一种利用表层应力变形的自动弹射装置的制作方法

本发明涉及弹射技术领域，具体为一种利用表层应力变形的自动弹射装置。

背景技术：

弹射是一种新型的技术，可在短时间内将大载荷物体弹射出去，在工业、民用与军事等领域具有巨大的应用前景。由于人工成本逐年上涨，以及环境各种不可控因素较多，发明一种可感应环境变化，自动进行弹射的自动弹射装置就显得尤为必要了。例如可用于沙漠治理中，在适当的时候利用弹射装置释放种子可以提高种子的存活率。我国是世界上荒漠化严重的国家之一，由于干旱少雨、植被破坏、大风吹蚀等因素造成的我国大片土壤尤其是西北地区的土壤沙化，对我国生态产生了严重的影响，例如产生的沙尘暴多年袭扰我国北方地区，对人们的生活产生了极大困扰。随着国家生态文明建设的推动，荒漠化的治理越来越受到国家的重视。治理荒漠化的根本就是恢复地表的植被，荒漠植树成为现有治沙的重要手段。但是这些植树一般都需要人工灌水，存在投入成本高、耗水量大等瓶颈问题，不易大面积推广。若能抓住自然少量的降雨窗口，播撒种子，利用天然雨水让其生长，会极大降低治沙成本。

弹射也可用于灭火领域，目前的自动灭火装置结构、安装或操作均比较复杂，当发生火灾时，不能及时迅速地做出反应。发明一种可感应环境温度变化，快速反应，自动弹射灭火剂的装置就很有必要了。上述两种领域都需要弹射装置具备自动感应外界环境变化，从而自动释放的装置。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种利用表层应力变形的自动弹射装置，其具有感应灵敏、释放迅速、覆盖半径大、成本低、结构简单、无需维护、制造方便及轻便可靠等诸多特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种利用表层应力变形的自动弹射装置，所述自动弹射装置基于材料在外界因素(例如湿度、温度、光强等因素)发生变化时，产生应变并将其作为应变能储存起来，在薄弱处被触发后，沿应力集中处开裂，应变能转化为动能，将内部包裹的物质以一定初速度释放出去。

一种利用表层应力变形的自动弹射装置，所述装置包括双层包裹膜，所述双层包裹膜包括外层膜与内层膜，待释放物包裹在内层膜内；所述外层膜与内层膜紧密粘合，保证内外两层膜不会产生相对位移，为弹射储存能量；外层膜随外界环境变化产生的应变小于内层膜的应变；所述双层包裹膜一端设置薄弱凸起，所述薄弱凸起易于裂缝起裂；所述双层包裹膜与薄弱凸起相临一端设置触发臂，会在外界环境变化的影响下发生弯曲，使顶端靠近薄弱凸起；所述触发臂包括外层膜与内层膜，所述外层膜与内层膜紧密粘合，外层膜随外界环境变化产生的应变小于内层膜的应变；所述双层包裹膜远离薄弱凸起的一端设置稳定凸起，防止开裂后双层包裹膜彻底分离。

较佳的，所述利用表层应力变形的自动弹射装置包括保护外壳，所述保护外壳较佳的为薄板卷成的外壳，包裹在双层包裹膜外部，形状与双层包裹膜相适应，开口位于薄弱凸起的一侧，可随内部双层包裹膜的开裂而张开，保证释放物的顺利弹射。

较佳的，所述利用表层应力变形的自动弹射装置，整体形状为压扁的椭球型，该形状更有利于装置的打开。

较佳的，所述利用表层应力变形的自动弹射装置形状类似于种子的外形，总体呈压扁的椭球型，上半部分有薄弱凸起与触发臂，所述薄弱凸起为呈尖锐状的结构，触发臂呈直线状，末端位于薄弱凸起之下；双层包裹膜厚度自上而下逐渐增厚，至所述稳定凸起处厚度最大，稳定凸起从侧面看呈花盆状；

较佳的，所述稳定凸起处厚度为薄弱凸起处厚度的2倍以上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述薄弱凸起为镰刀形结构；

作为上述技术方案的进一步改进，外层膜与内层膜断裂应力小于该装置在临界外界条件下所产生的应力，使得外界因素达到临界值时，装置能自发起裂。

所述利用表层应力变形的自动弹射装置，实现步骤具体包括如下步骤：

步骤A，彼此粘合的双层包裹膜，当外界因素的变化，达到临界条件，由于外层膜随外界环境变化产生的应变小于内层膜的应变，内层膜与外层膜之间因挤压会产生极大的应力，越尖锐处应力越大，产生大量的应变能堆积在包裹膜中使整个包裹膜处于亚稳态；

步骤B，当外界因素达到临界值时(例如湿度达到80％，温度达到57度等)，与双层包裹膜材质相同的触发臂会弯曲，顶到薄弱凸起，应力集中最大薄弱凸起会在这一扰动下迅速起裂，并沿着包裹层的尖锐边缘扩展，并在外部平滑应力较小的稳定凸起处停止；

