一种气垫驱动下的流体反重力流动装置的制作方法

本发明属于流体流动装置技术领域，涉及一种流体反重力流动装置，特别涉及一种气垫驱动下的流体反重力流动装置。

背景技术：

体爆轰战斗部内部装填高能燃料，通过炸药爆炸抛撒驱动作用，高能燃料被抛撒到空气中，高能燃料与空气混合，形成大范围的活性云团，再经炸药二次起爆，活性云团产生体爆轰，是威力最大的武器之一。

体爆轰战斗部爆炸威力的提高主要依赖于内部装填燃料能量的提高，贵大勇等人在文献“高威力fae液态燃料的优化选择”(火炸药学报，2016年，第3期14页)中报道：在液态燃料中加入金属粉末，液相燃料与金属粉末混合后形成固液相混合燃料，由于金属粉末热值很高，可以大幅度提高体爆轰战斗部内部燃料的能量。

由于固液相混合燃料不能相互溶解，而且各组分密度不同，在重力作用下，固液相混合燃料中密度较大的燃料会沉降到下部，密度较小的燃料会上升到上部。一旦分层，导致体爆轰战斗部的威力大幅度下降，同时导致战斗部质心偏移对目标的命中精度降低。为了解决固液相混合燃料在重力作用下分层的问题，在固液燃料和液相燃料混合过程中，加入凝胶剂，使得固液燃料和液相燃料凝胶化。凝胶化后的状态为粘稠状，凝胶化固液相混合燃料不再发生分层。

战斗部实际装填凝胶化固液相混合燃料时，先在搅拌混合设备上，将固相燃料、液相燃料和凝胶混合均匀，形成凝胶化固液相混合燃料后，再往战斗部壳体里装填，战斗部壳体的装填燃料口位于上端。战斗部轴向高度1.6～1.7米，装填的凝胶化固液相混合燃料质量为1.4～1.5吨，装填的凝胶化固液相混合燃料密度为1.15～1.18g/cm³，往战斗部壳体里装填燃料的过程中，凝胶化固液相混合燃料从外往里流动，战斗部壳体里的空气从里向外排出，空气和凝胶化固液相混合燃料发生对流运动，空气不可避免的将会进入凝胶化固液相混合燃料内部，由于燃料为粘稠状，燃料粘度很大，空气进入燃料以后，以气泡的形式悬浮在凝胶化固液相混合燃料中。而且凝胶化固液相混合燃料进入战斗部壳体内腔后，由于粘度较大，流动速度缓慢，在重力作用下，燃料流动至壳体内腔其他部位的时间较长，因此，凝胶化固液相混合燃料在装填燃料口下方堆积的越来越高，燃料堆积高度到达一定程度后，在壳体内腔中自然倒塌，倒塌后引入大量气泡。气泡占据了燃料的装填空间，燃料装的量减少，战斗部内部的总能量降低，影响战斗部爆炸后威力。气泡中含有氧气，氧气和燃料接触，当温度较高时，有燃烧的风险，一旦燃烧将会发生爆炸，造成无法挽回的损失。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种气垫驱动下的流体反重力流动装置，本发明的凝胶化固液相混合燃料在压力作用下，以反重力的方向，从下至上装入体爆轰战斗部壳体，凝胶化固液相混合燃料由压力气垫驱动，气垫具有缓冲功能，使得燃料装填过程平稳，燃料从下端流入体爆轰战斗部壳体，体爆轰战斗部壳体内部的空气从上排出，避免了空气和凝胶化固液相混合燃料对流运动形成的气泡，战斗部爆炸威力得以保证。

本发明提供的一种气垫驱动下的流体反重力流动装置。包括体爆轰战斗部1，其特征在于，还包括压力容器2、缓冲层3、螺纹推杆4；

体爆轰战斗部1的形状为第一空腔圆柱体，体爆轰战斗部1的第一空腔圆柱体为回转体，体爆轰战斗部1的第一空腔圆柱体从上至下由第一上端圆板、第一圆筒体、第一下端圆板组成，体爆轰战斗部1的第一上端圆板中心带有第一上端圆孔，体爆轰战斗部1的第一下端圆板中心带有第一下端圆孔；

