一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置及工作方法与流程

本发明涉及武器技术领域，具体涉及一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置，还涉及一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置的工作方法。

背景技术：

目前的主流炮(枪)等发射装置几乎都是依赖弹壳内装药的爆炸力将弹头射出，炮(枪)弹的结构几乎相同，有弹头、弹壳、装药和引信帽等部分组成。

由于炮(枪)弹有弹壳，使炮(枪)弹的体积和重量比弹头大得多，不仅成本高、而且携带和运输很不方便，同时在储运时也存在很多风险，弹壳报废也是一笔不小的开支。为了解决炮(枪)弹的弹壳和装药存在的诸多问题，出现了一些新式的炮(枪)，比如电磁炮(枪)和燃气炮(枪)，这些炮(枪)的炮(枪)弹不需要弹壳、装药和引信帽。

虽然电磁炮(枪)和燃气炮(枪)并不是单纯为了解决炮(枪)弹弹壳的问题，它们还有其他的优点。比如电磁炮的射程很远、精度很高，但这两种炮(枪)弹都不需要弹壳，电磁炮(枪)利用电磁力来驱动发射弹头，而燃气炮(枪)利用燃气在炮(枪)膛内直接燃烧来推动弹头。

电磁炮(枪)和燃气炮(枪)虽然不需要弹壳、装药和引信帽，但是目前还不成熟，存在很多问题。

电磁炮的供电是最大的难题，每一次射击(发射)都需要消耗很多电能，同时也需要复杂的设备来提供强大的脉冲电流，仅依靠电池很难满足野外作战的需要。因此，目前电磁炮主要是在大型军舰上实验，因为大型军舰可以提供足够的电能，并有条件安装大型的脉冲电源。当然也可以部署在陆地，但基地要有足够的电能。但目前电磁炮还不适合机动部署和实验，主要是充电电源在野外无法解决。

电磁枪目前也处在实验阶段，主要的问题也是供电，其次是重量问题。因为要想子弹射得远，耗电就高，为了满足电能的需要，必须携带大容量电池和脉冲电源，从而增加了电磁枪的重力，同时也存在野外难以充电的问题。

燃气枪目前在国外主要用于玩具枪，比如打bb弹；在国内主要用于射钉枪，比如瓦斯射钉枪；燃气枪之所以不能用于军事，主要是由于可燃气体在枪膛内燃烧所释放的能量有限，不足以把子弹射得很远，要想增加枪膛内燃气燃烧释放的能量，就需要增加燃气的气量和气压，而增加气量和气压又不能无限地扩大枪膛；目前还无法解决增加气压带来的成本问题和技术难题，比如，燃气压过大时，会把弹头在燃气燃烧前直接推出枪膛，所以，燃气枪也一直无法成熟。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置，以解决现有技术中炮(枪)弹的弹壳、装药和引信帽带来的成本问题、携带运输问题和储运风险等问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置，包括发射本体，所述发射本体内设置有相互连接的发射膛段和电磁驱动段，所述电磁驱动段的后端与所述发射膛段的前端连接且二者的内部空腔相互连通，所述发射膛段的后侧设置有燃气罐、氧气罐、混合器、输气管、进气阀、排气口和排气阀，所述燃气罐和所述氧气罐分别通过管道与所述混合器连接，所述混合器通过所述输气管与所述发射膛段的内部空腔连通，所述输气管上设置有所述进气阀，所述排气口设置在所述发射膛段的后端侧壁上，所述排气口内设置有所述排气阀，所述电磁驱动段的外侧壁缠绕有电磁线圈。

进一步地，还包括膛线段，所述电磁驱动段的前端与所述膛线段连接，所述膛线段的内部空腔与所述电磁驱动段的内部空腔连通。

进一步地，所述膛线段的内部空腔的内侧壁上设置有螺旋分布的螺旋膛线。

进一步地，还包括蓄电池，所述发射本体的中部下方设置有所述蓄电池，所述蓄电池的壳体下方设置有所述扳机，所述蓄电池、所述电磁线圈、所述进气阀以及所述排气阀电连接。

进一步地，还包括扳机，所述扳机的上端弹性连接在所述发射本体的壳体上，所述扳机与所述蓄电池电连接。

进一步地，还包括装弹机构，所述装弹机构设置在所述电磁驱动段的前端侧壁下方，所述装弹机构用于弹头的装填。

进一步地，还包括火花塞，所述火花塞设置在所述发射膛段的内部空腔的后端，所述火花塞位于所述排气口的前下方。

进一步地，还包括第一触发触点，所述第一触发触点设置在所述电磁驱动段的前端，当弹头装入所述电磁驱动段时，所述第一触发触点闭合，所述电磁线圈接通脉动电流，所述电磁线圈内产生的磁场方向朝向所述发射膛段的一侧。

