружения камеры сжатия и метаемого объекта. Технический результат: увеличение скорости разгона метаемого объекта при заданных ограничениях нагрузок, воспринимаемых камерой сжатия и метаемым объектом. The technical problem to be solved is to increase the uniformity of loading of the compression chamber and the missile object. EFFECT: increase in acceleration speed of a missile object under given load limitations perceived by the compression chamber and missile object.

Техническая задача решается легкогазовой пушкой, содержащей зарядную камеру с пороховым зарядом, цилиндро-коническую камеру сжатия, заполненную легким газом, баллистический ствол, поршень, отделяющий камеру сжатия от зарядной камеры, и диафрагму, отделяющую камеру сжатия от баллистического ствола, за счет разделения камеры сжатия на отсеки дополнительными поршнями, в каждом из которых выполнен сквозной ступенчатый канал, перекрытый диафрагмой. При этом диафрагмы закреплены в местах выполнения ступеней с возможностью открытия в сторону баллистического ствола. The technical problem is solved by a light-gas gun containing a charging chamber with a powder charge, a cylinder-conical compression chamber filled with light gas, a ballistic barrel, a piston separating the compression chamber from the charging chamber, and a diaphragm separating the compression chamber from the ballistic barrel due to the separation of the compression chamber on compartments with additional pistons, in each of which a through step channel is made, blocked by a diaphragm. In this case, the diaphragms are fixed in the places where the steps are made with the possibility of opening towards the ballistic barrel.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения и прототипа показывает, что заявляемая легкогазовая пушка отличается совокупностью новых конструктивных признаков:
камера сжатия разделена на отсеки дополнительными поршнями;
в дополнительных поршнях выполнены сквозные каналы;
сквозные каналы выполнены по оси поршней;
сквозные каналы в дополнительных поршнях имеют ступенчатую форму;
каналы в дополнительных поршнях перекрыты диафрагмами;
диафрагмы установлены в местах выполнения ступеней;
диафрагмы дополнительных поршней установлены с возможностью открытия в сторону баллистического ствола.A comparative analysis of the proposed solution and the prototype shows that the inventive light-gas gun is characterized by a combination of new design features:
the compression chamber is divided into compartments by additional pistons;
through pistons are made through channels;
through channels are made along the axis of the pistons;
the through channels in the additional pistons are stepped;
the channels in the additional pistons are blocked by diaphragms;
diaphragms are installed in the places where the steps are performed;
the diaphragms of the additional pistons are installed with the possibility of opening towards the ballistic barrel.

Разделение камеры сжатия на отсеки дополнительными поршнями позволяет управлять подводом энергии сжатого газа к метаемому объекту. Separation of the compression chamber into compartments by additional pistons allows controlling the supply of compressed gas energy to the propelled object.

Выполнение сквозных каналов в дополнительных поршнях обеспечивает возможность перетока легкого газа в процессе выстрела из одного отсека камеры сжатия в другой. The implementation of through channels in the additional pistons provides the possibility of overflow of light gas during the shot from one compartment of the compression chamber to another.

Выполнение сквозных каналов по осям дополнительных поршней обеспечивает наиболее благоприятное для функционирования названных поршней осесимметричное нагружение при движении их в камере сжатия. The implementation of through channels along the axes of the additional pistons provides the most favorable for the functioning of these pistons axisymmetric loading when moving them in the compression chamber.

Наличие ступеней в каналах дополнительных поршней обеспечивает возможность выполнения диафрагмами их функций. The presence of steps in the channels of the additional pistons makes it possible for the diaphragms to perform their functions.

Наличие диафрагм, перекрывающих каналы в дополнительных поршнях, дает возможность организации перетока легкого газа из одного отсека камеры сжатия в другой в требуемые моменты времени. The presence of diaphragms overlapping the channels in the additional pistons makes it possible to organize the flow of light gas from one compartment of the compression chamber to another at the required times.

Установка диафрагм в местах выполнения ступеней в каналах дополнительных поршней позволяет открывать диафрагмы только в заранее определенную сторону (в сторону большего диаметра канала). The installation of the diaphragms in the places where the steps are carried out in the channels of the additional pistons allows the diaphragms to be opened only in a predetermined direction (towards the larger diameter of the channel).

Установка диафрагм в дополнительных поршнях с возможностью открытия их в сторону баллистического ствола обеспечивает возможность последовательного перетока легкого газа из отсеков камеры сжатия в баллистический ствол пушки. The installation of diaphragms in the additional pistons with the possibility of opening them in the direction of the ballistic barrel provides the possibility of sequential flow of light gas from the compartments of the compression chamber into the ballistic barrel of the gun.

На чертеже показан пример выполнения предлагаемой легкогазовой пушки с установленным метаемым объектом, где
1 - зарядная камера
2 - пороховой заряд
3 - камера сжатия
4 - баллистический ствол
5 - основной поршень
6 - основная диафрагма
7 - первый дополнительный поршень
8 - первая дополнительная диафрагма
9 - второй дополнительный поршень
10 - вторая дополнительная диафрагма
11 - метаемый объект.The drawing shows an example of the proposed light gas gun with mounted missile, where
1 - charging camera
2 - powder charge
3 - compression chamber
4 - ballistic barrel
5 - the main piston
6 - main aperture
7 - the first additional piston
8 - the first additional aperture
9 - second additional piston
10 - second additional aperture
11 - throwing object.