体爆轰战斗部1为体爆轰战斗部的壳体，体爆轰战斗部1的内腔中装填凝胶化固液相混合燃料，体爆轰战斗部轴向高度1.6～1.7米，装填的凝胶化固液相混合燃料质量为1.4～1.5吨，装填的凝胶化固液相混合燃料密度为1.15～1.18g/cm³，凝胶化固液相混合燃料与空气对流运动或在装填燃料口下方堆积后倒塌会引入气泡，本发明用于实现凝胶化固液相混合燃料的装填过程与空气无对流运动且不会产生堆积；

压力容器2的形状为第二空腔圆柱体，压力容器2的第二空腔圆柱体为回转体，压力容器2的第二空腔圆柱体从上至下由第二上端圆板，第二圆筒体，第二下端圆板组成，压力容器2的第二上端圆板中心带有第二内螺纹孔，压力容器2的第二圆筒体右侧下端连接有第二导管，压力容器2的内腔下半部分装有凝胶化固液相混合燃料；

压力容器2的回转体轴线与体爆轰战斗部1的回转体轴线平行，压力容器2位于体爆轰战斗部1左侧，压力容器2的第二导管上挨着第二圆筒体处带有第二开关，压力容器2的第二导管的另一端与体爆轰战斗部1的第一下端圆孔连接；

缓冲层3为回转体，缓冲层3从上至下由第三上端圆柱体、第三弹簧、第三下端圆柱体组成，第三上端圆柱体和第三下端圆柱体形状相同且同轴，第三弹簧上端与第三上端圆柱体下端连接，第三弹簧下端与第三上端圆柱体上端连接，第三弹簧由外向内分共三层，每层第三弹簧均沿着缓冲层3的回转体轴线周向均匀分布，最内一层第三弹簧有八个，中间一层第三弹簧有十二个，最外一层第三弹簧有十六个；

缓冲层3的回转体轴线与压力容器2的回转体轴线重合，缓冲层3位于压力容器2内腔上半部分，缓冲层3的第三下端圆柱体外侧面与压力容器2的第二圆筒体内侧面具有可移动的密封配合接触，缓冲层3的第三下端圆柱体下端面与压力容器2内腔中的凝胶化固液相混合燃料上端液面具有一定距离；

螺纹推杆4的形状为第四圆柱体，螺纹推杆4的第四圆柱体为回转体，螺纹推杆4的第四圆柱体下端面带有第四半圆球凸台，螺纹推杆4的第四圆柱体的外侧面带有第四外螺纹；

螺纹推杆4的回转体轴线与压力容器2的回转体轴线重合，螺纹推杆4位于缓冲层3的上端，螺纹推杆4的第四外螺纹与压力容器2的第二内螺纹孔螺旋配合接触，螺纹推杆4的第四半圆球凸台与缓冲层3的第三上端圆柱体上端面接触；

缓冲层3的第三下端圆柱体的下端面与压力容器2内腔中的凝胶化固液相混合燃料上端液面的初始距离为230～260mm；

每个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数均相同，单个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数为11～16n/cm；

压力容器2的第二导管的内径为2.3～2.7cm；

所述一种气垫驱动下的流体反重力流动装置，其使用方法包括以下步骤：

步骤1：在压力容器2中将凝胶化固液相混合燃料搅拌均匀；

步骤2：将缓冲层3与压力容器2装配；

步骤3：将螺纹推杆4与压力容器2装配；

步骤4：将体爆轰战斗部1与压力容器2装配；

步骤5：打开第二开关，顺时针旋转螺纹推杆4，使螺纹推杆4向下运动，螺纹推杆4驱动缓冲层3的第三上端圆柱体向下运动，缓冲层3的第三上端圆柱体压缩第三弹簧，第三弹簧产生轴向压力，第三弹簧驱动缓冲层3的第三下端圆柱体向下运动，缓冲层3的第三下端圆柱体压缩与凝胶化固液相混合燃料上端液面之间的空气，空气被压缩后，空气压力增大形成高压气垫，高压气垫压缩凝胶化固液相混合燃料，使凝胶化固液相混合燃料通过第二导管从下端进入体爆轰战斗部1的内腔，凝胶化固液相混合燃料在体爆轰战斗部1的内腔中以反重力的方向从下向上装入，体爆轰战斗部1的内腔中的空气从体爆轰战斗部1的第一上端圆孔中排出，直至体爆轰战斗部1内腔中的凝胶化固液相混合燃料装满，关闭第二开关，整个装填过程中，凝胶化固液相混合燃料与空气无对流运动且不会产生堆积；

