CN109211305B - 一种弹珠阵列高速弹射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹珠阵列高速弹射装置，包括充压装置、活塞缸、第一活塞、弹性件、第一密封圈、第二活塞、炮管、膜片、罩壳、弹珠、泄压开关；活塞缸顶端与炮管相连；炮管顶端固连有罩壳，罩壳上设有多个发射孔，发射孔内填充有弹珠；第二活塞设置在炮管内；膜片设置在炮管上端；第一活塞设置在活塞缸内；第一活塞下端设有弹簧，且第一活塞上端与活塞缸之间设有第一密封圈；第一活塞下端将活塞缸内部空腔分隔为上、下两个空腔；第一活塞下端设有通气孔，通气孔将上、下空腔连通，且通气孔内设有第一单向阀；充压装置与活塞缸的下空腔相连通；活塞缸底部还与泄压开关相连；本装置可作为真空室***模拟试验装置中爆源的发射装置。

Description

一种弹珠阵列高速弹射装置

技术领域

本发明属于***与冲击技术领域，特别是一种弹珠阵列高速弹射装置。

背景技术

相似物理模拟试验方法是研究地下***问题的一种有效的方法。在地下***效应真空室模拟装置中，爆源是其核心装置。在大当量的地下***模拟试验中，已有的爆源模型采用微型药球或充有高压气体的腔体来模拟，而空腔高压气体的快速释放是其关键技术，在已有的技术中，国外有学者采用球形镍铬丝金属栅格内置薄壁橡胶气囊模拟空腔，通过低压电流加热镍铬丝来烧裂橡胶球达到释放压缩气体的目的。但是，该装置镍铬丝的加热时间不可控，橡胶气囊很可能随机地从某处开一裂口造成气体喷出的不均匀，与地下***物理过程不相符，对试验模拟结果造成影响；国内最早由陆军工程大学***冲击防灾减灾国家重点实验室在文献（徐小辉，邱艳宇，王明洋等. 大当量浅埋地下***抛掷成坑效应的缩比模拟试验装置研制（J）.***与冲击，DOI: 10.11883/bzycj）中报道，其爆源装置采用玻璃罩模拟高压空腔，利用柔性导爆索中心***产生的高速金属碎片和冲击波来破碎玻璃球罩的方法达到快速释放压缩气体的目的，但是该方法中由于需要使用电***、导爆索等危险易爆物品，对试验条件要求高、试验安全性、环保性不高。采用气动方式实现弹珠阵列高速弹射以此来击碎玻璃罩来达到快速释放压缩气体的装置还尚未见报道，已有的弹珠弹射器有蒸汽弹射器、***弹射器和电磁弹射器，分别将蒸汽热能、***化学能和电磁能转化为弹射的动能，这些弹射装置技术复杂，主要用于舰载机等大型动力装备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弹珠阵列高速弹射装置，可作为当前真空室***模拟试验装置中爆源装置的核心部件，达到高压气体快速释放的目的，以解决试验安全性和可操作性的难题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种弹珠阵列高速弹射装置，包括充压装置、活塞缸、第一活塞、弹性件、第一密封圈、第二活塞、炮管、膜片、罩壳、弹珠、泄压开关。

所述活塞缸顶端设有通孔，通孔与炮管相连，炮管底部与活塞缸内部相连通；所述炮管顶端固连有罩壳，罩壳上设有多个发射孔，发射孔内填充有弹珠；所述第二活塞设置在炮管内，可在炮管内上下滑动；所述膜片设置在炮管上端，以对炮管上端进行密封；所述第一活塞设置在活塞缸内，可在活塞缸内上下滑动；所述第一活塞纵剖面为工字型；且下端面面积大于上端面面积；所述第一活塞下端设有弹性件，弹性件向上推动第一活塞上端与活塞缸上端内壁接触，且第一活塞上端与活塞缸之间设有第一密封圈，第一密封圈对活塞缸顶端通孔进行密封；所述第一活塞下端将活塞缸内部空腔分隔为上、下两个空腔；所述第一活塞下端设有通气孔，通气孔将上、下空腔连通，且通气孔内设有第一单向阀，第一单向阀使气体只能从下空腔经通气孔流向上空腔；所述充压装置通过活塞缸底部的管道与活塞缸的下空腔相连通；所述活塞缸底部的管道还与泄压开关相连，以对活塞缸下空腔气体进行泄压。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

