CN110186324B - 模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置 - Google Patents

Abstract

模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置，属于模拟轻气炮技术领域，本发明为解决实弹***这种加载方式对实验的资质要求高、无法普及，而完全利用数值仿真技术无法确定其有效性的问题。本发明方案：小口径轻气炮发射管通过耦合连接器同轴设置于大口径轻气炮发射管内，两个管之间的前端内腔设置有弹托飞板，小口径轻气炮发射管的后端从耦合连接器的后端口伸出并与小口径轻气炮高压气室连通；耦合连接器的上端口与大口径轻气炮高压气室连通，活塞设置于大口径轻气炮发射管和耦合连接器的后端之间，且沿耦合连接器内壁左右滑动，用以打开或关闭大口径轻气炮高压气室与大口径轻气炮发射管之间的通路；高压储气罐提供高压气源。

Description

模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置

技术领域

本发明属于模拟轻气炮技术领域，涉及一种非药(高压气体驱动)式模拟水下和空气中***冲击波与高速破片耦合加载对结构材料毁伤特性和机理进行***实验研究的轻气炮发射装置。

背景技术

武器战斗部在空气中***将在空气中产生***冲击波和高速破片，严重威胁人员和军民相关设施。而水下***易产生***冲击波、高速破片侵彻和气泡脉动射流等载荷。其中水下***冲击波载荷的峰值压力大、作用时间短，而破片的撞击速度高，在冲击波和高速破片的耦合加载下可以使舰艇局部变形或破裂(局部响应)，是水中***毁伤效应的主要来源。水的密度大且不易压缩性造成水下***对目标的毁伤效果远远大于空气中***。目前对于不同结构及材料水下***冲击波和高速破片耦合加载的研究主要采用真实的武器在水下***所产生的冲击波和高速破片实现，或者采用水下高速破片和***冲击波单独作用研究他们对结构材料的毁伤的特性和机理。水下***冲击波、高速破片侵彻和气泡脉动载荷单独作用累加对结构的毁伤效应远远小于这些载荷耦合作用的破坏效应。实弹***这种加载方式存在危险性大、加载成本高、实验数据测试难度大和精度不高，对实验的资质要求高和无法普及等缺点。而完全利用数值仿真技术对结构材料的水下***冲击波和高速破片耦合加载进行研究，又由于缺少必要的实验验证而无法确定其有效性。

发明内容

本发明目的是为了解决实弹***这种加载方式对实验的资质要求高、无法普及，而完全利用数值仿真技术无法确定其有效性的问题，提供了一种模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置。

本发明所述模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置，包括大口径轻气炮高压气室1、大口径轻气炮发射管2、弹托飞板3、小口径轻气炮发射管4、活塞5、耦合连接器6、小口径轻气炮高压气室7和高压储气罐8；

所述小口径轻气炮发射管4通过耦合连接器6同轴设置于大口径轻气炮发射管2内，小口径轻气炮发射管4和大口径轻气炮发射管2之间的前端内腔设置有弹托飞板3，小口径轻气炮发射管4的前端从大口径轻气炮发射管2前端伸出，小口径轻气炮发射管4的后端从耦合连接器6的后端口伸出并与小口径轻气炮高压气室7连通；

耦合连接器6的上端口与大口径轻气炮高压气室1连通，大口径轻气炮发射管2后端从耦合连接器6的前端口***，活塞5设置于大口径轻气炮发射管2和耦合连接器6的后端之间，且沿耦合连接器6内壁左右滑动，用以打开或关闭大口径轻气炮高压气室1与大口径轻气炮发射管2之间的通路；

高压储气罐8为大口径轻气炮高压气室1、小口径轻气炮高压气室7和活塞5的滑动提供高压气源。

优选地，大口径轻气炮发射管2包括大口径圆管2-1，大口径圆管2-1靠近前端的侧壁上沿周向均布多个一号泄压孔2-3，大口径圆管2-1靠近后端的侧壁上沿周向均布多个气路连通孔2-2，多个气路连通孔2-2与耦合连接器6的环形气道连通，所述环形气道与耦合连接器6的上端口连通。

优选地，小口径轻气炮发射管4包括小口径圆管4-1，小口径圆管4-1伸出大口径轻气炮发射管2前端的侧壁上沿周向均布多个二号泄压孔4-2，小口径圆管4-1后端从耦合连接器6的后端口伸出。

优选地，弹托飞板3包括弹托3-1和飞板3-2，飞板3-2固定设置于弹托3-1的前端，共同利用一号内孔3-3套置于小口径圆管4-1上，弹托3-1沿小口径圆管4-1和大口径圆管2-1滑动。