步骤6：将体爆轰战斗部1的第一上端圆孔和第一下端圆孔堵住并密封，将压力容器2的第二导管从体爆轰战斗部1下端拆除，至此，体爆轰战斗部1内腔的凝胶化固液相混合燃料装填完成。

关于缓冲层3的第三下端圆柱体的下端面与压力容器2内腔中的凝胶化固液相混合燃料上端液面的初始距离、单个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数、压力容器2的第二导管的内径，可以采取以下2种方式的任意一种：

实现方式1：缓冲层3的第三下端圆柱体的下端面与压力容器2内腔中的凝胶化固液相混合燃料上端液面的初始距离为230mm；

每个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数均相同，单个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数为11n/cm；

压力容器2的第二导管的内径为2.3cm。

实现方式2：缓冲层3的第三下端圆柱体的下端面与压力容器2内腔中的凝胶化固液相混合燃料上端液面的初始距离为260mm；

每个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数均相同，单个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数为16n/cm；

压力容器2的第二导管的内径为2.7cm。

本发明的一种气垫驱动下的流体反重力流动装置，带来的技术效果体现为：

本发明适用的战斗部轴向高度1.6～1.7米，装填的凝胶化固液相混合燃料质量为1.4～1.5吨，装填的凝胶化固液相混合燃料密度为1.15～1.18g/cm³，本发明将凝胶化固液相混合燃料放入压力容器中，压力容器通过导管与体爆轰战斗部壳体下端连通，凝胶化固液相混合燃料在压力作用下，以反重力的方向，从下至上装入体爆轰战斗部壳体，凝胶化固液相混合燃料由压力气垫驱动，气垫具有缓冲功能，使得燃料装填过程平稳，气垫的压力由缓冲层提供，缓冲层使得施加压力的过程更加平稳，避免了燃料流动装填过程产生脉冲流动，由于凝胶化固液相混合燃料从下端加入，上端始终保持平面，避免了堆积，以及后续的崩塌，燃料从下端流入体爆轰战斗部壳体，体爆轰战斗部壳体内部的空气从上排出，避免了空气和凝胶化固液相混合燃料对流运动形成的气泡，凝胶化固液相混合燃料装满体爆轰战斗部内腔，战斗部爆炸威力得以保证。凝胶化固液相混合燃料中没有氧气，避免燃料燃烧的风险，保证了战斗部的安全性。

附图说明

图1是一种气垫驱动下的流体反重力流动装置的结构示意图。1、体爆轰战斗部，2、压力容器，3、缓冲层，4、螺纹推杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是本发明不局限于以下具体实施例，凡在本发明技术方案基础上进行的同等变换均在本发明的保护范围内。

实施例1：

如图1所示，本实施例给出一种气垫驱动下的流体反重力流动装置。包括体爆轰战斗部1，其特征在于，还包括压力容器2、缓冲层3、螺纹推杆4；

体爆轰战斗部1的形状为第一空腔圆柱体，体爆轰战斗部1的第一空腔圆柱体为回转体，体爆轰战斗部1的第一空腔圆柱体从上至下由第一上端圆板、第一圆筒体、第一下端圆板组成，体爆轰战斗部1的第一上端圆板中心带有第一上端圆孔，体爆轰战斗部1的第一下端圆板中心带有第一下端圆孔；

