本申请属于冲击动力学领域，特别涉及一种双发二级空气炮装置，包括：气体压缩管，其第二端端部设置成圆弧形收口状或曲线收缩状；储气罐，设置在气体压缩管第一开口端处；刚性活塞，活动设置在气体压缩管中；弹性活塞，固定设置在刚性活塞端部；两根炮管，相互平行设置在气体压缩管的第二开口端出口处；同步触发控制装置，一端与第二开口端适配连接，另一端与两根炮管适配连接，用于将弹性活塞压缩产生的气体压力均匀传递至两根炮管。本申请的双发二级空气炮装置，能够实现双发破片/弹丸同时发射，以满足小空间范围内的双发破片/弹丸同时
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 111928731 A (43)申请公布日 2020.11.13 (21)申请号 8.0 (22)申请日 2020.07.28 (71)申请人 中国飞机强度研究所 地址 710065 陕西省西安市雁塔区电子二 路3号 (72)发明人 王彬文张宇郭军白春玉 舒挽牟让科 (74)专利代理机构 北京航信高科知识产权代理 事务所(普通合伙) 11526 代理人 高原 (51)Int.Cl. F41B 11/64 (2013.01) F41B 11/73 (2013.01) F41B 11/70 (2013.01) 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 (54)发明名称 一种双发二级空气炮装置 (57)摘要 本申请属于冲击动力学领域，特别涉及一种 双发二级空气炮装置，包括：气体压缩管，其第二 端端部设置成圆弧形收口状或曲线收缩状；储气 罐，设置在气体压缩管第一开口端处；刚性活塞， 活动设置在气体压缩管中；弹性活塞，固定设置 在刚性活塞端部；两根炮管，相互平行设置在气 体压缩管的第二开口端出口处；同步触发控制装 置，一端与第二开口端适配连接，另一端与两根 炮管适配连接，用于将弹性活塞压缩产生的气体 压力均匀传递至两根炮管。本申请的双发二级空 气炮装置，能够实现双发破片/弹丸同时发射，以 满足小空间范围内的双发破片/弹丸同时打击试 A 验需求，同时满足应力波的叠加效应的实验要 1 求，弥补二级空气炮高速冲击中双发实验装置的 3 7 8 缺乏。 2 9 1 1 1 N C CN 111928731 A 权利要求书 1/2页 1.一种双发二级空气炮装置，其特征在于，包括： 气体压缩管（2），所述气体压缩管（2）具有位于轴向两端的第一开口端（21）和第二开口 端（22），所述第二开口端（22）端部设置成圆弧形收口状或曲线）设置在所述第一开口端（21）处，用于为所述气体压缩管（2） 内提供高压气体； 刚性活塞（3），所述刚性活塞（3）适配设置在所述气体压缩管（2）中，且能够在所述储气 罐（1）中高压气体压力作用下在所述气体压缩管（2）中沿轴向移动； 弹性活塞（4），所述弹性活塞（4）固定设置在所述刚性活塞（3）的靠近所述第二开口端 （22）的一端端部，且所述弹性活塞（4）的端部形状与所述第二开口端（22）的端部形状相适 配； 两根炮管（6），两根所述炮管（6）相互平行，且沿与所述气体压缩管（2）轴向平行方向设 置在所述气体压缩管（2）的第二开口端（22）出口处； 同步触发控制装置（5），所述同步触发控制装置（5）设置在所述气体压缩管（2）与两根 炮管（6）之间，其一端与所述第二开口端（22）适配连接，另一端与两根所述炮管（6）适配连 接，用于在所述刚性活塞（3）和弹性活塞（4）受高压气体朝向所述第二开口端（22）移动之 后，将所述弹性活塞（4）压缩产生的气体压力均匀传递至两根所述炮管（6）。 2.根据权利要求1所述的双发二级空气炮装置，其特征在于，所述同步触发控制装置 （5）包括： 连接管（51），所述连接管（51）与所述气体压缩管（2）同轴放置，其靠近所述第二开口端 （22）的一端端口处密封设置有膜片（52），所述膜片（52）密封抵靠在所述第二开口端（22）开 口处； 三通管道（53），所述三通管道（53）固定设置在所述连接管（51）内腔中，所述三通管道 （53）包括一个进气管以及对称设置在进气管出口端的两根出气管，所述进气管与连接管 （51）同轴心，且密封抵靠在所述膜片（52）的背向所述气体压缩管（2）的一侧，两根所述出气 管分别与两根炮管（6）密封连接，其中 所述膜片（52）配置成能够在所述弹性活塞（4）压缩产生的气体压力作用下破裂，从而 使得气体能够从所述三通管道（53）的进气管流入所述三通管道（53）。 