优选地，活塞5包括活塞杆5-2，活塞杆5-2具有大端5-1，活塞杆5-2设置有二号内孔5-3，活塞杆5-2利用二号内孔5-3套设在小口径圆管4-1上，活塞杆5-2的大端5-1沿耦合连接器6的内腔左右滑动，右滑时活塞杆5-2***大口径圆管2-1后端直至封堵气路连通孔2-2，左滑时活塞杆5-2打开气路连通孔2-2，令大口径轻气炮发射管2与大口径轻气炮高压气室1连通。

优选地，活塞杆5-2中段外壁具有凹槽5-4。

优选地，凹槽5-4的径向深度为4毫米。

优选地，还包括一号电磁阀9、二号电磁阀10、三号电磁阀11、四号电磁阀12和四通阀；

高压储气罐8的第一出气口与小口径轻气炮高压气室7之间的管路上设置四号电磁阀12；

高压储气罐8的第二出气口与四通阀的一号端口之间设置一号电磁阀9，四通阀的二号端口与耦合连接器6的内腔连通，四通阀的三号端口通过二号电磁阀10与大口径轻气炮高压气室1连通，四通阀的四号端口连接三号电磁阀11。

优选地，还包括多个用于密封的O型圈14，分别设置于弹托3-1与大口径圆管2-1之间、弹托3-1与小口径圆管4-1之间、活塞杆5-2与小口径圆管4-1之间、活塞杆5-2与大口径圆管2-1之间、活塞杆5-2的大端5-1与耦合连接器6之间、大口径圆管2-1的气路连通孔2-2两侧外侧壁与耦合连接器6之间、小口径圆管4-1与耦合连接器6后端口之间。

优选地，还包括气压表13，所述气压表13用于检测大口径轻气炮高压气室1的气压。

本发明的有益效果：采用本发明的一种模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置，具有可重复性高、所需的实验资质低、实验所得的损伤和响应特征参数数据精确且全、易于操作和成本低、可实现***冲击波和高速破片的耦合加载等特点，可在实验室条件下模拟空气中和水下***冲击波和高速破片耦合加载对结构材料的毁伤响应特性开展大规模的研究。

附图说明

图1是本发明所述模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置的结构示意图；

图2是耦合连接器的结构示意图；

图3是大口径轻气炮发射管的结构示意图；

图4是小口径轻气炮发射管的结构示意图，附带弹托飞板；

图5是弹托飞板的结构示意图；

图6是活塞的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

具体实施方式一、参见图1所示的轻气炮发射装置，大口径轻气炮高压气室1通过法兰和密封O型圈与耦合连接器6的上端口6-1连接；在耦合连接器6的径向靠近大口径轻气炮发射管2的左端端面位置，具有一个环形孔6-3，通过该环形孔6-3令高压气室1、耦合连接器6和大口径轻气炮发射管2内腔相互连通，保证实验前和试验后高压气室1的气体压力与铝合金活塞5小端的气体压力相同；在高压气室1上安装压力表或者压力传感器13，用于监测气室压力；大口径轻气炮高压气室1通过管路、四通和电磁阀9、10与高压储气罐8进行连接，实现对大口径轻气炮高压气室1的充气；而耦合连接器6通过四通与电磁阀9、11进行连接，实现对耦合连接器6与铝合金活塞5之间腔室的充气和放气。

大口径轻气炮发射管2的后端外壁具有安装螺纹，且沿周向分布的四个气路连通孔2-2，在气路连通孔2-2两侧分别具有2道O型圈14，大口径轻气炮发射管2的后端与耦合连接器6的前端口6-2同轴螺纹连接，保证大口径轻气炮发射管2与耦合连接器6之间的密封，气路连通孔2-2通过耦合连接器6的环形孔6-3及其上端口6-1与大口径轻气炮高压气室1连通；在大口径轻气炮发射管2的前端外壁周向均匀分布有4个长孔作为一号泄压孔2-3，用于气体驱动弹托飞板3高速飞行后，在发射管的末端实现高压气体的***，减小气体对空气中被加载靶件或者水下***等效加载模拟器(本文中未示处)的影响。

活塞5采用铝合金材质，活塞5的大端5-1间隙配合放置在耦合连接器6里，而活塞5的小端就是活塞杆5-2间隙配合与大口径轻气炮发射管2后端的气路连通孔2-2接触；活塞5的外圆大端5-1具有两道O型圈14，保证铝合金活塞5大端5-1外圆与耦合连接器6的密封；而铝合金活塞5小端活塞杆5-2的外圆直径为减小摩擦力部分直径尺寸减小4毫米，参见图6所示，也便于大口径轻气炮高压气室1里面的气体作用在铝合金活塞5的右侧端面；在铝合金活塞5的活塞杆5-2外圆靠近小头端端头具有两道O型圈14，保证大口径轻气炮高压气室1与大口径轻气炮发射管2的气路连通孔2-2之间的密封。