体爆轰战斗部1为体爆轰战斗部的壳体，体爆轰战斗部1的内腔中装填凝胶化固液相混合燃料，体爆轰战斗部轴向高度1.6～1.7米，装填的凝胶化固液相混合燃料质量为1.4～1.5吨，装填的凝胶化固液相混合燃料密度为1.15～1.18g/cm³，凝胶化固液相混合燃料与空气对流运动或在装填燃料口下方堆积后倒塌会引入气泡，本发明用于实现凝胶化固液相混合燃料的装填过程与空气无对流运动且不会产生堆积；

压力容器2的形状为第二空腔圆柱体，压力容器2的第二空腔圆柱体为回转体，压力容器2的第二空腔圆柱体从上至下由第二上端圆板，第二圆筒体，第二下端圆板组成，压力容器2的第二上端圆板中心带有第二内螺纹孔，压力容器2的第二圆筒体右侧下端连接有第二导管，压力容器2的内腔下半部分装有凝胶化固液相混合燃料；

压力容器2的回转体轴线与体爆轰战斗部1的回转体轴线平行，压力容器2位于体爆轰战斗部1左侧，压力容器2的第二导管上挨着第二圆筒体处带有第二开关，压力容器2的第二导管的另一端与体爆轰战斗部1的第一下端圆孔连接；

缓冲层3为回转体，缓冲层3从上至下由第三上端圆柱体、第三弹簧、第三下端圆柱体组成，第三上端圆柱体和第三下端圆柱体形状相同且同轴，第三弹簧上端与第三上端圆柱体下端连接，第三弹簧下端与第三上端圆柱体上端连接，第三弹簧由外向内分共三层，每层第三弹簧均沿着缓冲层3的回转体轴线周向均匀分布，最内一层第三弹簧有八个，中间一层第三弹簧有十二个，最外一层第三弹簧有十六个；

缓冲层3的回转体轴线与压力容器2的回转体轴线重合，缓冲层3位于压力容器2内腔上半部分，缓冲层3的第三下端圆柱体外侧面与压力容器2的第二圆筒体内侧面具有可移动的密封配合接触，缓冲层3的第三下端圆柱体下端面与压力容器2内腔中的凝胶化固液相混合燃料上端液面具有一定距离；

螺纹推杆4的形状为第四圆柱体，螺纹推杆4的第四圆柱体为回转体，螺纹推杆4的第四圆柱体下端面带有第四半圆球凸台，螺纹推杆4的第四圆柱体的外侧面带有第四外螺纹；

螺纹推杆4的回转体轴线与压力容器2的回转体轴线重合，螺纹推杆4位于缓冲层3的上端，螺纹推杆4的第四外螺纹与压力容器2的第二内螺纹孔螺旋配合接触，螺纹推杆4的第四半圆球凸台与缓冲层3的第三上端圆柱体上端面接触；

本发明的使用方法及工作原理为：

所述一种气垫驱动下的流体反重力流动装置，其使用方法包括以下步骤：

步骤1：在压力容器2中将凝胶化固液相混合燃料搅拌均匀；

步骤2：将缓冲层3与压力容器2装配；

步骤3：将螺纹推杆4与压力容器2装配；

步骤4：将体爆轰战斗部1与压力容器2装配；

步骤5：打开第二开关，顺时针旋转螺纹推杆4，使螺纹推杆4向下运动，螺纹推杆4驱动缓冲层3的第三上端圆柱体向下运动，缓冲层3的第三上端圆柱体压缩第三弹簧，第三弹簧产生轴向压力，第三弹簧驱动缓冲层3的第三下端圆柱体向下运动，缓冲层3的第三下端圆柱体压缩与凝胶化固液相混合燃料上端液面之间的空气，空气被压缩后，空气压力增大形成高压气垫，高压气垫压缩凝胶化固液相混合燃料，使凝胶化固液相混合燃料通过第二导管从下端进入体爆轰战斗部1的内腔，凝胶化固液相混合燃料在体爆轰战斗部1的内腔中以反重力的方向从下向上装入，体爆轰战斗部1的内腔中的空气从体爆轰战斗部1的第一上端圆孔中排出，直至体爆轰战斗部1内腔中的凝胶化固液相混合燃料装满，关闭第二开关，整个装填过程中，凝胶化固液相混合燃料与空气无对流运动且不会产生堆积；