进一步地，还包括第二触发触点，所述第二触发触点设置在所述发射膛段的后端，当弹头将所述发射膛段内的废气排放完成时，所述第二触发触点闭合，所述进气阀打开，所述电磁线圈接通恒定直流电流直至弹头再次接触所述第一触发触点，此时，所述电磁线圈接通高于排气时的脉冲电流，从而实现弹头向后挤压可燃混合气体。

根据本发明的第二方面，一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤s100、排气过程：当弹头被推入至电磁驱动段的前端时，同时触发电磁驱动段外缠绕的电磁线圈接通脉冲电流，电磁线圈内增强的磁场推动弹头沿电磁驱动段朝向后方的发射膛段运动，挤压上一次燃烧产生的废气，此时，排气阀开启，废气从排气口排出；

步骤s200、充气过程：排气完成时，弹头处于发射膛段的后端，此时触发进气阀开启，燃气罐内的燃气和氧气罐内的氧气在混合器内混合，并经由输气管进入至弹头后方的发射膛段内，气压推动弹头向前运动，此时，电磁线圈接通恒定直流电流，电磁线圈内的磁场产生弹头向前运动的阻力，从而减速；

步骤s300、压缩过程：当弹头运动至电磁驱动段的前端时，弹头向前的速度为零，此时，电磁线圈接通高于排气过程的瞬时脉冲电流，弹头再次向后高速运动，从而对发射膛段内的燃气和氧气的混合气体进行压缩；

步骤s400、射击过程；当弹头移动至发射膛段的后端极限位置时，压缩过程完毕，发射膛段内压缩的混合气体被点燃，弹头在混合气体燃烧爆炸的推力下向前射出。

本发明具有如下优点：

1、通过本发明的一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置，采用了无弹壳设计，解决了传统发射装置中的弹药存在弹壳带来的成本高的问题、携带问题以及储运风险问题；

2、采用了燃气爆炸、电磁驱动以及活塞运动的组合方式，实现了燃气发射装置、电磁发射装置均无法实现的效果；

3、采用燃气燃爆的方式，解决了目前电磁炮(枪)存在的供电要求苛刻的问题，只需要较少的电力来驱动弹头在发射膛炮(枪)膛内做活塞运动即可；

4、利用电磁力驱动炮(枪)弹头对燃气进行压缩，解决了现有的燃气炮(枪)的气量不足，燃爆能量不足的问题；

5、利用电磁力驱动炮(枪)弹在炮(枪)膛内做往复活塞运动，完成炮膛内的燃烧过的废气排出、可燃气体的充入、压缩可燃气体，就像内燃机的四个冲程一样，利用电磁力驱动弹头完成排气、充气、压缩、燃爆的过程；

6、炮(枪)膛内压缩的可燃气体用电火花点燃完成燃爆发射，或者直接利用电磁力驱动炮(枪)弹压燃压燃可燃气体完成弹头的发射。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明一些实施例提供的一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置的剖面图。

图2为本发明一些实施例提供的一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置的工作方法示意图。

图3为本发明一些实施例提供的一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置的电流波形图。

图4为本发明一些实施例提供的一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置的电流波形图。

图5为本发明一些实施例提供的一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置的电流波形图。

图中：1、发射膛段，2、电磁驱动段，3、膛线段，4、燃气罐，5、氧气罐，6、混合器，7、输气管，8、排气口，9、排气阀，10、火花塞，11、蓄电池，12、扳机，13、装弹机构，14、螺旋膛线，15、电磁线圈。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，本发明第一方面实施例中的一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置，包括发射本体，发射本体内设置有相互连接的发射膛段1和电磁驱动段2，电磁驱动段2的后端与发射膛段1的前端连接且二者的内部空腔相互连通，发射膛段1的后侧设置有燃气罐4、氧气罐5、混合器6、输气管7、进气阀、排气口8和排气阀9，燃气罐4和氧气罐5分别通过管道与混合器6连接，混合器6通过输气管7与发射膛段1的内部空腔连通，输气管7上设置有进气阀，排气口8设置在发射膛段1的后端侧壁上，排气口8内设置有排气阀9，电磁驱动段2的外侧壁缠绕有电磁线圈15。

