一种用于气炮发射的新型高压释放装置
阅读说明：本技术 一种用于气炮发射的新型高压释放装置 (Novel high-pressure releasing device for gas gun launching ) 是由 薛一江 吴昊 吴应祥 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于气炮发射的新型高压释放装置,包括高压气室,其包括高压主气室和安装在高压主气室内的高压副气室；注气管路,其包括与高压主气室连接的第一注气管路和与高压副气室连接的第二注气管路；发射管,其与高压主气室连接；液压装置,其安装在高压副气室内；高压控制系统,其分别与注气管路和液压装置连接；高压副气室内设有限位环和进气孔,当发射载荷与限位环抵接时,进气孔处于封堵状态,当发射载荷与限位环分离时,进气孔处于通气状态。本发明采用一种新型结构完成气炮高压气体的释放,兼有高速阀门排气的可操作性与破膜排气的优秀性能,无需使用膜片,重复性较好,具有低造价、易操作维护和低发射成本等优点。(The invention discloses a novel high-pressure release device for gas gun launching, which comprises a high-pressure air chamber, a high-pressure gas gun body and a high-pressure gas gun body, wherein the high-pressure air chamber comprises a high-pressure main air chamber and a high-pressure auxiliary air chamber arranged in the high-pressure main air chamber; the gas injection pipeline comprises a first gas injection pipeline connected with the high-pressure main gas chamber and a second gas injection pipeline connected with the high-pressure auxiliary gas chamber; a launch tube connected to the high pressure main plenum; a hydraulic device installed in the high-pressure sub-chamber; the high-pressure control system is respectively connected with the gas injection pipeline and the hydraulic device; a limiting ring and an air inlet hole are arranged in the high-pressure auxiliary air chamber, when the emission load is abutted to the limiting ring, the air inlet hole is in a blocking state, and when the emission load is separated from the limiting ring, the air inlet hole is in a ventilation state. The invention adopts a novel structure to complete the release of high-pressure gas of the gas gun, has the operability of high-speed valve exhaust and the excellent performance of membrane breaking exhaust, does not need to use a membrane, has better repeatability, and has the advantages of low manufacturing cost, easy operation and maintenance, low launching cost and the like.)
技术领域
本发明涉及材料和结构动力学实验技术领域，具体涉及一种用于气炮发射的新型高压释放装置。
背景技术
气炮通常由高压气室、高压释放装置、发射管等部件组成，是材料和结构动力学领域非常重要的实验装置。其中，高压释放装置的性能和可操作性直接决定了气体炮的发射速度和工作效率。目前常用的高压气体释放方式有两种：一种高速阀门排气；另一种是破膜排气。由于阀体的开启时间在ms量级，比破膜泄压的时间长很多，因此两者的性能有较大差别。
在高压氮气的驱动条件下，高速阀门排气可以达到600m/s，破膜排气可以达到800m/s以上。在高压氦气的驱动条件下，两者差别更加明显，前者可以达到1000m/s，而后者可以高达1500m/s。虽然高速阀门排气的性能不及破膜排气，但是从可操作性上看，高速阀门排气不需要使用膜片，工作效率和发射成本均优于破膜排气。在实际使用过程中，由于破膜排气需要根据发射压力配置不同规格的膜片，注气过程复杂，增加了发射成本和管理成本。某些单位往往会同时装备这两种高压释放装置，高速阀门排气用于中低速区域，破膜排气用于高速区域。
