【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁弹射驱动二级轻气炮的弹道靶
[0001]本申请涉及超高速飞行地面模拟试验或超高速碰撞加载试验的
,特别是一种基于电磁弹射驱动二级轻气炮的弹道靶。
技术介绍
[0002]弹道靶是一种实现气动试验模型在静止气体中自由飞行的空气动力学地面试验设备,可以模拟真实飞行流动条件,可用于开展气动力/热、气动物理、超高速碰撞等试验测试。道靶主要由模型发射装置、试验系统和测控系统组成。传统弹道靶通常以二级轻气炮为核心发射装置,以火药为驱动源,利用火药燃烧后的高压气体推动活塞高速运动压缩泵管中的轻质气体(氢气或氦气)至高温高压状态,利用高压轻质气体驱动弹丸达到所需试验速度。由于火药安全性、不确定性和驱动能力的限制,目前火药驱动的弹道靶发射速度通常在2km/s~6km/s范围。
[0003]近年来,国内在二级轻气炮动力源等方面加强研究,陆续发展了以高压气体、氢氧爆轰等新型驱动方式二级轻气炮。
[0004]中国专利授权公告号CN103322857B,授权公告日2014年12月17日,专利技术创造的名称为:一种小型两级轻气炮,该专利授权了一种首级驱动采用压缩空气或氦气驱动、二级采用活塞压缩氢气方式的小型两级轻气炮,比火药驱动更加安全环保,无需火药使用资质,为相关领域研究提供了较大方便;但是其不足之处是能量密度不够高,驱动能力较弱。
[0005]中国专利授权公告号CN106679500B,授权公告日2018年8月17日,专利技术创造的名称为:一种以氢能驱动的二级轻气炮,该专利授权了一种以氢氧混合气体爆轰 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于电磁弹射驱动二级轻气炮的弹道靶,其特征在于,包括电磁弹射装置(1)、电枢(2)、活塞(3)、高压泵管(5)、一二级连接机构(6)、弹丸(7)、发射管(8)、膨胀箱(9)、试验舱(10)及测控系统(11);其中,所述电磁弹射装置(1)包括封堵(101)、电磁泵管(102)、缠绕在电磁泵管(102)上的多级驱动线圈(103)、为所述多级驱动线圈(103)供电的激励电源(105)和为所述激励电源(105)充电的充电机(106),所述电磁泵管(102)入口端内置有所述电枢(2)和所述活塞(3),所述电枢(2)在所述活塞(3)后方,所述电磁泵管(102)与所述高压泵管(5)连接;每级驱动线圈(103)分别连接独立的激励电源(105),所述激励电源(105)逐级触发以使所述多级驱动线圈(103)逐级放电,所述电枢(2)在所述多级驱动线圈(103)产生的电磁力的作用下运动并推动所述活塞(3),所述活塞(3)飞出所述电磁泵管(102)进入所述高压泵管(5);所述一二级连接机构(6)包括二级气室(601)、二级膜片(605),所述电磁泵管(102)、所述高压泵管(5)、所述二级气室(601)、所述发射管(8)依次连接,所述二级气室(601)与所述发射管(8)之间设置有所述二级膜片(605),所述发射管(8)入口端内置有所述弹丸(7),所述弹丸(7)在所述二级膜片(605)前方;所述活塞(3)前方的所述电磁泵管(102)、所述高压泵管(5)和所述二级气室(601)内充有轻质气体,所述电磁泵管(102)、所述高压泵管(5)和所述二级气室(601)内的轻质气体在所述活塞(3)压缩下冲破所述二级膜片(605),推动所述弹丸(7)发射飞出所述发射管(8)、经过所述膨胀箱(9)进入所述试验舱(10);所述测控系统(11)用于根据所述电枢(2)的移动速度和位置,确定每级激励电源(105)触发的时刻。2.