Работа предлагаемой легкогазовой пушки осуществляется следующим образом. The work of the proposed light gas gun is as follows.

Перед выстрелом отсеки а, б, в камеры сжатия 3 легкогазовой пушки с установленными в зарядной камере 1 пороховым зарядом 2 и в баллистическом стволе 4 метаемым объектом 11 заполняются легким газом. После достижения требуемого давления легкого газа в отсеках камеры сжатия 3 производится инициирование порохового заряда 2. Образующиеся при этом пороховые газы разгоняют основной поршень 5, который, сжимая находящийся перед ним легкий газ, последовательно начинает разгонять первый 7 и второй 9 дополнительные поршни. После достижения заданной величины давления между основной диафрагмой 6 и дополнительной диафрагмой 10, установленной в дополнительном поршне 9, основная диафрагма 6 раскрывается, и легкий газ, находящийся между диафрагмами 6 и 10, устремляется в баллистический ствол 4 и начинает разгонять метаемый объект 11. При этом основной 5 и дополнительные поршни 7 и 9 продолжают перемещаться вперед. Вследствие перемещения метаемого объекта 11 по баллистическому стволу давление легкого газа перед дополнительной диафрагмой 10 падает, и после достижения заданной величины разности давлений на заднюю и переднюю поверхности этой диафрагмы она раскрывается. В результате этого легкий газ, находящийся между дополнительными диафрагмами 8 и 10, также устремляется в баллистический ствол 4 и сообщает добавочный импульс метаемому объекту 11. При этом дополнительный поршень 9 останавливается у конического переходника камеры сжатия 3, а дополнительный 7 и основной 5 поршни продолжают двигаться вперед. Дальнейшее перемещение метаемого объекта в баллистическом стволе приводит к снижению величины давления легкого газа перед дополнительной диафрагмой 8. После достижения заданной величины разности давлений на заднюю и переднюю поверхности дополнительной диафрагмы 8 она также раскрывается и легкий газ, находящийся между основным поршнем 5 и дополнительной диафрагмой 8, через канал в дополнительном поршне 9 попадает в баллистический ствол 4 и дополнительно подгоняет метаемый объект 11. Благодаря такому многократному "впрыскиванию" легкого газа в баллистический ствол обеспечивается повышение скорости разгона метаемого объекта без увеличения давления, действующего на стенки камеры сжатия и на метаемый объект. Before firing, the compartments a, b, in the compression chambers 3 of the light gas gun with the powder charge 2 installed in the charging chamber 1 and in the ballistic barrel 4 with a missile object 11 are filled with light gas. After reaching the required light gas pressure in the compartments of the compression chamber 3, the powder charge 2 is initiated. The resulting powder gases accelerate the main piston 5, which, compressing the light gas in front of it, sequentially starts to accelerate the first 7 and second 9 additional pistons. After reaching a predetermined pressure between the main diaphragm 6 and the additional diaphragm 10 installed in the additional piston 9, the main diaphragm 6 opens, and the light gas located between the diaphragms 6 and 10 rushes into the ballistic barrel 4 and begins to accelerate the missile object 11. In this case main 5 and additional pistons 7 and 9 continue to move forward. Due to the movement of the missile object 11 along the ballistic barrel, the pressure of the light gas in front of the additional diaphragm 10 drops, and after reaching a predetermined value of the pressure difference on the rear and front surfaces of this diaphragm, it opens. As a result, the light gas located between the additional diaphragms 8 and 10 also rushes into the ballistic barrel 4 and gives an additional impulse to the missile object 11. In this case, the additional piston 9 stops at the conical adapter of the compression chamber 3, and the additional 7 and the main 5 pistons continue to move forward. Further movement of the missile object in the ballistic barrel reduces the pressure of the light gas in front of the additional diaphragm 8. After reaching the specified pressure difference on the rear and front surfaces of the additional diaphragm 8, it also opens up and the light gas located between the main piston 5 and the additional diaphragm 8, through the channel in the additional piston 9 it enters the ballistic barrel 4 and further adjusts the missile object 11. Thanks to such repeated “injection” of the lung aza barrel in a ballistic acceleration rate increase provided propelled object without increasing the pressure acting on the compression chamber walls and on the metal object.

После вытеснения легкого газа из пространства между дополнительными поршнями 9 и 7 в баллистический ствол поршень 7 останавливается. Затем также останавливается основной поршень 5. After displacement of the light gas from the space between the additional pistons 9 and 7 into the ballistic barrel, the piston 7 stops. Then the main piston 5 also stops.

Claims

1. Light gas gun containing a charging chamber with a powder charge, a cylinder-conical compression chamber filled with light gas, a ballistic barrel, a piston separating the charging chamber from the compression chamber, and a diaphragm separating the compression chamber from the ballistic barrel, characterized in that the compression chamber is divided into compartments with additional pistons, in each of which a through axial channel is made, covered by a diaphragm installed with the possibility of opening it towards the ballistic barrel.

2. Light gas gun according to claim 1, characterized in that the through channels of the additional pistons are made stepwise, while the diaphragms are installed in the places where the steps are made.