[发明专利]一种可连续发射的单管空气炮

说明书

本发明公开了一种可连续发射的单管空气炮，包括发射管1、上弹装置2、上弹用电动伺服作动器3、实验控制系统4、发射/补气用电动伺服作动器5、发射气室6、组合式阀体7；补气气室8；其中，发射管1和上弹装置2连接，上弹装置2内可预置多颗弹丸，在上弹用电动伺服作动器3的推动下单次一颗弹丸进入发射管；发射管1和发射气室6连接，发射气室为旋成体类台阶圆柱体结构，由右端的大室和左端的小室组成；发射气室6和补气气室8的小室通过气路连接；本发明技术方案可满足飞机结构、高速列车结构、风电叶片等高速运动机械连续外物撞击的试验需求，同时可以通过控制参数的调整设定发射的间隔或频次。

技术领域

本发明属于特种冲击试验加载装置研制领域，用于实现弹丸连续冲击加载，可根据加载要求调整发射间隔和发射数量。

背景技术

复合材料具有比强度、比刚度高、可设计性强、抗疲劳性能好等优点，可明显减轻结构重量，提高结构承载效率，降低运营成本，现代飞机、高铁等越来越多的使用复合材料。Boeing 787和A350XWB上复合材料所占比重均可达50％以上，复合材料用量的高低已成为衡量现代民机先进程度的重要参考。为了降低能耗，高铁领域也在开展复合材料车体的研究和应用工作。飞机复合材料结构服役过程中可能遭遇工具坠落、飞鸟和冰雹等的冲击，高速列车也可能地面多余物和飞鸟等的撞击，复合材料结构对冲击异常敏感，冲击后易出现内部损伤、裂纹、分层甚至是穿透破坏，损坏后的结构承载能力将发生显著下降，如果不能及时检出并维修，可能直接或间接导致事故的发生，研究复合材料结构的冲击行为具有重要的理论与工程意义。

复合材料工程应用前，需要通过大量的材料实验确定材料许用值和设计许用值，材料许用值是针对材料本身的性能，而设计许用值需要结合复合材料具体的使用环境，通过元件级的实验统计分析获得，确定设计许用值的最关键试验是冲击后压缩试验(Compress After Impact，简称CAI试验)。其试验过程是先先复合材料试验件人工引入损伤(通过落锤装置或空气炮装置)，再进行压缩试验，通过测试冲击后压缩载荷的变化情况得到材料的冲击损伤门槛值，再结合其他的实验测试数据，从而获得材料的许用值，用于指导复合材料结构的设计。

冲击后压缩试验模拟的其中一个典型冲击环境就是冰雹冲击，现阶段研究的主要是单颗大质量冰雹的冲击问题(大直径一般为50mm，这个尺寸的冰雹可代表自然界形成的95％冰雹)，研究的速度可达200m/s(对于飞机而言，对于高铁可达到100ms/以上)。但是自然界的冰雹总是密集产生的，结构可能在数分钟内承受上百颗冰雹的撞击，这种连续的冰雹撞击产生的损伤特性和单颗冰雹撞击的损伤特性是完全不同的。

除了复合材料结构，飞机的雷达罩、风挡玻璃、发动机短舱、发动机风扇叶片也都需要进行冰雹的撞击试验，如风挡玻璃和雷达罩就要求进行区域内的连续冰雹撞击试验，以评价雷达罩结构的承载特性和电磁特性变化，同时评价风挡玻璃透明件冰雹撞击后对抗鸟撞能力的影响和光学特性的影响，但目前国内还没有类似的单点连续撞击试验用的试验装置。

在工程实践中，有通过多根炮管次序发射实现连续撞击的试验系统，如发动机整机试车台吞鸟试验中使用的9管甚至16管空气炮，每根发射管使用一套独立的发射机构，通过试验台架将多套单管发射机构组合到一起实现连续发射的目的，这种实验系统结构极为复杂，成本也很高，且无法保证发射物的撞击位置精度，散布范围较大，难以实现撞击间隔的精确控制，多用于模拟区域内的连续撞击。

本发明提出一种可以连续发射的单发射管空气炮装置，通过特殊设计的联动式发射控制装置，实现空气炮的装弹-充气-发射-再装填-再充气-发射过程的循环控制，可基于一根炮管实现连续撞击试验，可通过发射控制系统调节发射的间隔时间，同时由于弹丸通过一个发射管发射，撞击点的重复性可以得到保证。

发明内容

发明目的：提出一种可连续发射的单管空气炮，通过单发射管，可连续发射多颗模拟弹丸撞击试验对象，用于评估结构件在模拟弹丸(如人工冰雹)连续撞击下的损伤特性。

技术方案