在材料和结构动力学领域，对于各项异性材料，模型的尺寸往往对实验结果有很大影响。随着实验技术的发展，对100mm甚至200mm以上大口径气炮的需求也越来越多。此时，高速阀门排气释放装置的造价会随着口径增大几何级增加。由于阀门快速开启需要一定的气体工作压力，在小于100m/s的速度段，重复性往往很差。在高速段，大尺寸膜片也会显著增加发射成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于气炮发射的新型高压释放装置，同时覆盖高速阀门排气和破膜排气两个发射速度范围，具有高发射效率、低造价、易操作维护和低发射成本等优点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种用于气炮发射的新型高压释放装置，包括高压气室，其包括高压主气室和安装在所述高压主气室内的高压副气室；
注气管路，其包括与所述高压主气室连接的第一注气管路和与所述高压副气室连接的第二注气管路；
发射管，其与所述高压主气室连接，所述高压主气室靠近所述发射管的一端为锥形结构；
液压装置，其与所述高压副气室远离所述发射管的一端连接，用以驱动一端位于所述发射管内、另一端位于所述高压副气室内的发射载荷移动；
高压控制系统，其分别与所述注气管路和所述液压装置连接；
所述高压副气室内设置有限位环，且所述高压副气室的侧壁设置有进气孔，当所述发射载荷与所述限位环抵接时，所述进气孔处于封堵状态，当所述发射载荷与所述限位环分离时，所述进气孔处于通气状态。
作为用于气炮发射的新型高压释放装置的一种优选方案，所述高压副气室为直筒式结构，且所述高压副气室邻近所述发射管的一端还设置有导向环，所述导向环呈楔形结构。
作为用于气炮发射的新型高压释放装置的一种优选方案，所述第一注气管路包括分别与所述高压主气室和所述高压控制系统连接的第一注气管道以及安装在所述第一注气管道上的第一注气阀门，所述第一注气阀门用以控制所述第一注气管道的通断。
作为用于气炮发射的新型高压释放装置的一种优选方案，所述第二注气管路包括分别与所述高压副气室和所述高压控制系统连接的第二注气管道以及安装在所述第二注气管道上的第二注气阀门，所述第二注气阀门用以控制所述第二注气管道的通断。
作为用于气炮发射的新型高压释放装置的一种优选方案，所述液压装置包括安装在所述高压副气室远离所述导向环的一端的液压缸、与所述液压缸连接的活塞、分别与所述高压控制系统和所述液压缸连接的液压油路以及安装在所述液压油路上的油路阀门，所述活塞位于所述高压副气室内并与所述高压副气室的内壁密封接触，所述油路阀门用以控制所述液压油路的通断。
作为用于气炮发射的新型高压释放装置的一种优选方案，所述液压油路包括分别与所述液压缸连接的第一高压管油路和第二高压管油路，所述油路阀门包括安装在所述第一高压管油路上的第一油路电磁阀以及安装在所述第二高压管油路上的第二油路电磁阀，所述第一油路电磁阀用以控制所述活塞朝向靠近所述限位环的方向移动，所述第二油路电磁阀用以控制所述活塞朝向远离所述限位环的方向移动。
作为用于气炮发射的新型高压释放装置的一种优选方案，所述发射载荷包括弹托、安装在所述弹托内并凸出于所述弹托远离所述高压气室一端的发射弹以及安装在所述弹托外周的弹带，且所述弹带的外径大于所述发射管的内径，所述弹带挤入所述高压主气室的压力不大于20MPa。
作为用于气炮发射的新型高压释放装置的一种优选方案，所述高压主气室靠近所述发射管的一端的锥度为40°～60°。
作为用于气炮发射的新型高压释放装置的一种优选方案，所述高压主气室和所述高压副气室的工作压力均不大于30MPa。
作为用于气炮发射的新型高压释放装置的一种优选方案，所述液压装置的工作压力不大于50MPa。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用一种新型结构完成气炮高压气体的释放，兼有高速阀门排气的可操作性与破膜排气的优秀性能，无需使用膜片，重复性较好，具有高发射效率、低造价、易操作维护和低发射成本等优点。
(2)本发明采用双气室设计，其中高压副气室可以单独使用，满足100m/s速度以内的发射需求，且高压主气室与发射管连接处采用锥面设计，可以提高弹底压力，进而提高发射载荷的初始加速度和最终的出口速度。
(3)本发明采用液压装置对高压副气室内的气体进行压缩，从而驱动发射载荷移动，这种驱动方式与高速阀门排气相比，具有相同的可操作性，结构更加简单，成本了降低1/3，性能提升了50％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例所述的用于气炮发射的新型高压释放装置发射前的结构示意图。
图2是本发明一实施例所述的注气管路向高压气室充气时的结构示意图。
图3是本发明一实施例所述的液压缸推动活塞向前运动时的结构示意图。
图4是本发明一实施例所述的发射载荷与限位环分离时的结构示意图。
图5是本发明一实施例所述的发射载荷与导向环分离时的结构示意图。
图6是本发明一实施例所述的液压缸推动活塞向后运动时的结构示意图。
图1至图6中：
1、高压气室；11、高压主气室；12、高压副气室；121、限位环；122、进气孔；123、导向环；
2、注气管路；21、第一注气管路；211、第一注气管道；212、第一注气阀门；22、第二注气管路；221、第二注气管道；222、第二注气阀门；
3、发射管；
4、液压装置；41、液压缸；42、活塞；43、液压油路；431、第一高压管油路；432、第二高压管油路；44、油路阀门；441、第一油路电磁阀；442、第二油路电磁阀；
5、高压控制系统；
100、发射载荷；110、弹托；120、发射弹；130、弹带。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例中的用于气炮发射的新型高压释放装置包括高压气室1，其包括高压主气室11和安装在高压主气室11内的高压副气室12；
