具有快速关闭功能的空气炮及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种具有快速关闭功能的空气炮及其使用方法，基于快速关闭气室、辅气室、高压膜片、破膜器、可调螺杆及活塞机构，活塞机构由活塞、活塞杆和密封塞连接而成，辅气室内通过活塞分隔成辅气室排气腔和辅气室阻尼腔，快速关闭气室设置有快速关闭气室气阀，辅气室排气腔设置有排气腔气阀，辅气室阻尼腔设置有阻尼腔气阀，高压气室设置有高压气室气阀，通过打开或关闭对应的阀门和实时向辅气室排气腔、高压气室和快速关闭气室中充气来控制开炮。本发明专利技术可以实现触发后高压气室与发射管之间的通道快速关闭，可缩短加载到试验件上的冲击波正压作用时间，通过调整快速关闭装置的参数，可在一定范围内调整冲击波正压的作用时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冲击波模拟加载试验
，具体涉及一种具有快速关闭功能的空气炮及其使用方法。
技术介绍
在国防和工业生产领域中，常常需要对试验对象进行冲击波模拟加载试验，如防爆建筑及结构的抗冲击试验，防护装置的冲击波载荷试验等。一般的爆炸冲击波加载方法，包括直接野外化爆和采用爆炸波模拟装置加载。野外化爆试验需要采用高能爆炸物，对试验场地、参试单位及人员具有较高的安全性要求，且试验重复性较差。近年来，越来越多的科研院所及高校开始采用爆炸波模拟装置实现冲击波的加载试验。爆炸波模拟装置是一种能够对工程结构、武器装备进行爆炸波加载试验的试验用装置，其驱动方式可以采用炸药驱动及高压气体驱动。考虑到炸药驱动的爆炸波模拟装置安全审批程序复杂，对系统安全性设计要求较高，在民用结构抗冲击、防护研究领域，采用高压气体驱动实现冲击波加载是一种很好的试验方法。采用高压气体驱动方式的爆炸波模拟装置，其实现原理、结构及触发机制与一级空气炮相同，一级空气炮装置由发射管、高压气室及释放机构(触发机构)组成，两者的区别在于：当用于爆炸波模拟时，爆炸波模拟装置的高压气室与发射管之间不装填弹丸。实验时，首先对高压气室充入气体，当气室内气压达到一定值后，通过释放机构快速连通高压气室与发射管，高压气体经过发射管后在指定试验区域加载到被试验件上，在试验件表面加载一定超压峰值和一定正压作用时间的冲击波，从而完成爆炸波加载试验。将一级空气炮结构用于爆炸波模拟，其优点在于原理成熟，结构相对简单，触发机制可控，试验重复度高。由于不涉及爆炸物操作，该类设备的试验安全性高，不需要爆炸物相关的安全审批手续，非常适合非军工单位进行工业及民用设备、设施的冲击波加载试验。尽管如此，将一级空气炮结构用于爆炸波模拟的技术在应用中仍然存在一个显著问题：基于空气炮技术的爆炸波模拟装置，可以通过调整高压气室的压力，实现冲击波超压峰值P的可控；但是装置结构一旦定型，试验中冲击波的正压作用时间t不可控，如图1所示为作用在试验件上的冲击波波形图。基于一级空气炮结构的爆炸波模拟装置，为使作用在试验件上的冲击波超压达到一定的峰值P，需要根据高压气室的容积V0及发射管的容积V1，按照气体状态方程确定高压气室的充气压力P0，气体状态方程为：其中γ为气体绝热系数。当空气炮结构一定时，为达到超压峰值P，可计算得到高压气室的压力P0。当空气炮制造和组装后，高压气室的体积V0固定，且高压气室内气体流出的口径固定，这就使得一定压力P0的高压气体通过发射管的时间确定，即冲击波正压作用时间t固定。