（1）本发明的弹珠阵列高速弹射装置，采用高压气体作为驱动源，相比于***驱动，改善了试验的安全性和环保性，为相关领域的开展地下***效应的实验研究提供了极大的方便；

（2）本发明的弹珠阵列高速弹射装置，第一活塞在高压气体作用高速运动，当膜片破裂后，嵌在炮管上端而达到密封的效果，从而只有少量的高压气体作用于弹珠上，避免了活塞缸内大量的高压气体进入罩壳，从而使得弹珠的发射速度定量化量测，提高了实验测量准确性；

（3）本发明的弹珠阵列高速弹射装置，具有高效率、低污染、占用空间小、操作方便、稳定弹射、重复性良好，对场地试验条件要求比较低。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的弹珠阵列高速弹射装置结构示意图。

图2 为炮管顶部连接放大示意图。

实施方式

为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1，本发明的一种弹珠阵列高速弹射装置，包括充压装置、活塞缸5、第一活塞11、弹性件6、第一密封圈12、第二活塞13、炮管14、膜片15、罩壳17、弹珠18、泄压开关；

所述活塞缸5顶端设有通孔，通孔与炮管14相连，炮管14底部与活塞缸5内部相连通；所述炮管14顶端固连有罩壳17，罩壳17上设有多个发射孔，发射孔内填充有弹珠18；所述第二活塞13设置在炮管14内，可在炮管14内上下滑动；所述膜片15设置在炮管14上端，以对炮管14上端进行密封；所述第一活塞11设置在活塞缸5内，可在活塞缸5内上下滑动；所述第一活塞11纵剖面为工字型；且下端面面积大于上端面面积；所述第一活塞11下端设有弹性件6，弹性件6向上推动第一活塞11上端与活塞缸5上端内壁接触，且第一活塞11上端与活塞缸5之间设有第一密封圈12，第一密封圈12对活塞缸5顶端通孔进行密封；所述第一活塞11下端将活塞缸5内部空腔分隔为上、下两个空腔；所述第一活塞11下端设有通气孔9，通气孔9连通上下两个空腔，且通气孔9内设有第一单向阀8，第一单向阀8使气体只能从下空腔经通气孔9流向上空腔；所述充压装置通过活塞缸5底部的管道与活塞缸5的下空腔相连通，以对活塞缸5充入高压气体；所述活塞缸5底部的管道还与泄压开关相连，以对活塞缸5下空腔气体进行泄压。

进一步的，所述第一活塞11下端与活塞缸5内壁配合，所述第一活塞11与活塞缸5之间设有导向机构，以保证第一活塞11在活塞缸5内的滑动稳定。

作为一种实施方式，所述导向机构为导向板，所述导向板10固定在活塞缸5的上空腔内，所述导向板10上设有导向孔和多个通气孔；所述第一活塞11中间与导向孔配合，可沿导向孔上下滑动，通气孔以保证活塞缸5的上空腔不被导向板10隔断。

作为另外一种实施方式，所述导向机构为导向环；所述导向环设置在活塞缸5上端内部；导向环轴向与活塞缸5上端通孔轴向同轴；所述第一活塞11上端外壁与导向环内壁贴合，所述第一活塞11上端可在导向环内上下滑动。

在另外一些实施方式中，所述导向机构为导向杆，所述导向杆设置在活塞缸5上端内部，从活塞缸5上壁向下延伸有导向杆，所述第一活塞11上端设有导向孔，且导向孔位于第一密封圈12外部，导向杆与第一活塞11的导向孔配合，第一活塞11可沿导向杆上下滑动。

