一种基于高压轻气炮发射的垂直入水实验装置的制作方法

本发明涉及一种基于高压轻气炮发射的垂直入水实验装置，属于入水超空泡实验技术领域。

背景技术：

轻气炮是一种性能良好的高压动力装置，可以发射不同形状、材质的弹体，可以满足高速实验的要求，因而在入水超空泡实验中具有重要地位。

具有特殊外形的弹体，在高速发射入水后，会引起弹体表面附件流场压力的迅速降低，表面附件的水会汽化，形成空泡，当射速足够大时，形成完全包裹弹体的空泡，我们称之为超空泡。轻气炮装置常应用于高速、超高速发射实验中。

轻气炮装置利用高压气体作为动力，经过一系列的气体导管，将高压气体通入发射管中，可以发射不同形状、材质的弹体，使弹体高速发射，可以满足高速实验的要求。

传统的多通道式发射系统多通过一次性注入高压气体将弹体加速发射，由于其注入高压气体流量不易控制，而且相对于弹体高压气体流量具有不均匀性会对弹体产生干扰，造成弹体在发射筒内振动的影响，弹体加速发射之后，高压气体也会经由发射出口排出，高压气体的速度有可能是高于加速后的弹体的，并且由于出口处的扩张，高压气体会呈辐射状到达入水区域水面，使包括弹体入水区域的较大面积的水面产生波动，在进行平静水面入水超空泡实验时造成不利影响。一般实验用弹体的尺寸是不适合直接在发射管中发射的，因此多使用与发射管相匹配的弹托，弹体与弹托的分离问题，也会对实验造成干扰。

技术实现要素：

本发明是为了解决高压轻气炮发射的垂直入水实验，当对发射筒注入高压气体时，气体流量不易控制，对弹体影响的不均匀性会导致弹体会发生振动，造成实验设备稳定性及损坏的问题；同时出口处高压气体有可能会对入水自由表面造成影响，对实验结果造成干扰的问题；弹体射出时的弹体与弹托分离问题。

本发明采用的技术方案是：一种基于高压轻气炮发射的垂直入水实验装置，它包括储气罐、连接管和由支撑架支撑的发射装置，所述连接管采用一号连接管、二号连接管、弯头、三号连接管、四号连接管、气动法兰球阀、转接管和软式连接管依次连接，所述发射装置包括气室、 缓冲机构、减震机构、发射筒和炮口缓冲器，所述支撑架通过横梁固定在实验平台上，与发射筒固定连接的减震机构设置在支撑架的桁架式支座上；所述发射筒内装有弹托和弹体，缓冲机构、气室与发射筒刚性连接，发射筒在嵌入气室的部分开有两圈进气的通孔，发射筒的下部设有两圈排气的通孔，端部设有炮口缓冲器；所述连接管一端的一号连接管连接储气罐，另一端的软式连接管连接气室，在四号连接管上设有压力传感器；在进行实验时，首先打开气动法兰球阀，储气罐中的高压气体进入气室，部分进入缓冲机构中形成的低压气体，推动弹托中的弹体下行逐步打开两圈进气的通孔，气室中的高压气体进入发射筒，高速推动弹托和弹体下行，当打开两圈排气的通孔排气时，发射筒端部的炮口缓冲器把弹托挡在发射筒内，仅把弹体发射出去。