铝合金活塞5具有二号内孔5-3，在靠近铝合金活塞大端5-1的内孔具有两道O型圈14，用于保证铝合金活塞5的二号内孔5-3与小口径轻气炮发射管4外圆的密封；而耦合连接器6的后端口6-4具有两道O型圈，用于保证耦合连接器6和小口径轻气炮发射管4外圆之间的密封；铝合金活塞5可相对耦合连接器6和大口径轻气炮发射管2沿小口径轻气炮发射管4滑动。

小口径轻气炮发射管4的后端与小口径轻气炮高压气室7连接，前端在距离端头一定位置具有4个径向均匀分布的长孔，作为驱动破片高速飞行气体的二号泄压孔4-2，破片放置在小口径轻气炮发射管4靠近小口径轻气炮高压气室7的一端；小口径轻气炮高压气室7通过管路和电磁阀12与高压储气罐8进行连通。

弹托飞板3具有一号内孔3-3，可沿大口径轻气炮发射管2内壁和小口径轻气炮发射管4的外壁移动；弹托3-1部分的内孔和外圆各具有两道O型圈14，保证弹托飞板3高速飞行时气体的有效密封。

工作过程：

气压缩机将气体增压后冲入高压储气罐(8)，高压储气罐(8)分别与高压气室(1)、小口径轻气炮气室(7)和耦合连接器(6)的腔室进行连接。当打开电磁阀(9)，气体进入耦合连接器(6)的腔室，推动铝合金活塞(5)沿耦合连接器(6)的内壁、大口径轻气炮发射管(2)的内孔以及小口径轻气炮发射管4的外壁向右移动，将高压气室(1)和大口径轻气炮发射管(2)的内孔进行密封；然后打开电磁阀(10)，向高压气室(1)进行充气，达到试验需要的压力关闭电磁阀(9和10)；打开电磁阀(12)向小口径轻气炮气室7冲入试验需要压力的气体；通过大口径轻气炮发射管(2)的一端将弹托飞板(3)装入大口径轻气炮发射管(2)里，通过小口径轻气炮发射管(4)的一端将破片加入小口径轻气炮发射管(4)里；当打开电磁阀(11)将充入耦合连接器腔室的气体瞬间放出，铝合金活塞(5)在右侧气体压力的作用下，快速向左移动，这样高压气室(1)的气体就进入大口径轻气炮发射管(2)里推动弹托飞板(3)沿大口径轻气炮发射管(2)高速飞出；弹托飞板(3)经测速后与水下***等效加载模拟器发生作用，飞板在等效加载模拟器的水里产生一维水下冲击波作用在被加载的结构上；同时释放小口径轻气炮气室(7)的高压气体，驱动破片沿小口径轻气炮发射管(4)高速飞出，经测速后进入水下***等效加载模拟器里，作用在被加载的结构上；根据击发小口径轻气炮和大口径轻气炮的先后顺序，可以得到水下冲击波和破片作用时序对结构毁伤的影响。

具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一的区别在于，将弹托飞板3换为泡沫(比如铝合金泡沫)弹体，将水下***等效加载模拟器用所要研究的靶件结构进行替换，就可实现空气中***冲击波载荷和高速破片耦合作用对结构毁伤特性的实验室模拟试验研究。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置，其特征在于，包括大口径轻气炮高压气室（1）、大口径轻气炮发射管（2）、弹托飞板（3）、小口径轻气炮发射管（4）、活塞（5）、耦合连接器（6）、小口径轻气炮高压气室（7）和高压储气罐（8）；

铝合金活塞（5）相对耦合连接器（6）和大口径轻气炮发射管（2）沿小口径轻气炮发射管（4）滑动；所述小口径轻气炮发射管（4）通过耦合连接器（6）同轴设置于大口径轻气炮发射管（2）内，小口径轻气炮发射管（4）和大口径轻气炮发射管（2）之间的前端内腔设置有弹托飞板（3），小口径轻气炮发射管（4）的前端从大口径轻气炮发射管（2）前端伸出，小口径轻气炮发射管（4）的后端从耦合连接器（6）的后端口伸出并与小口径轻气炮高压气室（7）连通；