步骤6：将体爆轰战斗部1的第一上端圆孔和第一下端圆孔堵住并密封，将压力容器2的第二导管从体爆轰战斗部1下端拆除，至此，体爆轰战斗部1内腔的凝胶化固液相混合燃料装填完成。

本发明的工作原理如下：

凝胶化固液相混合燃料粘度较大，一旦内部有气泡，很难排出，对后续使用造成影响。而原方案中凝胶化固液相混合燃料从上端装入壳体，一方面和空气对流运动，另一方面燃料在壳体内腔堆积一定高度后倒塌，这两个因素均会将空气带入燃料。本发明的创新之处在于将固液相混合燃料从下至上装入壳体，如此，燃料不会与空气有对流运动，而燃料从下端装入，不会产生堆积，因此，避免了形成气泡的两个因素，因此，不会导入气泡。而燃料以反重力的方向从下至上流动，必须提供运动的驱动力。该驱动力由压缩气体形成的气垫提供。一方面压缩气体形成气垫的压力可以控制。另一方面气垫本身有缓冲作用，驱动燃料运动的速度比较平稳，不会产生较大的速度差，燃料流动平稳，这些都是避免形成气泡的因素。最终，燃料装满壳体，内部的气泡的量降到最低，满足使用要求。

缓冲层3的第三下端圆柱体的下端面与压力容器2内腔中的凝胶化固液相混合燃料上端液面的初始距离太小时，该空间的空气被压缩很小的距离，便会产生很大的压力，压力上升太快，容易产生燃料流动的速度波动太快，容易形成脉冲，引入气泡。缓冲层3的第三下端圆柱体的下端面与压力容器2内腔中的凝胶化固液相混合燃料上端液面的初始距离太大时，每增加一点空气的压力，需要缓冲层3移动很大的距离，由于壳体内腔最终需要装满固液相混合燃料，燃料装的越多，需要的空气压力越大，如果空气量太大，压缩空气需要移动的尺寸太大，造成整个系统尺寸太大，造成额外的经济压力，和人员工作的时间增加，工作量增加，不符合精益化的科研设计。通过大量实验发现，缓冲层3的第三下端圆柱体的下端面与压力容器2内腔中的凝胶化固液相混合燃料上端液面的初始距离为230～260mm时，上述问题均可以避免，上述功能均得以实现，满足使用要求。

本实施例中，缓冲层3的第三下端圆柱体的下端面与压力容器2内腔中的凝胶化固液相混合燃料上端液面的初始距离为230mm；

每个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数均相同。单个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数太大时，单个第三弹簧单位压缩变形产生的压缩力太大，由于本发明是靠单个缓冲层3的压缩变形进行缓冲，从而使得固液相混合燃料受的力是逐渐增加的，进而使得固液相混合燃料的流动是缓慢的，而不是脉冲式的。如果第三弹簧很小的变形就产生很大的力，则其缓冲效果变差，无法达到设计要求。单个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数太小时，产生需要的弹簧力，弹簧的变形量太大，造成弹簧的尺寸太大，本发明的系统尺寸增加，工人工作量增加，工作时间增加，不符合精益化设计。通过大量实验发现，单个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数为11～16n/cm时，上述问题均可以避免，上述功能均得以实现，满足使用要求。

本实施例中，单个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数为11n/cm；

压力容器2的第二导管的内径太小时，固液相混合燃料粘度较大，容易在第二导管中堵住，导致装药失败。压力容器2的第二导管的内径太大时，在相同的压力下，导管的直径越大，燃料流速越大，导管的直径越小，燃料流速越小，如果导管直径太大，燃料流速太大，燃料在壳体内腔中虽然从下向上流动，若速度太快，从燃料上端液面中冲出，则燃料的流动将会引入气泡。通过大量实验发现，压力容器2的第二导管的内径为2.3～2.7cm时，上述问题均可以避免，上述功能均得以实现，满足使用要求。