3.根据权利要求2所述的双发二级空气炮装置，其特征在于，所述膜片（52）的中心位置 预制有预定形状的初始损伤划痕。 4.根据权利要求3所述的双发二级空气炮装置，其特征在于，所述预定形状的初始损伤 划痕为十字形划痕。 5.根据权利要求4所述的双发二级空气炮装置，其特征在于，所述十字形划痕的周向尺 寸不小于所述三通管道（53）中进气管的直径。 6.根据权利要求2-5任一项所述的双发二级空气炮装置，其特征在于，所述膜片（52）由 冷制轧钢或硬质铝合金材料制成。 7.根据权利要求6所述的双发二级空气炮装置，其特征在于，所述连接管（51）的设置膜 片（52）的一端与所述气体压缩管（2）的第二开口端（22）通过法兰盘密封连接。 8.根据权利要求1所述的双发二级空气炮装置，其特征在于，所述储气罐（1）包括独立 设置的一级储气罐和二级储气罐，其中 2 2 CN 111928731 A 权利要求书 2/2页 所述一级储气罐密的出口端封连接至所述气体压缩管（2）的第一开口端（21）； 在所述气体压缩管（2）的管壁上开设有侧面进气口，所述侧面进气口位于所述气体压 缩管（2）上靠近所述第一开口端（21）的一侧，并通过侧面管道（23）密封连接至所述二级储 气罐的出口端。 9.根据权利要求1所述的双发二级空气炮装置，其特征在于，所述弹性活塞（4）由弹性 且耐高温材料制成。 3 3 CN 111928731 A 说明书 1/4页 一种双发二级空气炮装置 技术领域 [0001] 本申请属于冲击动力学领域，特别涉及一种双发二级空气炮装置。 背景技术 [0002] 在航天航空、兵器等工业领域中，各类结构常常面临破片/弹丸的高速冲击威胁。 一般情况下，破片/弹丸的威胁方式主要分为以下几种：一是大空间范围内的独立打击；二 是小空间范围内的多发不同时打击；三是小空间范围内的多发同时打击。 [0003] 目前针对破片/弹丸高速冲击研究，主要采用二级空气炮系统等。上述的第一类和 第二类打击方式均可通过普通的单发二级空气炮系统开展相关研究。但对于第三类打击方 式，存在应力波的叠加效应，具有破坏累积增效的效果，主要通过数值分析手段进行研究， 缺乏相应的实验数据，也缺乏相应的实验装置。 发明内容 [0004] 为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种双发二级空气炮装置。 [0005] 本申请公开了一种双发二级空气炮装置，包括： 气体压缩管，所述气体压缩管具有位于轴向两端的第一开口端和第二开口端，所述第 二开口端端部设置成圆弧形收口状或曲线收缩状； 储气罐，所述储气罐设置在所述第一开口端处，用于为所述气体压缩管内提供高压气 体； 刚性活塞，所述刚性活塞适配设置在所述气体压缩管中，且能够在所述储气罐中高压 气体压力作用下在所述气体压缩管中沿轴向移动； 弹性活塞，所述弹性活塞固定设置在所述刚性活塞的靠近所述第二开口端的一端端 部，且所述弹性活塞的端部形状与所述第二开口端的端部形状相适配； 两根炮管，两根所述炮管相互平行，且沿与所述气体压缩管轴向平行方向设置在所述 气体压缩管的第二开口端出口处； 同步触发控制装置，所述同步触发控制装置设置在所述气体压缩管与两根炮管之间， 其一端与所述第二开口端适配连接，另一端与两根所述炮管适配连接，用于在所述刚性活 塞和弹性活塞受高压气体朝向所述第二开口端移动之后，将所述弹性活塞压缩产生的气体 压力均匀传递至两根所述炮管。 [0006] 根据本申请的至少一个实施方式，所述同步触发控制装置包括： 连接管，所述连接管与所述气体压缩管同轴放置，其靠近所述第二开口端的一端端口 处密封设置有膜片，所述膜片密封抵靠在所述第二开口端开口处； 三通管道，所述三通管道固定设置在所述连接管内腔中，所述三通管道包括一个进气 管以及对称设置在进气管出口端的两根出气管，所述进气管与连接管同轴心，且密封抵靠 在所述膜片的背向所述气体压缩管的一侧，两根所述出气管分别与两根炮管密封连接，其 中 4 4 CN 111928731 A 说明书 2/4页 所述膜片配置成能够在所述弹性活塞压缩产生的气体压力作用下破裂，从而使得气体 能够从所述三通管道的进气管流入所述三通管道。 [0007] 根据本申请的至少一个实施方式，所述膜片的中心位置预制有预定形状的初始损 伤划痕。 [0008] 根据本申请的至少一个实施方式，所述预定形状的初始损伤划痕为十字形划痕。 [0009] 根据本申请的至少一个实施方式，所述十字形划痕的周向尺寸不小于所述三通管 道中进气管的直径。 [0010] 根据本申请的至少一个实施方式，所述膜片由冷制轧钢或硬质铝合金材料制成。 [0011] 根据本申请的至少一个实施方式，所述连接管的设置膜片的一端与所述气体压缩 管的第二开口端通过法兰盘密封连接。 [0012] 根据本申请的至少一个实施方式，所述储气罐包括独立设置的一级储气罐和二级 储气罐，其中 所述一级储气罐密的出口端封连接至所述气体压缩管的第一开口端； 在所述气体压缩管的管壁上开设有侧面进气口，所述侧面进气口位于所述气体压缩管 上靠近所述第一开口端的一侧，并通过侧面管道密封连接至所述二级储气罐的出口端。 [0013] 根据本申请的至少一个实施方式，所述弹性活塞由弹性且耐高温材料制成。 [0014] 本申请至少存在以下有益技术效果： 本申请的双发二级空气炮装置，能够实现双发破片/弹丸同时发射，以满足小空间范围 内的双发破片/弹丸同时打击试验需求，同时满足应力波的叠加效应的实验要求，弥补二级 空气炮高速冲击中双发实验装置的缺乏，具有广阔的应用前景。 附图说明 [0015] 图1是本申请双发二级空气炮装置的结构示意图； 图2是本申请双发二级空气炮装置中同步触发控制装置的结构示意图； 图3是本申请双发二级空气炮装置中膜片的正视图。 具体实施方式 [0016] 为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中 的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类 似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请 一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用 于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人 员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下 面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。 [0017] 需要理解的是，在本申请的描述中可能涉及到的技术术语，例如“中心”、“纵向”、 “横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、开云官网注册“底”、“内”、“外”等指示的方位或位 置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是 指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能 理解为对本申请保护范围的限制。 5 5 CN 111928731 A 说明书 3/4页 [0018] 下面结合附图1-图3对本申请的双发二级空气炮装置做进一步详细说明。 [0019] 本申请公开了一种双发二级空气炮装置，可以包括储气罐1、气体压缩管2、刚性活 塞3、弹性活塞4、同步触发控制装置5以及炮管6。 [0020] 其中，气体压缩管2具有位于轴向两端（参见图1左右两端）的第一开口端21和第二 开口端22；另外，优选第二开口端22端部（参见图1右侧末端）设置成圆弧形收口状或曲线收 缩状，以实现气体的进一步压缩并保证气体的平滑过渡；进一步，储气罐1设置在第一开口 端21处，用于为气体压缩管2内提供高压气体。 [0021] 其中，储气罐1可以采用目前已知的多种适合的高压气罐，且可以根据需要设置相 应的数量以及适合的安装位置；本实施例中，如图1所示，优选储气罐1包括独立设置的一级 储气罐和二级储气罐，其中，一级储气罐密的出口端封连接至气体压缩管2的第一开口端 21；并且在气体压缩管2的管壁上开设有侧面进气口，侧面进气口位于气体压缩管2上靠近 第一开口端21的一侧，并通过侧面管道23密封连接至二级储气罐的出口端。 [0022] 刚性活塞3适配设置（密封设置）在气体压缩管2中，且能够在储气罐1中高压气体 压力作用下在气体压缩管2中沿轴向移动（图1中左右方向）。 [0023] 弹性活塞4固定设置在刚性活塞3的靠近第二开口端22的一端端部（图1中右端端 部），且弹性活塞4的端部形状与第二开口端22的端部形状相适配，即呈圆弧形或曲线凸起 形状。需要说明的是，弹性活塞4可以由多种已知的材料构成，本实施例中，优选弹性活塞4 由弹性的具备可重复变形吸能、且耐高温材料加工而成；在一实施例中，进一步优选为橡 胶。 [0024] 炮管6的数量为两根，其中，两根炮管6相互平行，且沿与气体压缩管2轴向平行方 向设置在气体压缩管2的第二开口端22出口处，炮管6内用于设置实验用的破片/弹丸。 [0025] 进一步，同步触发控制装置5设置在气体压缩管2与两根炮管6之间，其一端与第二 开口端22适配连接，另一端与两根炮管6适配连接，用于在刚性活塞3和弹性活塞4受高压气 体朝向第二开口端22移动之后，将弹性活塞4压缩产生的气体压力均匀传递至两根炮管6， 从而使得两根炮管6中的破片/弹丸同时发射。 [0026] 同样的，同步触发控制装置5是可以根据采用采用多种适合的结构；本实施例中， 如图2所示，同步触发控制装置5包括连接管51、膜片52以及三通管道53。 [0027] 具体的，连接管51与气体压缩管2同轴放置，其靠近第二开口端22的一端端口（图1 和图2中左侧端口）处密封设置有膜片52，膜片52（图2中膜片52左侧）密封抵靠在第二开口 端22开口处。 [0028] 三通管道53固定设置在连接管51内腔中，三通管道53包括一个进气管以及对称设 置在进气管出口端的两根出气管，进气管与连接管51同轴心，且密封抵靠在膜片52的背向 气体压缩管2的一侧（图2中膜片52右侧），另外，两根出气管分别与两根炮管6密封连接；其 中，膜片52配置成能够在弹性活塞4压缩产生的气体压力作用下破裂，从而使得气体能够从 三通管道53的进气管流入三通管道53。 [0029] 同样的，膜片52的材料、形状、结构等均可以根据需要进行适合的设置；本实施例 中，优选膜片52由冷制轧钢或硬质铝合金材料制成，且在膜片52的中心位置预制有预定形 状的初始损伤划痕；其中，预定形状的初始损伤划痕可以多种适合的形状，本实施中，如图2 所示，进一步优选预定形状的初始损伤划痕为十字形划痕；并且，十字形划痕的周向尺寸不 6 6 CN 111928731 A 说明书 4/4页 小于三通管道53中进气管的直径。 [0030] 其中，同步触发控制装置5的控制原理是，在气体压缩管2中刚性活塞3、弹性活塞4 高速运动压缩气体，高压气体压缩膜片52，沿“十字划痕”产生损伤失效，高压气体进入连接 管51内部三通管道53，并分别冲击炮管6口放置的破片/弹丸，实现同步触发双发二级空气 炮发射过程。 [0031] 另外，为加强连接管51与气体压缩管2连接密封稳定性，优选在连接管51的设置膜 片52的一端与气体压缩管2的第二开口端22通过法兰盘，开云官网注册且进行密封性处理。 [0032] 综上所述，本申请的双发二级空气炮装置，能够实现双发破片/弹丸同时发射，以 满足小空间范围内的双发破片/弹丸同时打击试验需求，同时满足应力波的叠加效应的实 验要求，弥补二级空气炮高速冲击中双发实验装置的缺乏，具有广阔的应用前景。 [0033] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应 涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为 准。 7 7 CN 111928731 A 说明书附图 1/1页 图1 图2 图3 8 8
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