耦合连接器（6）的上端口与大口径轻气炮高压气室（1）连通，大口径轻气炮发射管（2）后端从耦合连接器（6）的前端口***，在耦合连接器（6）的径向靠近大口径轻气炮发射管（2）的左端端面位置具有一个环形孔（6-3），通过该环形孔（6-3）令大口径轻气炮高压气室（1）、耦合连接器（6）和大口径轻气炮发射管（2）内腔相互连通，活塞（5）设置于大口径轻气炮发射管（2）和耦合连接器（6）的后端之间，且沿耦合连接器（6）内壁左右滑动，用以打开或关闭大口径轻气炮高压气室（1）与大口径轻气炮发射管（2）之间的通路；

大口径轻气炮发射管（2）的后端外壁具有安装螺纹与耦合连接器（6）的前端口（6-2）同轴螺纹连接，且沿周向分布的四个气路连通孔（2-2），气路连通孔（2-2）通过耦合连接器（6）的环形孔（6-3）及其上端口（6-1）与大口径轻气炮高压气室（1）连通；

活塞（5）包括活塞杆（5-2），活塞杆（5-2）具有大端（5-1），活塞杆（5-2）设置有二号内孔（5-3），活塞杆（5-2）利用二号内孔（5-3）套设在小口径圆管（4-1）上，活塞杆（5-2）的大端（5-1）沿耦合连接器（6）的内腔左右滑动，右滑时活塞杆（5-2）***大口径圆管（2-1）后端直至封堵气路连通孔（2-2），左滑时活塞杆（5-2）打开气路连通孔（2-2），令大口径轻气炮发射管（2）与大口径轻气炮高压气室（1）连通；

活塞杆（5-2）中段外壁具有凹槽（5-4），便于大口径轻气炮高压气室（1）里面的气体作用在铝合金活塞（5）的右侧端面，使活塞（5）左滑；

高压储气罐（8）为大口径轻气炮高压气室（1）、小口径轻气炮高压气室（7）和活塞（5）的滑动提供高压气源。

2.根据权利要求1所述模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置，其特征在于，大口径轻气炮发射管（2）包括大口径圆管（2-1），大口径圆管（2-1）靠近前端的侧壁上沿周向均布多个一号泄压孔（2-3），大口径圆管（2-1）靠近后端的侧壁上沿周向均布多个气路连通孔（2-2），多个气路连通孔（2-2）与耦合连接器（6）的环形气道连通，所述环形气道与耦合连接器（6）的上端口连通。

3.根据权利要求2所述模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置，其特征在于，小口径轻气炮发射管（4）包括小口径圆管（4-1），小口径圆管（4-1）伸出大口径轻气炮发射管（2）前端的侧壁上沿周向均布多个二号泄压孔（4-2），小口径圆管（4-1）后端从耦合连接器（6）的后端口伸出。

4.根据权利要求3所述模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置，其特征在于，弹托飞板（3）包括弹托（3-1）和飞板（3-2），飞板（3-2）固定设置于弹托（3-1）的前端，共同利用一号内孔（3-3）套置于小口径圆管（4-1）上，弹托（3-1）沿小口径圆管（4-1）和大口径圆管（2-1）滑动。

5.根据权利要求1所述模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置，其特征在于，凹槽（5-4）的径向深度为4毫米。

6.根据权利要求5所述模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置，其特征在于，还包括一号电磁阀（9）、二号电磁阀（10）、三号电磁阀（11）、四号电磁阀（12）和四通阀；

高压储气罐（8）的第一出气口与小口径轻气炮高压气室（7）之间的管路上设置四号电磁阀（12）；

高压储气罐（8）的第二出气口与四通阀的一号端口之间设置一号电磁阀（9），四通阀的二号端口与耦合连接器（6）的内腔连通，四通阀的三号端口通过二号电磁阀（10）与大口径轻气炮高压气室（1）连通，四通阀的四号端口连接三号电磁阀（11）。

7.根据权利要求6所述模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置，其特征在于，还包括多个用于密封的O型圈（14），分别设置于弹托（3-1）与大口径圆管（2-1）之间、弹托（3-1）与小口径圆管（4-1）之间、活塞杆（5-2）与小口径圆管（4-1）之间、活塞杆（5-2）与大口径圆管（2-1）之间、活塞杆（5-2）的大端（5-1）与耦合连接器（6）之间、大口径圆管（2-1）的气路连通孔（2-2）两侧外侧壁与耦合连接器（6）之间、小口径圆管（4-1）与耦合连接器（6）后端口之间。

8.根据权利要求1所述模拟***冲击波与高速破片耦合载荷的轻气炮发射装置，其特征在于，还包括气压表（13），所述气压表（13）用于检测大口径轻气炮高压气室（1）的气压。

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