注气管路2，其包括与高压主气室11连接的第一注气管路21和与高压副气室12连接的第二注气管路22；
发射管3，其与高压主气室11连接，高压主气室11靠近发射管3的一端为锥形结构；
液压装置4，其与高压副气室12远离所述发射管3的一端连接，用以驱动一端位于发射管3内、另一端位于高压副气室12内的发射载荷100移动；
高压控制系统5，其分别与注气管路2和液压装置4连接；
高压副气室12内设置有限位环121，且高压副气室12的侧壁设置有进气孔122，当发射载荷100与限位环121抵接时，进气孔122处于封堵状态，当发射载荷100与限位环121分离时，进气孔122处于通气状态。
本实施例采用双气室设计，高压气室1由高压主气室11和高压副气室12组成，其中高压副气室12可以单独使用，满足100m/s速度以内的发射需求；在组合使用时，由高压控制系统5控制注气管路2向高压气室1注入气体，液压装置4压缩高压副气室12内的气体，当高压副气室12内的压力超过发射载荷100的挤入压力时，发射载荷100将会向前移动，此时高压主气室11内的气体将通过进气孔122进入高压副气室12进一步推动发射载荷100，当发射载荷100脱离高压副气室12时，高压主气室11内的高压气体通过锥面压缩驱动发射载荷100进入发射管3完成整个动作，与高速阀门排气和破膜排气相比，本实施例采用一种新型结构完成气炮高压气体的释放，兼有高速阀门排气的可操作性与破膜排气的优秀性能，无需使用膜片，重复性较好，且高压主气室11与发射管3连接处采用锥面设计，可以提高弹底压力，进而提高发射载荷100的初始加速度和最终的出口速度，具有高发射效率、低造价、易操作维护和低发射成本等优点。
具体地，高压副气室12为直筒式结构，且高压副气室12邻近发射管3的一端还设置有导向环123，导向环123呈楔形结构。
具体地，第一注气管路21包括分别与高压主气室11和高压控制系统5连接的第一注气管道211以及安装在第一注气管道211上的第一注气阀门212，第一注气阀门212用以控制第一注气管道211的通断。
具体地，第二注气管路22包括分别与高压副气室12和高压控制系统5连接的第二注气管道221以及安装在第二注气管道221上的第二注气阀门222，第二注气阀门222用以控制第二注气管道221的通断。
具体地，液压装置4包括安装在高压副气室12远离导向环123的一端的液压缸41、与液压缸41连接的活塞42、分别与高压控制系统5和液压缸41连接的液压油路43以及安装在液压油路43上的油路阀门44，活塞42位于高压副气室12内并与高压副气室12的内壁密封接触，油路阀门44用以控制液压油路43的通断。
本发明采用液压缸41对高压副气室12内的气体进行压缩，发射载荷100在高压气体的驱动下将向前移动，这种驱动方式与高速阀门排气相比，具有相同的可操作性，结构更加简单，成本了降低1/3，性能提升了50％。
更具体地，液压油路43包括分别与液压缸41连接的第一高压管油路431和第二高压管油路432，油路阀门44包括安装在第一高压管油路431上的第一油路电磁阀441以及安装在第二高压管油路432上的第二油路电磁阀442，第一油路电磁阀441用以控制活塞42朝向靠近限位环121的方向移动，第二油路电磁阀442用以控制活塞42朝向远离限位环121的方向移动。
具体地，发射载荷100包括弹托110、安装在弹托110内并凸出于弹托110远离高压气室1一端的发射弹120以及安装在弹托110外周的弹带130，且弹带130的外径大于发射管3的内径，弹托110的尾部通过导向环123置于高压副气室12的头部，弹带130置于高压主气室11与发射管3的连接处，弹托110的头部置于发射管3内，弹带130挤入高压主气室11的压力不大于20MPa。
优选地，弹托110的材料为高分子量聚乙烯，弹带130的材料为橡胶。
优选地，高压主气室11靠近发射管3的一端的锥度为40°～60°。
优选地，高压主气室11通过第一注气管路21使用高压氮气或者氦气工作，工作压力不大于30MPa；高压副气室12通过第二注气管路22使用高压氮气或者氦气工作，工作压力不大于30MPa。
优选地，液压装置4的工作压力不大于50MPa。
具体发射过程如下：
(1)、发射载荷100发射前，高压气室1与发射管3处于分离状态，将发射载荷100装入发射管3，弹带130挤入高压主气室11的锥面，通过法兰连接高压主气室11和发射管3，此时弹托110的尾部会通过高压副气室12的导向环123顶住限位环121，如图1所示；
(2)、高压控制系统5控制注气管路2分别向高压主气室11和高压副气室12注入高压氮气或氦气，如图2所示；
(3)、高压控制系统5控制第一高压管油路431泵油，液压缸41推动活塞42向前移动，从而压缩高压副气室12内的高压气体，如图3所示；
(4)、当高压副气室12内的压力超过弹带130的挤入压力时，弹托110会向前运动，进而高压主气室11内的高压氮气或氦气通过进气孔122进入高压副气室12，进一步向前推动弹托110，如图4所示；
(5)、当弹托110离开导向环123时，高压主气室11内的高压氮气或氦气通过锥面压缩驱动弹托110进入发射管3完成发射，如图5所示；
(6)、发射动作完成后，高压控制系统5控制第二高压管油路432泵油，推动活塞42复位，分离高压气室1和发射管3进行下一次实验，如图6所示。
需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。
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