本实施例中，压力容器2的第二导管的内径为2.3cm；

加工十个相同的体爆轰战斗部壳体，其中五个采用原来的方法装填固液相混合燃料，装完后，进行ct扫描，发现五发壳体中固液相混合燃料中的气泡直径尺寸均超过1cm，该尺寸的气泡已对体爆轰战斗部后续使用产生影响；另外五个采用本方案装填固液相混合燃料，装完后，进行ct扫描，发现这五发壳体中固液相混合燃料中的气泡最大直径均不超过0.08cm，该尺寸的气泡不会对体爆轰战斗部后续使用产生影响，证明本发明有效。

本发明的一种气垫驱动下的流体反重力流动装置，带来的技术效果体现为：

本发明适用的战斗部轴向高度1.6～1.7米，装填的凝胶化固液相混合燃料质量为1.4～1.5吨，装填的凝胶化固液相混合燃料密度为1.15～1.18g/cm³，本发明将凝胶化固液相混合燃料放入压力容器中，压力容器通过导管与体爆轰战斗部壳体下端连通，凝胶化固液相混合燃料在压力作用下，以反重力的方向，从下至上装入体爆轰战斗部壳体，凝胶化固液相混合燃料由压力气垫驱动，气垫具有缓冲功能，使得燃料装填过程平稳，气垫的压力由缓冲层提供，缓冲层使得施加压力的过程更加平稳，避免了燃料流动装填过程产生脉冲流动，由于凝胶化固液相混合燃料从下端加入，上端始终保持平面，避免了堆积，以及后续的崩塌，燃料从下端流入体爆轰战斗部壳体，体爆轰战斗部壳体内部的空气从上排出，避免了空气和凝胶化固液相混合燃料对流运动形成的气泡，凝胶化固液相混合燃料装满体爆轰战斗部内腔，战斗部爆炸威力得以保证。凝胶化固液相混合燃料中没有氧气，避免燃料燃烧的风险，保证了战斗部的安全性。

实施例2：

实施例2与实施例1的区别在于：

本实施例中，缓冲层3的第三下端圆柱体的下端面与压力容器2内腔中的凝胶化固液相混合燃料上端液面的初始距离为260mm；

本实施例中，单个缓冲层3的第三弹簧的劲度系数为16n/cm；

本实施例中，压力容器2的第二导管的内径为2.7cm；

加工十个相同的体爆轰战斗部壳体，其中五个采用原来的方法装填固液相混合燃料，装完后，进行ct扫描，发现五发壳体中固液相混合燃料中的气泡直径尺寸均超过1cm，该尺寸的气泡已对体爆轰战斗部后续使用产生影响；另外五个采用本方案装填固液相混合燃料，装完后，进行ct扫描，发现这五发壳体中固液相混合燃料中的气泡最大直径均不超过0.08cm，该尺寸的气泡不会对体爆轰战斗部后续使用产生影响，证明本发明有效。

本发明的一种气垫驱动下的流体反重力流动装置，带来的技术效果体现为：

本发明适用的战斗部轴向高度1.6～1.7米，装填的凝胶化固液相混合燃料质量为1.4～1.5吨，装填的凝胶化固液相混合燃料密度为1.15～1.18g/cm³，本发明将凝胶化固液相混合燃料放入压力容器中，压力容器通过导管与体爆轰战斗部壳体下端连通，凝胶化固液相混合燃料在压力作用下，以反重力的方向，从下至上装入体爆轰战斗部壳体，凝胶化固液相混合燃料由压力气垫驱动，气垫具有缓冲功能，使得燃料装填过程平稳，气垫的压力由缓冲层提供，缓冲层使得施加压力的过程更加平稳，避免了燃料流动装填过程产生脉冲流动，由于凝胶化固液相混合燃料从下端加入，上端始终保持平面，避免了堆积，以及后续的崩塌，燃料从下端流入体爆轰战斗部壳体，体爆轰战斗部壳体内部的空气从上排出，避免了空气和凝胶化固液相混合燃料对流运动形成的气泡，凝胶化固液相混合燃料装满体爆轰战斗部内腔，战斗部爆炸威力得以保证。凝胶化固液相混合燃料中没有氧气，避免燃料燃烧的风险，保证了战斗部的安全性。