对于常见的一级空气炮，未取得较大的冲击波超压峰值P，高压气室内的压力P0较大，导致高压气体内气体释放的时间即正压作用时间一般在秒量级。而常规炸药产生的正压作用时间一般在几十毫秒级，这使得基于一级空气炮结构的爆炸波模拟装置，难以用于模拟常规炸药爆炸产生的冲击波。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种具有快速关闭功能的空气炮及其使用方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种具有快速关闭功能的空气炮，包括快速关闭气室、辅气室、发射管及与所述发射管对接的高压气室，所述快速关闭气室、所述辅气室和所述高压气室依次连接；所述辅气室内通过活塞分隔成辅气室排气腔和辅气室阻尼腔，所述辅气室阻尼腔与所述发射管的进气口对接，所述辅气室阻尼腔与所述高压气室之间的室壁贯穿有一根活塞杆，所述活塞杆的尾端与所述活塞连接，所述活塞杆的前端设置有用于堵住或打开所述发射管的进气口的密封塞；所述快速关闭气室与所述辅气室排气腔之间通过气流口连通，所述快速关闭气室与所述辅气室排气腔之间的气流口设置有高压膜片，所述辅气室排气腔内设置有朝向所述高压膜片的破膜器，所述破膜器通过可调螺杆与所述活塞连接；所述快速关闭气室设置有快速关闭气室气阀，所述辅气室排气腔设置有排气腔气阀，所述辅气室阻尼腔设置有阻尼腔气阀，所述高压气室设置有高压气室气阀。优选地，所述快速关闭气室与所述辅气室之间、所述辅气室与所述高压气室之间、所述高压气室与所述发射管之间均通过法兰结构固定连接。根据具有上述结构的空气炮设备而得出的使用方法包括以下步骤：步骤1)：通过所述排气腔气阀向所述辅气室排气腔内充入气体，使得辅气室排气腔压力P2大于辅气室阻尼腔内气压P1，且：P2×S2>P1×S1(2)此时，活塞受气压向前放移动，直至密封塞压紧并堵住发射管的进气口，关闭了高压气室，S2为活塞与辅气室排气腔的接触面积，S1为活塞与辅气室阻尼腔的接触面积；步骤2)：通过高压气室气阀向高压气室内充入气体，使得高压气室内气压达到试验所需压力P0；步骤3)：通过快速关闭气室气阀向快速关闭气室内充入高压气体，使得快速关闭气室内气压达到P3，且P3小于所述高压膜片的爆破压力；步骤4)：通过排气腔气阀将辅气室排气腔内气体快速排出，使得排气腔内高压气体快速排出，排气腔内压力P2迅速下降为P2′，则活塞左右两侧压力差反相，且有P2′×S2<P1×S1(3)此时活塞迅速向后方移动，密封塞离开发射管的进气口，高压气室内气体立刻进入发射管，通过发射管加载到发射管前方的试验件上。本专利技术的有益效果在于：本专利技术所设计的具有快速关闭功能的空气炮，可以实现触发后高压气室与发射管之间的通道快速关闭，从而缩短加载到试验件上的冲击波正压作用时间。且通过调整快速关闭装置的参数，可在一定范围内调整冲击波正压的作用时间，可以实现相同冲击波超压峰值加载条件下，不同正压作用时间的系列试验。附图说明图1为作用在试验件上的冲击波波形图；图2是本专利技术所述空气炮的结构示意图；图3是本专利技术所述空气炮的局部示意图；图中：1、快速关闭气室；2、快速关闭气室气阀；3、高压膜片；4、辅气室；5、辅气室排气腔；6、破膜器；7、排气腔气阀；8、可调螺杆；9、阻尼腔气阀；10、辅气室阻尼腔；11、高压气室；12、高压气室气阀；13、活塞杆；14、发射管；15、试验件；16、活塞；17、密封塞。