[发明专利]一种以压缩氮气驱动的三级轻气炮

说明书

技术领域

本发明涉及一种三级轻气炮，特别涉及以压缩氮气驱动的三级轻气炮。

背景技术

轻气炮能发射材料、形状多样的弹丸，满足各种终点效益模拟试验的需求，被称为最为通用的高速、超高速驱动技术，广泛应用于动能武器效应研究、地球空间物理研究、航天器防护研究等领域。相对于一级轻气炮和二级轻气炮，三级轻气炮采用三级驱动方式。

加拿大McGill大学研制了一门火药驱动的三级轻气炮，发射管内径为12.7mm，分别将1.5g、1.1g的聚酯柱形弹丸加速到9.6km/s、10.5km/s。美国研究机构University of Dayton Research Institute也研制了一门火药驱动的三级轻气炮，发射管内径为5.6mm，可将重0.1g尼龙柱形弹丸加速到8.65km/s。（A.J.Piekutowski,K.L.Poormon.Development of a three-stage,light-gas gun at the University of Dayton Research Institue[J],International Journal of Impact Engineering,33:615~624,2006.）。国内尚无其他三级轻气炮。

国外三级轻气炮均采用火药作为驱动源。火药爆燃会产生大量的有毒气体，污染环境和危害操作人员的健康；火药爆燃也会产生大量的碳黑等颗粒物质，残存在炮管内，加大清洁炮管的难度，降低实验效率；火药作为一种火工品，存在一定的安全隐患，相应储存、管理等措施的成本也较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效率、低污染、稳定发射速度最高超过8km/s且超过8km/s速度的发射下可进行低成本应用的轻气炮。

本发明的技术解决方案是：

一种以压缩氮气驱动的三级轻气炮，其特征之处在于：包括一级气室、一级泵管、二级气室、二级泵管、三级气室、发射管；所述一级气室与一级泵管相连且二者之间设置有快开阀门；所述一级泵管与二级气室相连；所述二级气室与二级泵管相连且二者之间设置有二级膜片；所述二级泵管与三级气室相连；所述三级气室与发射管相连且二者之间设置有三级膜片；所述一级泵管入口段设置有一级活塞；所述二级泵管入口段设置有二级活塞；所述发射管入口段设置有弹丸；所述一级泵管的内径大于二级泵管的内径，所述二级泵管的内径大于发射管的内径；所述一级气室内充有高压氮气；所述一级泵管和二级气室、二级泵管和三级气室内充有氢气。

上述二级气室采用直筒式结构，所述三级气室采用大锥角的锥筒结构。

上述三级气室为60°锥角的锥筒结构。

上述一级气室内的高压氮气压力不大于30MPa；所述一级泵管和二级气室、二级泵管和三级气室内的氢气压力为0.1MPa~0.6MPa。

上述发射管前端设置有烧蚀环，所述烧蚀环包括圆盘，所述圆盘从一端到另一端沿圆盘中心线依次设置有凹止口、膜片槽、锥形槽以及凸止口，所述凹止口的直径大于膜片槽，所述锥形槽从膜片槽一端开始直径逐渐缩小，所述锥形槽的最大直径小于膜片槽的直径，所述凸止口中心开孔，所述凸止口中心孔直径等于锥形槽最小直径，所述凹止口与三级气室相适配，所述三级膜片设置在膜片槽内，所述凸止口与发射管相适配且凸止口中心孔直径等于发射管内径。

上述一级泵管的内径与二级泵管内径的比值在1.5~2.5，所述二级泵管的内径与发射管内径的比值在3~5。

上述一级泵管长度与内径的比值为200~250，所述二级泵管长度与内径的比值为180~240，所述的发射管长度与内径的比值为250~600。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用压缩氮气替代火药作驱动源，明显改善了气炮实验的安全性和环保品质，并可提高气炮实验效率，有利于气炮实验技术的推广应用。

2、本发明采用三级驱动方式，可提高气炮的能量利用效率，降低炮管烧蚀风险，使得炮体极低损伤的前提下气炮稳定发射速度超过8km/s。

3、本发明装置的二级、三级气室采用直筒式结构或大角度锥筒结构，可提高能量利用效率。

4、本发明装置发射管前端采用可离体更换的烧蚀环，避免超高速发射时炮体烧蚀，操作简单方便，且大大降低超高速发射的实验成本。

附图说明

图1是氮气驱动的三级轻气炮结构示意图；

图2是二级气室结构示意图；

图3是三级气室结构示意图；

图4是烧蚀环结构示意图；