在上述实施例中，需要说明的是，燃气炮(枪)：通过可燃气体在发射装置膛内燃爆发射炮(枪)弹的发射装置；无弹壳：炮(枪)弹只有弹头部分，无需弹壳、装药及引信帽等装置；电磁活塞：弹头在电磁力的作用下，炮(枪)弹就像活塞一样，在枪膛里前后往复运动，进行排废气、充入可燃气体、压缩可燃气等动作。

上述实施例达到的技术效果为：通过本实施例的一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置，采用了无弹壳设计，解决了传统发射装置中的弹药存在弹壳带来的成本高的问题、携带问题以及储运风险问题；采用了燃气爆炸、电磁驱动以及活塞运动的组合方式，实现了燃气发射装置、电磁发射装置均无法实现的效果；采用燃气燃爆的方式，解决了目前电磁炮(枪)存在的供电要求苛刻的问题，只需要较少的电力来驱动弹头在发射膛炮(枪)膛内做活塞运动即可；利用电磁力驱动炮(枪)弹头对燃气进行压缩，解决了现有的燃气炮(枪)的气量不足，燃爆能量不足的问题；利用电磁力驱动炮(枪)弹在炮(枪)膛内做往复活塞运动，完成炮膛内的燃烧过的废气排出、可燃气体的充入、压缩可燃气体，就像内燃机的四个冲程一样，利用电磁力驱动弹头完成排气、充气、压缩、燃爆的过程；炮(枪)膛内压缩的可燃气体用电火花点燃完成燃爆发射，或者直接利用电磁力驱动炮(枪)弹压燃压燃可燃气体完成发射。

可选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，还包括膛线段3，电磁驱动段2的前端与膛线段3连接，膛线段3的内部空腔与电磁驱动段2的内部空腔连通。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，发射膛段1、电磁驱动段2以及膛线段3内的空腔内径相等，弹头的外径与发射膛段1核电磁驱动段2的内径相同，弹头可在发射膛段1和电磁驱动段2内做活塞运动。

上述可选的实施例的有益效果为：通过设置膛线段3，实现了对发射的弹头的螺旋转向。

可选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，膛线段3的内部空腔的内侧壁上设置有螺旋分布的螺旋膛线14。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，螺旋膛线14为绕膛线段3内的螺旋形导向凸起。

上述可选的实施例的有益效果为：膛线段3的炮(枪)膛内部有螺旋膛线14，目的是给炮(枪)弹提供旋转力，高速旋转的炮(枪)弹飞行的轨迹会更加稳定。

可选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，还包括蓄电池11，发射本体的中部下方设置有蓄电池11，蓄电池11的壳体下方设置有扳机12，蓄电池11、电磁线圈15、进气阀以及排气阀9电连接。

上述可选的实施例的有益效果为：通过设置蓄电池11，提高了整个装置的续航使用能力。

可选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，还包括扳机12，扳机12的上端弹性连接在发射本体的壳体上，扳机12与蓄电池11电连接。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，发射时，扣动扳机，弹头在装弹机构的作用下进入至电磁驱动段2内。

上述可选的实施例的有益效果为：通过设置扳机12，实现了对弹头的精准控制。

可选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，还包括装弹机构13，装弹机构13设置在电磁驱动段2的前端侧壁下方，装弹机构13用于弹头的装填。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，装弹机构13与电磁驱动段2之间的连接处设置有卡块机构，当按压扳机时，卡块松开，弹头在弹簧力的推动下进入至电磁驱动段2内。

上述可选的实施例的有益效果为：通过设置装弹机构13，实现了对弹头的储备以及向电磁驱动段2内输送弹头。

可选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，还包括火花塞10，火花塞10设置在发射膛段1的内部空腔的后端，火花塞10位于排气口8的前下方。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，如需火花塞10点燃，火花塞10安装在发射膛段1的后部；如果采用压燃方式则不需要火花塞10；燃烧后的废气的排气阀9和新燃气的进气口也部署在此段。

上述可选的实施例的有益效果为：通过设置火花塞10，保证了点火效果。

可选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，还包括第一触发触点，第一触发触点设置在电磁驱动段2的前端，当弹头装入电磁驱动段2时，第一触发触点闭合，电磁线圈15接通脉动电流，电磁线圈15内产生的磁场方向朝向发射膛段1的一侧。