步骤C，脱离束缚的双层包裹膜，外层膜与内层膜会在应变能的作用下，迅速由向外凸的形状转为向内凸的形状并绕着稳定凸起转动，保护外壳被撑开，应变能转化为双层包裹膜的动能，并将这个动能传递到被包裹在内的待释放物上，如图3，4所示，将待释放物弹射到半径不小于10米的广阔区域。

作为上述技术方案的进一步改进，与双层包裹膜材质相同的双层膜触发臂固定在外层膜上，会随外界因素的变化发生弯曲，顶端靠近薄弱凸起，并会在外界因素达到临界值时(例如湿度达到80％，温度达到57度等)，接触到薄弱凸起。

薄弱凸起是双层包裹膜结构中最尖锐的部分，产生应力时因应力集中，此处应力最大。

作为上述技术方案的进一步改进，稳定凸起结构平滑，应力最小，不会在裂缝扩展中开裂，防止开裂后双层包裹膜彻底分离。

作为上述技术方案的进一步改进，保护外壳具有弹性，能被开裂的双层包裹膜撑开，方便待释放物的弹射。

本发明该装置应用在防沙治沙领域时，保护外壳的底部水平，可以直接竖直固定在沙漠中，根据治沙要求及种子特点，例如每个弹射装置之间可以间隔20米左右，保证释放的种子全面覆盖沙漠，又不会重复释放，使用的装置数量可由需要治理的沙漠面积而定，当沙漠降雨时，这时空气湿度达到80％以上，装置双层包裹膜吸水性形变，装置就会智能地抓住这个短暂的时机启动，将种子以一定初速度弹射到空中，保证种子能散布在广大的区域，半径不小于10米的区域内。本发明装置应用在灭火领域时，同样由于保护外壳底部水平，可以直接倒置固定在屋顶，由于其可达到十米的控制半径，一般的房间只需安装一个就可以满足要求，成本低廉，当温度达到57度时，装置启动将干粉灭火剂迅速向下弹射出来，使灭火剂迅速散布整个火灾现场，控制火势，起到灭火的作用。

有益效果：

1.本发明的自动弹射装置主要依靠随外界因素变化应变不同的两个材料产生的应变能作为动力释放包裹在内的物质，无需能耗，作用半径大，成本低。

2、本发明的自动弹射装置能自动感应外界因素变化，当外界因素达到临界值时，释放包裹的物质，感应灵敏，释放迅速，效果明显。

3、本发明的自动弹射装置不仅结构设计紧凑简单，且具有生产成本低，无需维护的特点。

4、本发明为独特的创新设计，从某种意义上脱离了弹射结构及装置模型，较之于现有的多数设计的弹射装置，将具有更加广泛的应用空间。

5、当装置的双层包裹膜及触发臂双层膜换成可随湿度应变的材料时，可应用在治沙领域中，散布种子的范围广，可将种子散布在半径不小于十米的范围内，治沙面积大，无需外界能源，人工管理费用低。

6、当装置的双层包裹膜及悬臂梁双层膜换成可随温度应变的材料时，可以用在在灭火领域，可以迅速将灭火剂释放出去，覆盖范围超过一般房间面积，可将灭火剂散布整个火灾现场，灭火面积大，可在火灾发生的初期便快速控制火势，保证人民的生命财产安全。同时因无外部能源驱动，不用担心火灾时断电的情况下的使用问题。

7、在治沙领域中，可在下雨空气湿度达到80％以上时迅速释放种子，保证种子的发芽率。在灭火领域，在火灾发生的初始阶段就可以迅速控制，避免更大的人员财产损失。

8、本发明的自动弹射装置在治沙领域利用自然降雨来让植物生长，可以不需要人工额外浇灌，节省大量水资源。在灭火领域，无需外接电源，体积小，安装方便，适合在各种场所推广。

附图说明

图1为本发明一种利用表层应力变形的自动弹射装置示意图的主视图；

图2为本发明一种利用表层应力变形的自动弹射装置示意图的左视图；

图3、4为本发明一种利用表层应力变形的自动弹射装置待释放物弹射过程的示意图；

图中：

外层膜-1，内层膜-2，待释放物-3，薄弱凸起-4，触发臂-5，稳定凸起-6，保护外壳-7。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

实验研究说明，在湿度作用下应变不同的两个材料产生的应变能可作为动力来释放种子。

彼此粘合的两种不同材质包裹在防沙植物种子的外面形成双层包裹膜，紧密粘合保证内外两层在产生应变时不会发生相对位移，从而保证产生的应变转换为应变能储存起来，为后面的弹射提供能量。随着湿度的增加，内层湿度应变远大于外层湿度应变，内层会受到外层的挤压产生很高的应力，越尖锐处应力越大，湿度产生大量的应变能堆积在包裹膜中使整个包裹膜处于亚稳态。

在外界湿度合适的情况下，薄弱处受到扰动，产生的应力大于双层包裹膜的断裂强度时，双层包裹膜会沿着应力集中的边缘迅速开裂，包裹膜迅速反转，储存的应变能转换为动能，将防沙植物种子快速散布出去，达到让其能在合适的湿度下，迅速发芽生长，起到治沙防沙的作用。

