一种基于高压空气构建的垂直弹射缩比试验装置
阅读说明：本技术 一种基于高压空气构建的垂直弹射缩比试验装置 (Vertical ejection scaling test device based on high-pressure air construction ) 是由 赵芳 陈钦 任泽斌 王太江 武军 李国庆 于 2021-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于高压空气构建的垂直弹射缩比试验装置,包括压缩空气供应系统、弹射系统及测控系统。压缩空气供应系统在试验开始前,为试验装置制气储气,试验开始后,根据测控系统的指令完成对弹射系统的供气、停气及调节；弹射系统在试验开始时,通过接收测控系统的弹射指令,待达到指定压力后,将模拟弹系统整体弹射出筒；测控系统向压缩空气供应系统、发送供停气等指令,在模拟弹系统出筒过程中,实时采集模拟弹系统的加速度、发射筒筒内压力及温度,并进行存储、分析处理及结果显示。本发明为空气弹射相关专业提供试验平台,实现对模拟弹系统在发射筒内发射过程中的动态参数研究,完成弹射物在发射筒内的近似匀加速、低载荷垂直弹射缩比试验。(The invention discloses a vertical ejection scale test device constructed based on high-pressure air, which comprises a compressed air supply system, an ejection system and a measurement and control system. The compressed air supply system is used for preparing and storing air for the test device before the test is started, and after the test is started, the compressed air supply system is used for supplying air, stopping air and adjusting the ejection system according to the instruction of the measurement and control system; when the test is started, the ejection system receives an ejection instruction of the measurement and control system, and after a specified pressure is reached, the simulation ejection system integrally ejects the cartridge; the measurement and control system sends instructions such as air supply and air stop to the compressed air supply system, and the acceleration of the simulation bomb system and the pressure and temperature in the launching tube are collected in real time in the tube discharging process of the simulation bomb system, and storage, analysis processing and result display are carried out. The invention provides a test platform for air ejection related specialties, realizes the research on dynamic parameters of a simulated ejection system in the ejection process in the launch canister, and completes the approximately uniform acceleration and low-load vertical ejection scaling test of the ejectors in the launch canister.)
技术领域
本发明属于空气弹射
技术领域
，具体涉及一种基于高压空气构建的垂直弹射缩比试验装置。背景技术
压缩空气弹射技术作为一种新型的冷发射技术，具有成本低、无污染、防燃、防爆、防电磁干扰、通用性好、维护方便、无需热防护措施等优点。
近年来，随着压缩空气弹射技术在发射领域的广泛应用，相关领域的科研人员针对基于压缩空气构建的弹射过程中的动态参数开展了较多的理论与仿真建模计算分析，而缺乏针对性的试验装置，特别是缺少基于高压空气构建的低载荷弹射试验装置，因而无法实现理论与试验的对比验证。由此，很有必要研制相应的高压空气弹射试验装置，为空气弹射相关专业提供试验平台，实现理论与试验的完美结合，完成基于压缩空气构建的弹射装置关键技术的研究，得到较为系统的基于压缩空气构建的弹射理论。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于高压空气构建的垂直弹射缩比试验装置，弥补现有技术的不足，为空气弹射专业提供试验平台，实现对弹射物系统在发射过程中的加速度、压力及温度等参数的实时测量，完成在发射筒内的近似匀加速、低载荷垂直弹射缩比试验。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案：一种基于高压空气构建的垂直弹射缩比试验装置，该装置包括：高压空气供应系统、弹射系统和测控系统，所述高压空气供应系统包括：通过管线依次连接的：空气压缩机1、充气阀2、干燥机3、高压气罐4、截止阀5、快速阀6、调节阀7；所述弹射系统包括：支架9、拉断杆10、进气封头11、活塞12、导向轮13、弹射物14和发射筒15，所述支架9用于支撑发射筒15，发射筒15为中空的筒状，发射筒15底部设置进气封头11，进气封头11底部通过管线连接调节阀7；所述活塞12设置于发射筒15内部，初始状态活塞12位于发射筒15底部，活塞12与进气封头11之间通过拉断杆10连接并形成密闭空腔；通过进气封头11底部的管线给该密闭空腔加压，当压力达到阈值时，拉断杆10断裂，活塞弹射；所述导向轮13设置于弹射物14的侧壁，使弹射物14在弹射过程中不与发射筒15内部接触；所述测控系统分别采集发射筒15内的压力、温度、弹射物14的加速度，并分别控制截止阀5、快速阀6、调节阀7的开起和关闭。