可选的，如图1至图5所示，在一些实施例中，还包括第二触发触点，第二触发触点设置在发射膛段1的后端，当弹头将发射膛段1内的废气排放完成时，第二触发触点闭合，进气阀打开，电磁线圈15接通恒定直流电流直至弹头再次接触第一触发触点，此时，电磁线圈15接通高于排气时的脉冲电流，从而实现弹头向后挤压可燃混合气体。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，第一触发触点和第二触发触点均为位置限定的开关机构。

上述可选的实施例的有益效果为：通过设置第一触发触点和第二触发触点，能有效的在预设位置触动控制电路改变电磁线圈15的工作状态。

如图1至图5所示，本发明第一方面实施例中的一种电磁活塞式无弹壳燃气发射装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤s100、排气过程(将上一次射击残留在发射本体内的残余废气排出)：当弹头被推入至电磁驱动段2的前端时，同时触发电磁驱动段2外缠绕的电磁线圈15接通瞬时加强的脉冲电流，电磁线圈15内产生向后的快速加强的瞬时磁场，电磁线圈15内增强的磁场推动弹头沿电磁驱动段2朝向后方的发射膛段1运动(依据是楞次定律)，挤压上一次燃烧产生的废气，此时，控制开关已经利用电磁力或者燃气力将枪膛的排气阀9开启，废气从排气口8排出；

步骤s200、充气过程：排气完成时，弹头处于发射膛段1的后端，此时触发进气阀开启，燃气罐4内的燃气和氧气罐5内的氧气在混合器6内混合，并经由输气管7进入至弹头后方的发射膛段1内，气压推动弹头向前运动，此时，触发控制电路改变炮(枪)膛外的电磁线圈15的电流改变，由渐强的脉冲电流切换成恒定的直流电流，通过电磁线圈15接通恒定直流电流，电磁线圈15内的磁场产生弹头向前运动的阻力，从而减速，此时线圈内电流如图4所示，弹头后面的可燃气体还在继续充入，气压会随着弹头的减速而增加，完成充气过程；

步骤s300、压缩过程：当弹头运动至电磁驱动段2的前端时，弹头向前的速度为零，会触发控制电路再次切换电磁线圈15的供电，此时，电磁线圈15的供电由恒定电流切换成比排气过程更高的瞬时脉冲电流，电磁驱动段2内的磁场的方向依然向后，弹头再次向后高速猛烈运动，从而对发射膛段1内的燃气和氧气的混合气体进行压缩，此时的脉冲电流要大于排气时的脉冲电流，才可以实现对可燃气体的压缩，具体的波形对比如图5所示；

步骤s400、射击过程；当弹头移动至发射膛段1的后端极限位置时，压缩过程完毕，发射膛段1内压缩的混合气体被点燃，弹头在混合气体燃烧爆炸的推力下向前射出。

在上述可选的实施例中，需要说明的是，步骤s100中排气过程的脉冲电流就是典型的lc放电电路的正弦波形周期的前四分之一，这种渐强的电流会在线圈内产生渐强的磁场，电流波形如图3所示；射击过程也可以采用压燃方式，即在压缩过程时直接把可燃气体压燃爆炸，但压燃要求压缩的电磁力足够大，对供电要求较高，如果在供电条件较好的地方部署的炮(枪)，可以采用压燃，毕竟压燃可以省去点火装置，增加可靠性；射击过程中，应触发控制电路将线圈断电。如果此时线圈不断电，会对向前射出的弹头形成阻力。

上述可选的实施例的有益效果为：本方案的关键是，炮(枪)膛内的炮(枪)弹在电磁力的作用下在炮(枪)膛内形成密封的活塞，炮(枪)膛内可以注入有一定压力的燃气，加大了燃爆的燃气量，从而增加了燃爆的能量。同时可以利用电磁力作用于炮(枪)弹对枪膛内的燃气压缩，从而增加燃爆效果，解决现有的燃气炮(枪)气量不足带来的燃爆能量不足的问题。关键是把电磁力、活塞运动和燃气炮(枪)相结合；由于驱动炮(枪)弹子炮(枪)膛内做往复运动需要的电磁力并不大，比起电磁炮(枪)发射炮(枪)弹所需的电磁力小得多，所以，本方案并不像电磁炮(枪)那样需要很多的电能，相比于电磁炮(枪)，降低了对供电的苛刻要求。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。