一种利用表层应力变形的自动弹射装置，具体为一种利用表层应力集中自动感应湿度释放防沙植物种子的自动弹射装置，如图1，2所示，所述装置基于不同的材料(例如水凝胶，其吸水可膨胀，易破裂，不同材质的水凝胶吸水后的产生的应变不同，可以作为双层膜的制作材料)遇到湿度加大时储存应变能，薄弱处被触发后，沿应力集中处开裂，应变能转化为动能来发射防沙植物种子让其能在合适的湿度下，迅速发芽生长，起到治沙防沙的作用，具有感应灵敏、释放迅速、植物成活率高、治沙防沙的作用半径大、成本低、结构简单、无需维护、制造方便及轻便可靠等诸多特点。

如图1、2所示，一种利用表层应力变形的自动弹射装置，双层包裹膜包括彼此粘合的外层膜1与内层膜2，被包裹在内的防沙植物种子3，与为裂缝起裂设置的薄弱凸起4，与双层包裹膜材质相同的触发臂5，防止开裂后双层包裹膜彻底分离的稳定凸起6以及包裹在整体外部的保护外壳7。

本发明结构作用机理包括以下几个步骤：

步骤A，彼此粘合的双层包裹膜，外层膜1与内层膜2一开始不能变形，随着湿度的增加，内层膜1与外层膜2之间因挤压会产生极大的应力，越尖锐处应力越大，湿度产生大量的应变能堆积在包裹膜中使整个包裹膜处于亚稳态；

步骤B，在雨后等合适的湿度下，与双层包裹膜材质相同的触发臂5会弯曲，顶到薄弱凸起4，应力集中最大薄弱凸起4会在这一扰动下迅速起裂，并沿着包裹层的尖锐边缘扩展，并在外部平滑应力较小的稳定凸起6停止；

步骤C，脱离束缚的双层包裹膜，外层膜1与内层膜2会在应变能的作用下，迅速由向外凸的形状转为向内凸的形状并绕着稳定凸起转动，保护外壳7被撑开，湿度产生的应变能转化为双层包裹膜的动能，并将这个动能传递到被包裹在内的防沙植物种子3上，如图3、4所示，使得防沙植物种子3以很高的速度喷洒到周围广阔的地区迅速发芽生长，起到治沙防沙的作用。

与此同时，外层膜与内层膜断裂应力较小，以便在合适湿度所产生的应力下起裂，外层膜1与内层膜2紧密粘合，外层膜1应变远小于内层膜2，与双层包裹膜材质相同的触发臂5固定在外层膜1上，会在湿度的影响下发生弯曲，顶端靠近薄弱凸起4。

薄弱凸起4是双层包裹膜结构中最尖锐的部分，产生应力时因应力集中，此处应力最大。稳定凸起6结构平滑，应力最小，不会在裂缝扩展中开裂，防止开裂后双层包裹膜彻底分离。保护外壳7具有弹性，能被开裂的双层包裹膜撑开，方便种子的散布。

实施例二：

研究表明，将防沙植物种子换为干粉灭火剂，自动弹射装置对其抛射距离也足够远，可应用于灭火消防领域，因此可以作为本发明的另一种实施方式。

在此实施例中，我们将实施例一中的随湿度产生应变的外层膜1与内层膜2换为随温度产生应变的外层膜1与内层膜2，将实施例一防沙植物种子3换为干粉灭火剂3。

本实施例所采用的利用表层应力集中自动感应温度释放干粉灭火剂的灭火装置具体步骤与实施例一中基本一致，只是其触发条件由湿度变成了大火产生的高温。

虽然上述介绍了本发明的两种不同的实施例，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节。

如，本发明绿化治沙结构中薄弱凸起4的形状，除本发明实施例一中显示的镰刀形结构外，其他呈尖锐状的结构也应当被视为本发明的实施方式。又如，本发明还可以根据各种需求，来选择外层膜与内层膜的材质，适应不同条件下的应变需求，例如可根据声、光、电、磁等因素产生应变的材料。

同时应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，本说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

尽管如此，不论采用上述的哪种实施方式，本发明较之于现有技术都应具有如下优点：

本发明的绿化治沙结构主要湿度作用下应变不同的两个材料产生的应变能作为动力释放种子，无需能耗，治沙防沙的作用半径大，成本低。

本发明应用于绿化治沙领域能自动感应湿度变化，在合适湿度释放种子，感应灵敏，释放迅速，植物成活率高。

本发明的利用表层应力的自动弹射装置不仅结构设计紧凑简单，且具有生产成本低，无需维护的特点。

本发明应用于绿化治沙领域，利用自然降雨来让植物生长，无需人工额外浇灌，节省大量水资源。

本发明为独特的创新设计，从某种意义上脱离了绿化治沙结构及装置模型，较之于现有的多数设计的绿化治沙装置，将具有更加广泛的应用空间。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，上述各实施方式还可以做出若干变形、组合和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求书为准。