进一步的，所述充压装置包括高压气瓶1、减压阀2、第二单向阀4；所述高压气瓶1经减压阀2与第二单向阀4相连，所述第二单向阀4与活塞缸5底部的管道相连。高压气瓶1的高压气体经减压阀2减压后，由第二单向阀4对活塞缸5内填高压气体。

进一步的，所述弹珠阵列高速弹射装置还设有测压装置，以准确检测充压装置填充的气体压力。

在一些实施方式中，所述测压装置为压力表3，压力表3设置在减压阀2后的出气管上。

在另外一些实施方式中，所述测压装置为压力传感器，所述压力传感器设置在减压阀2后的出气管、活塞缸5底部的管道或与活塞缸5内部空腔相连。

优选的，所述泄压开关包括电磁阀19、开关20；所述电磁阀19与活塞缸5底部的管道相连；所述开关20对电磁阀19通断电，通过电磁阀19实现对活塞缸5内气体的自动泄压。

结合图2，进一步的，所述炮管14靠近膜片的上端直径逐渐减小，或炮管14上端设有向上直径逐渐减小的锥体16，使得第二活塞13沿炮管14向上运动时，第二活塞13由于高速运动穿过膜片15后，嵌在炮管14上端，从而达到密封效果，避免第二活塞13底部的高压气体进入罩壳17里，以对测试环境参数产生影响，从而使得弹珠18的发射速度定量化量测，提高了实验测量准确性。

进一步的，所述活塞缸5底部为可拆卸结构，以便拆卸安装，所述活塞缸5底部设有封盖，封盖与缸体之间设有第二密封圈29进行密封。

进一步的，所述弹珠18的形状可以是球形、椭球、圆柱形等其它形状，可以在罩壳17上以半球形、锥形或其它形状的阵列分布。

进一步的，所述弹性件6为弹簧或橡胶。

试验时，打开高压气瓶1，通过充压装置对活塞缸5充填高压气体到额定压力后，关闭高压气瓶1和减压阀2。此时高压气体经过第一单向阀8和通气孔9后，充满第一活塞11上下两个腔体内部，由于第一活塞11下端面面积大于上端面面积，第一活塞11向上使得第一密封圈12处于压紧状态，从而密封活塞缸5。打开开关20，启动电磁阀19，活塞缸5下腔体内的高压气体经电磁阀19快速释放，由于第一单向阀8的作用，活塞缸5上腔体内的高压气体无法通过通气孔9流出，第一活塞11在巨大压差作用下快速向下滑动并压缩弹性件6，此时活塞缸5上腔体内的高压气体从第一活塞11的顶端喷出，驱动第二活塞13向上高速运动，从而压缩炮管14内部气体产生二级压缩气体，当炮管14内高压气体达到破膜压力时，膜片15被压破后，罩壳17内部的弹珠18高速弹射，完成发射试验。炮管14内部也可以抽真空以降低炮管14内部的压力，进而提高第二活塞13的压缩速度。

本发明的弹珠阵列高速弹射装置，采用高压气体作为驱动源，相比于***驱动，改善了试验的安全性和环保性，为相关领域的开展地下***效应的实验研究提供了极大的方便；通过调整炮管14内的压力，以及第二活塞13沿炮管14向上高速运动时，嵌在炮管14上端，达到密封效果，只有炮管14内的高压气体作用于弹珠18上，避免了活塞缸5内大量的高压气体进入罩壳18，从而使得弹珠的发射速度定量化量测，提高了实验测量准确性。

Claims (8)

1.一种弹珠阵列高速弹射装置，其特征在于，包括充压装置、活塞缸（5）、第一活塞（11）、弹性件（6）、第一密封圈（12）、第二活塞（13）、炮管（14）、膜片（15）、罩壳（17）、弹珠（18）、泄压开关；