根据权利要求1所述的弹道靶,其特征在于,所述电磁弹射装置(1)满足以下至少一项:所述电磁泵管(102)内径不小于50mm;所述活塞(3)质量与所述电磁泵管(102)横截面积之比大于500kg/m2;所述活塞(3)最大速度为1.0km/s;所述电磁泵管(102)内壁粗糙度Ra≤1.6;所述多级驱动线圈(103)的级数为n级,n≥3;所述各级驱动线圈(103)及激励电源(105)的结构参数、电磁参数均相同;每级驱动线圈(103)长度与电磁泵管(102)内径之比为0.4~1.7;相邻级驱动线圈(103)相向端面间距与电磁泵管(102)内径之比为0.1~0.3。3.根据权利要求1所述的弹道靶,其特征在于,所述激励电源(105)包括储能脉冲电容器组(10501)、主开关(10502)、续流开关(10503);所述储能脉冲电容器组(10501)与所述主开关(10502)串联,并与所述续流开关(10503)并联连接在所述驱动线圈(103)的两端,所述储能脉冲电容器组(10501)的两端还通过充电开关(10601)连接在所述充电机(106)的两端,所述主开关(10502)和所述充电开关(10601)的导通、断开均通过所述测控系统(11)控制。4.根据权利要求3所述的弹道靶,其特征在于,所述激励电源(105)满足以下至少一项:所述储能脉冲电容器组(10501)由金属化膜自愈式脉冲电容器组合而成,金属化膜自
愈式脉冲电容器的能量体积比大于等于0.5MJ/m3,工作寿命大于等于1000次;所述主开关(10502)为火花间隙开关或者由半导体晶闸管组成的高压开关;所述续流开关(10503)由半导体高压二级管组合而成。5.根据权利要求1至4中任一项所述的弹道靶,其特征在于,所述测控系统(11)包括中央控制器(1101)、脉冲触发电路(1102)和激光多普勒电枢测速装置(1103);所述激光多普勒电枢测速装置(1103)包括电枢测速装置主体设备(110301)和电枢测速装置探头(110302),所述电枢测速装置探头(110302)安装于所述电磁泵管(102)一端管口封堵(101)处,所述电枢测速装置主体设备(110301)与所述电枢测速装置探头(110302)通过光纤连接;所述电枢测速装置主体设备(110301)通过所述电枢测速装置探头(110302)向所述电枢(2)发射激光信号并接收反射自所述电枢(2)的激光信号,同时将激光信号转换为电信号并传送给所述中央控制器(1101);所述中央控制器(1101)处理电信号得到各时刻所述电枢(2)位置和瞬时速度,并得到待触发级的预计触发时刻;在所述预计触发时刻,由所述中央控制器(1101)向所述脉冲触发电路(1102)发出触发控制信号,由所述脉冲触发电路(1102)输出功率脉冲触发导通相应级激励电源(105)。6.根据权利要求5所述的弹道靶,其特征在于,所述中央控制器(1101)用于执行时序触发控制方法,所述时序触发控制方法包括:步骤1:i=1,在时刻t
i=1
=0触发导通第一级激励电源,同时控制所述激光多普勒电枢测速装置(1103)沿所述电枢(2)运动方向发射激光;步骤2:i=2,在时刻t
i=2
触发导通第二级激励电源,所述时刻t2满足:t
m
<t2<2t
m
,其中,t
m
为驱动线圈放电电流从零至达到最大值时的时间间隔;同时,控制激光多普勒电枢测速装置(1103)执行测量,得到时刻t2所述电枢(2)的位置和速度;步骤3:循环执行以下步骤3
‑
1、3
‑
2,直到获取导通第n级激励电源的时刻t
n
:步骤3
‑
1:在时刻t
i+1
触发导通第i+1级激励电源,所述时刻t
i+1
满足:v
i
为时刻t
i
电枢(2)速度,a为电枢(2)运动平均加速度,h为相邻两级驱动线圈中心间距;步骤3
‑
2:令i=i+1。7.根据权利要求6所述的弹道靶,其特征在于,t
m
根据确定,L
d
...
【专利技术属性】
技术研发人员:林键,胡梅晓,郭秉楠,毕志献,宫建,陈星,朱浩,屈振乐,易翔宇,孙日明,纪锋,刘训华,文帅,陈勇富,谌君谋,姚大鹏,陈农,
申请(专利权)人:中国航天空气动力技术研究院,
类型:发明
国别省市:
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