进一步的，所述截止阀5采用电动球阀，全开闭时间不大于30s；所述快速阀6采用“Z型平衡式”结构型式，启闭时间不大于1.5s；所述调节阀7采用“V型”球阀，阀芯位移通过气动执行结构精确闭环控制，满足弹射筒内压力的基本恒定，全行程开闭时间不大于2s；所述管道系统8采用镀锌钢，管径不大于DN80；
一种用于所述装置的弹射方法，该方法包括：
步骤1：空气压缩机1提前将气体通过充气阀2及干燥机3注入高压储气罐4内，形成高压弹射动力源；
步骤2：接到测控系统16的发射预备指令后，打开电动截止阀5，待截止阀5到位后，预制调压阀7，预制完毕后依次打开快速阀6、调压阀7，高压气体沿管道系统8快速进入发射筒15内，在发射筒15底部活塞12与进气封头11之间的密闭空腔建立弹射压力；
步骤3：随着高压储气罐4内压缩空气快速而持续注入密闭空腔，密闭空腔不断升高；当压力作用到拉断杆10上的拉力达到设计拉断力时，拉断杆10断裂，活塞12开始推动弹射物14一起沿发射筒15运动并出筒，弹射过程中测控系统16实时采集发射筒15内的压力、温度、以及弹射物14上的加速度，弹射物14出筒后，测控系统16依次关闭快速阀、截止阀及调压阀。
与现有技术相比，本发明具有如下增益效果：
(1)本发明为空气弹射相关专业特别是高压空气弹射专业提供试验平台，模拟的弹射过程，并实时测量弹射物系统在发射筒内的加速度及转动情况、筒内温度、压力等参数，实现发射筒内弹射物系统发射过程的动态特性研究，为理论分析提供了对比数据，最终实现了发射筒内发射过程的缩比试验。
(2)本发明通过气动执行结构精确控制调压阀的阀芯位移，实现了很短时间内调压阀的闭环控制，满足了弹射物系统近似匀加速及低载荷运动的需求，有效降低了弹射物系统运动过程中的冲击；
(3)本发明将数据采集系统、加速度传感器及陀螺仪固定在弹射物系统上，实现了离线采集，有效降低了加速度传感器及陀螺仪等设备的损坏率，提高了系统的经济性。
附图说明
图1为试验装置的原理示意图；
图2为弹射系统的三维图；
图3为弹射系统的剖视图；
图4弹射系统剖视图的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
一种基于高压空气构建的垂直弹射缩比试验装置，如图1、图2所示，该试验装置包括：空气压缩机1、充气阀2、干燥机3、高压气罐4、截止阀5、快速阀6、调节阀7、管道系统8、支架9、拉断杆10、进气封头11、活塞12、导向轮13、弹射物14、发射筒15及测控系统16。
所述截止阀5与高压气罐5通过管道连接，快速阀6位于截止阀5下游，与截止阀6之间通过管道相连，调节阀7位于快速阀6下游，通过管道连接弹射系统；
所述截止阀5采用电动球阀，全开闭时间不大于30s；
所述快速阀6采用“Z型平衡式”结构型式，启闭时间不大于1.5s；
所述调节阀7采用“V型”球阀，阀芯位移通过气动执行结构精确闭环控制，满足弹射筒内压力的基本恒定，全行程开闭时间不大于2s；
所述管道系统8采用镀锌钢，管径不大于DN80；
所述支架9一端通过4个支撑杆固定在地面，一端通过法兰固定第一节发射筒的中间；
所述拉断杆10，即锁定活塞运动的装置，设计为可更换，一端固定在进气封头11上，另一端固定在活塞12上，弹射系统开始工作后，当高压空气作用力克服拉断杆10的拉伸力时，拉断杆10被拉断，活塞12开始运动，该装置可保证活塞12在一定的启动压力下弹射；
所述进气封头11采用半球形状，与发射筒15相连，封头上11开进气孔，与调压阀7后管道连通；
所述活塞12开若干道密封沟槽；活塞外径比发射筒内径小1mm，采用刷式密封；端部倒圆，防止与筒体产生刮擦；采用辐射状筋板加强，与弹射物14尾部采用平面接触；活塞12采用自调心结构保证不会偏倒；
所述导向轮13弹性支撑顶紧在发射筒15内壁面。
所述弹射物14为某型号的缩比模型，具有一定厚度，满足减阻、动平衡等要求，与发射筒15内壁通过上下3组导向轮13连接；弹射物14上开设人孔，便于压力、加速度传感器、陀螺仪及微型数据采集器等安装；
所述发射筒15采用碳钢焊接，分成若干段。最下面筒体开密封沟槽，与活塞之间密封，可以迅速建立气室压力。内筒精密加工，保证圆柱度和直线度公差以及接口公差。安装后总的同轴度公差为2mm以内。每段之间采用法兰螺栓连接，采用止口定位，保证对接同轴度。密封采用沟槽+橡胶板，接缝俢磨平滑过渡。
所述测控系统16向系统发送供气及调节的指令，以及完成系统各参数的采集测量。
工作流程：首先，空气压缩机1提前将气体通过充气阀2及干燥机3注入高压储气罐4内，形成高压弹射动力源；在接到测控系统16的发射预备指令后，打开电动截止阀5，待截止阀5到位后，预制调压阀7，预制完毕后依次打开快速阀6、调压阀7，高压气体沿管道系统8快速进入发射筒15内，在发射筒15底部建立弹射压力；随着高压储气罐4内压缩空气快速而持续注入发射筒15，筒内压力不断升高；当压力作用到拉断杆10上的拉力达到设计拉断力时，拉断杆10断裂，活塞12开始推动弹射物14一起沿发射筒15运动并出筒，其中导向轮13起连接弹射物14与发射筒15的功能，对弹射物14进行导向，弹射过程中测控系统16实时采集发射筒15内的压力、温度等参数、以及弹射物14上的加速度及陀螺仪等参数，弹射物14出筒后，测控系统16依次关闭快速阀、截止阀及调压阀。