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图2和图3所示，本专利技术包括快速关闭气室1、辅气室4、发射管14及与发射管14对接的高压气室11，快速关闭气室1、辅气室4和高压气室11依次连接；辅气室4内通过活塞16分隔成辅气室排气腔5和辅气室阻尼腔10，辅气室阻尼腔10与发射管14的进气口对接，辅气室阻尼腔10与高压气室11之间的室壁贯穿有一根活塞杆13，活塞杆13的尾端与活塞16连接，活塞杆13的前端设置有用于堵住或打开发射管14的进气口的密封塞17；快速关闭气室1与辅气室排气腔5之间通过气流口连通，快速关闭气室1与辅气室排气腔5之间的气流口设置有高压膜片3，辅气室排气腔5内设置有朝向高压膜片3的破膜器6，破膜器6通过可调螺杆8与活塞16连接；快速关闭气室1设置有快速关闭气室气阀2，辅气室排气腔5设置有排气腔气阀7，辅气室阻尼腔10设置有阻尼腔气阀9，高压气室11设置有高压气室气阀12。快速关闭气室1与辅气室4之间、辅气室4与高压气室11之间、高压气室11与发射管14之间均通过法兰结构固定连接。活塞16、活塞杆13及密封塞17构成活塞16机构。本专利技术的工作原理如下：试验准备：首先通过排气腔气阀7向辅气室排气腔5充入气体，使得辅气室排气腔5压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有快速关闭功能的空气炮，包括发射管及与所述发射管对接的高压气室，其特征在于：还包括快速关闭气室和辅气室，所述快速关闭气室、所述辅气室和所述高压气室依次连接；所述辅气室内通过活塞分隔成辅气室排气腔和辅气室阻尼腔，所述辅气室阻尼腔与所述发射管的进气口对接，所述辅气室阻尼腔与所述高压气室之间的室壁贯穿有一根活塞杆，所述活塞杆的尾端与所述活塞连接，所述活塞杆的前端设置有用于堵住或打开所述发射管的进气口的密封塞；所述快速关闭气室与所述辅气室排气腔之间通过气流口连通，所述快速关闭气室与所述辅气室排气腔之间的气流口设置有高压膜片，所述辅气室排气腔内设置有朝向所述高压膜片的破膜器，所述破膜器通过可调螺杆与所述活塞连接；所述快速关闭气室设置有快速关闭气室气阀，所述辅气室排气腔设置有排气腔气阀，所述辅气室阻尼腔设置有阻尼腔气阀，所述高压气室设置有高压气室气阀。

【技术特征摘要】
1.一种具有快速关闭功能的空气炮，包括发射管及与所述发射管对接的高压气室，其特征在于：还包括快速关闭气室和辅气室，所述快速关闭气室、所述辅气室和所述高压气室依次连接；所述辅气室内通过活塞分隔成辅气室排气腔和辅气室阻尼腔，所述辅气室阻尼腔与所述发射管的进气口对接，所述辅气室阻尼腔与所述高压气室之间的室壁贯穿有一根活塞杆，所述活塞杆的尾端与所述活塞连接，所述活塞杆的前端设置有用于堵住或打开所述发射管的进气口的密封塞；所述快速关闭气室与所述辅气室排气腔之间通过气流口连通，所述快速关闭气室与所述辅气室排气腔之间的气流口设置有高压膜片，所述辅气室排气腔内设置有朝向所述高压膜片的破膜器，所述破膜器通过可调螺杆与所述活塞连接；所述快速关闭气室设置有快速关闭气室气阀，所述辅气室排气腔设置有排气腔气阀，所述辅气室阻尼腔设置有阻尼腔气阀，所述高压气室设置有高压气室气阀。2.根据权利要求1所述的具有快速关闭功能的空气炮，其特征在于：所述快速关闭气室与所述辅气室之间、所述辅气室与所述高压气室之间、所述高压气室与所述发射管之...

【专利技术属性】
技术研发人员：王远，王小龙，刘伟，程发斌，周怡妃，印姗，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51