所述活塞缸（5）顶端设有通孔，通孔与炮管（14）相连，炮管（14）底部与活塞缸（5）内部相连通；所述炮管（14）顶端固连有罩壳（17），罩壳（17）上设有多个发射孔，发射孔内填充有弹珠（18）；所述第二活塞（13）设置在炮管（14）内，可在炮管（14）内上下滑动；所述膜片（15）设置在炮管（14）上端，以对炮管（14）上端进行密封；所述第一活塞（11）设置在活塞缸（5）内，可在活塞缸（5）内上下滑动；所述第一活塞（11）纵剖面为工字型；且下端面面积大于上端面面积；所述第一活塞（11）下端设有弹性件（6），弹性件（6）向上推动第一活塞（11）上端与活塞缸（5）上端内壁接触，且第一活塞（11）上端与活塞缸（5）之间设有第一密封圈（12），第一密封圈（12）对活塞缸（5）顶端通孔进行密封；所述第一活塞（11）下端将活塞缸（5）内部空腔分隔为上、下两个空腔；所述第一活塞（11）下端设有通气孔（9），通气孔（9）将上、下空腔连通，且通气孔（9）内设有第一单向阀（8），第一单向阀（8）使气体只能从下空腔经通气孔（9）流向上空腔；所述充压装置通过活塞缸（5）底部的管道与活塞缸（5）的下空腔相连通；所述活塞缸（5）底部的管道还与泄压开关相连，以对活塞缸（5）下空腔气体进行泄压；

所述第一活塞（11）的下端与活塞缸（5）内壁配合，所述第一活塞（11）与活塞缸（5）之间设有保证第一活塞（11）在活塞缸（5）内的滑动稳定的导向机构；

所述充压装置包括高压气瓶（1）、减压阀（2）、第二单向阀（4）；所述高压气瓶（1）经减压阀（2）与第二单向阀（4）相连，所述第二单向阀（4）与活塞缸（5）底部的管道相连。

2.根据权利要求1所述的弹珠阵列高速弹射装置，其特征在于，所述导向机构为导向板，所述导向板（10）固定在活塞缸（5）的上空腔内，所述导向板（10）上设有导向孔和多个通气孔；所述第一活塞（11）中间与导向孔配合，可沿导向孔上下滑动。

3.根据权利要求1所述的弹珠阵列高速弹射装置，其特征在于，所述导向机构为导向环；所述导向环设置在活塞缸（5）上端内部；导向环轴向与活塞缸（5）上端通孔轴向同轴；所述第一活塞（11）上端外壁与导向环内壁贴合，所述第一活塞（11）上端可在导向环内上下滑动。

4.根据权利要求1所述的弹珠阵列高速弹射装置，其特征在于，所述导向机构为导向杆，所述导向杆设置在活塞缸（5）上端内部，从活塞缸（5）上壁向下延伸有导向杆，所述第一活塞（11）上端设有导向孔，且导向孔位于第一密封圈（12）外部，导向杆与第一活塞（11）的导向孔配合，第一活塞（11）可沿导向杆上下滑动。

5.根据权利要求1所述的弹珠阵列高速弹射装置，其特征在于，还设有检测充压装置填充的气体压力的测压装置。

6.根据权利要求5所述的弹珠阵列高速弹射装置，其特征在于，所述测压装置为压力表（3）或压力传感器。

7.根据权利要求1所述的弹珠阵列高速弹射装置，其特征在于，所述泄压开关包括电磁阀（19）、开关（20）；所述电磁阀（19）与活塞缸（5）底部的管道相连；所述开关（20）对电磁阀（19）通断电。

8.根据权利要求1所述的弹珠阵列高速弹射装置，其特征在于，所述炮管（14）靠近膜片（15）的上端向上直径逐渐减小，或炮管（14）上端设有向上直径逐渐减小的锥体（16），使得第二活塞（13）沿炮管（14）向上运动时，第二活塞（13）嵌在炮管（14）上端。