所述通孔的数量为12个，分两层环形均布于发射筒嵌入气室部分的筒壁上；通孔的面积总和大于发射筒的横截面面积。

所述发射筒的出口端同样分两层环形均布有12个通孔，通孔的面积总和大于发射筒的横截面面积。

本发明具有以下优点如下：

一、通过对高压气体流入发射筒进行流量控制，实现了弹体稳定安全高速发射的过程，避免了弹体在发射筒内产生振动等影响；

二、采用了提前将高压气体排出的方式，可以有效防止轻气炮出口排出高压气体，对要求平静水面的入水超空泡实验造成干扰；

三、发射筒末端装有炮口缓冲器能够及时将弹体和弹托分离开，避免弹托进入实验水域，对实验造成干扰；

四、设置了缓冲机构和减震机构，能够弱化弹体发射过程中产生的振动，避免了实验机构受到损伤；

五、采用软式连接管连接发射机构和气体传输机构，以免发射机构的振动影响到气体传输机构，从而对后者造成破坏；

六、采用了气动法兰球阀作为控制高压气体通断的开关，具有较高的可靠性、可操作性、安全性。

附图说明

图1是一种基于高压轻气炮发射的垂直入水实验装置的结构图。

图2是图1中的A放大图。

图3是弹体在发射管中运动过程的示意图。

图4是低压气体推动弹体运动示意图。

图5是弹体发射过程中高压气体流入发射筒内的示意图。

图6是弹体和弹托运动至轻气炮发射管出口端时，高压气体排出的示意图。

图中：1、储气罐，2、一号连接管，3、二号连接管，4、弯头，5、四号连接管，5a、压力传感器，6、三号连接管，7、气动法兰球阀，8、转接管，9、软式连接管，10、气室，11、缓冲机构，12、通孔，13、减震机构，14、发射筒，15、支撑架，16、弹体，17、通孔，18、炮口缓冲器，19、横梁，20、弹托。

具体实施方式

图1、2示出了一种基于高压轻气炮发射的垂直入水实验装置的结构图。图中，这种基于高压轻气炮发射的垂直入水实验装置包括储气罐1、连接管和由支撑架15支撑的发射装置。连接管采用一号连接管2、二号连接管3、弯头4、三号连接管6、四号连接管5、气动法兰球阀7、转接管8和软式连接管9依次连接。发射装置包括气室10、 缓冲机构11、减震机构13、发射筒14和炮口缓冲器18。支撑架15通过横梁19固定在实验平台上，与发射筒14固定连接的减震机构13设置在支撑架15的桁架式支座上。发射筒14内装有弹托20和弹体16，缓冲机构11、气室10与发射筒14刚性连接，发射筒14在嵌入气室10的部分开有两圈进气的通孔12，发射筒14的下部设有两圈排气的通孔17，端部设有炮口缓冲器18。连接管一端的一号连接管2连接储气罐1，另一端的软式连接管9连接气室10，在四号连接管5上设有压力传感器5a。在进行实验时，首先打开气动法兰球阀7，储气罐1中的高压气体进入气室10，部分进入缓冲机构11中形成的低压气体，推动弹托20中的弹体16下行逐步打开两圈进气的通孔12，气室10中的高压气体进入发射筒14，高速推动弹托20和弹体16下行，当打开两圈排气的通孔17排气时，发射筒14端部的炮口缓冲器18把弹托20挡在发射筒14内，仅把弹体16发射出去。

实验开始前向储气罐1中通入压缩空气，此时气动法兰球阀7关闭，可以通过安装在开孔连接管上的压力传感器5a得到气压值反馈。打开气动法兰球阀7就可以向发射筒14提供高压气体。

图3、4、5、6示出了整个实验过程，首先会在发射筒14内通入低压气体使弹体16和弹托20运动（如图4所示）。当弹体16和弹托20运动至通孔12时（如图5所示），高压气体随之进入，推动弹体16和弹托20做加速运动。当高压气体推动弹体16和弹托20时，会对实验机构产生一个反作用力，因此使用了缓冲机构11，可以抵消一部分后坐力，以免实验机构发生振幅较大的振动。同时使用了减震机构13，进一步减弱整体的振动。随着弹体16和弹托20进一步加速运动，发射筒14与气室6连接的通孔开放数量增加，气体的流动通道更多，高压气体进一步进入发射筒14内，弹体16和弹托20高速运动；当弹体16和弹托20运动至通孔17的第一圈气孔时（如图6所示），由于管外为常压状态，高压气体就会从气孔向外排出，弹体16和弹托20进一步运动至第二圈气孔时，气体的流动通道更多，剩余的高压气体几乎可以完全排出，发射管14出口端固定有一个炮口缓冲器18，能够将弹托20和弹体16分离，两者运动到该位置时，弹托20留在发射管内，弹体16高速发射。

矩形的通孔12需要均匀分布，避免因两侧气体流向不一致造成轻气炮发射筒14的振动，通孔12数量为12个，通孔12的总面积大于发射筒14的横截面面积。通孔17需要均匀分布，目的为提前将高压气体排出，避免高压气体冲击睡眠对实验结果造成影响，通孔17数量为12个，通孔17的总面积大于发射筒17的横截面面积。

在弹托20上安装上下两个橡胶密封圈，并选取合适的尺寸，可以取得很好的密封效果，并可以使弹体16和弹托20依靠静摩擦力保持在初始位置。

缓冲机构11能够起到抵消轻气炮发射时的后坐力的作用，防止装置产生大的振动，减震机构13能够进一步减弱结构的振动，防止结构受到破坏。