本发明公开了一种用于空气炮的快速关闭装置，空气炮包括高压气室和发射管，快速关闭装置包括快速关闭气室、辅气室、“工”型活塞和破膜器，快速关闭气室与辅气室之间通过高压膜片隔断，辅气室和高压气室通过挡板隔断，“工”型活塞的两端分别设置在辅气室和高压气室内，破膜器设置在辅气室内且与“工”型活塞固定连接；本发明一种用于空气炮的快速关闭装置通过破膜器触发辅气室与快速关闭气室之间的高压膜片，使活塞将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
(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 106353206 A (43)申请公布日 2017.01.25 (21)申请号 1.3 (22)申请日 2016.10.26 (71)申请人 中国工程物理研究院总体工程研究 所 地址 621908 四川省绵阳市绵山路64号 (72)发明人 王远王小龙程发斌刘伟 周怡妃印姗 (74)专利代理机构 北京天奇智新知识产权代理 有限公司 11340 代理人 杨春 (51)Int.Cl. G01N 3/30(2006.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (54)发明名称 一种用于空气炮的快速关闭装置 (57)摘要 本发明公开了一种用于空气炮的快速关闭 装置，空气炮包括高压气室和发射管，快速关闭 装置包括快速关闭气室、辅气室、“工”型活塞和 破膜器，快速关闭气室与辅气室之间通过高压膜 片隔断，辅气室和高压气室通过挡板隔断，“工” 型活塞的两端分别设置在辅气室和高压气室内， 破膜器设置在辅气室内且与“工”型活塞固定连 接；本发明一种用于空气炮的快速关闭装置通过 破膜器触发辅气室与快速关闭气室之间的高压 膜片，使活塞将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 A 以调整冲击波正压的作用时间，实现相同冲击波 6 超压峰值加载条件下，不同正压作用时间的系列 0 2 3 试验。 5 3 6 0 1 N C CN 106353206 A 权利要求书 1/1页 1.一种用于空气炮的快速关闭装置，所述空气炮包括高压气室和发射管，其特征在于： 所述快速关闭装置、所述高压气室和所述发射管串联连通，所述快速关闭装置包括快速关 闭气室、辅气室、“工”型活塞和破膜器，所述快速关闭气室、所述辅气室和所述高压气室依 次连接，所述快速关闭气室与所述辅气室之间通过高压膜片隔断，所述辅气室和所述高压 气室通过挡板隔断，所述挡板中心设置有通孔，所述“工”型活塞穿过所述通孔，且所述“工” 型活塞的两端分别设置在所述辅气室和所述高压气室内，所述破膜器设置在所述辅气室内 且与所述“工”型活塞固定连接； 所述“工”型活塞包括调压活塞、活塞杆和密封活塞，所述调压活塞设置在所述辅气室 内，且将所述辅气室分隔为调压腔和阻尼腔，所述破膜器位于所述调压腔内，且与所述调压 活塞固定连接，所述密封活塞设置在所述高压气室内，且与所述发射管的进气口同轴设置， 所述活塞杆的第一端与所述调压活塞固定连接，所述活塞杆的第二端穿过所述通孔与所述 密封活塞固定连接。 2.根据权利要求1所述的一种用于空气炮的快速关闭装置，其特征在于：所述调压活塞 的直径与所述辅气室的内径相等，所述调压活塞与所述辅气室的内侧壁密封可滑动连接， 所述活塞杆的直径与所述通孔的内径相等，所述活塞杆与所述通孔的内侧壁密封可滑动连 接，所述密封活塞的直径大于所述发射管的进气口的内径。 3.根据权利要求2所述的一种用于空气炮的快速关闭装置，其特征在于：与所述快速关 闭气室、所述调压腔、所述阻尼腔和所述高压腔连接的气管上分别设置有快速关闭气阀、调 压气阀、阻尼气阀和高压气阀。 4.根据权利要求2所述的一种用于空气炮的快速关闭装置，其特征在于：所述破膜器与 所述调压活塞通过可调螺杆连接。 2 2 CN 106353206 A 说明书 1/4页 一种用于空气炮的快速关闭装置 技术领域 [0001] 本发明涉及冲击波模拟加载试验技术领域，尤其涉及一种用于空气炮的快速关闭 装置。 背景技术 [0002] 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。 [0003] 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。 [0004] 采用高压气体驱动方式的爆炸波模拟装置，其实现原理、开云官网下载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。 [0005] 但是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。 [0006] 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V 及发射管的容积V ，按照气体状态方程确定高压 0 1 气室的充气压力P ，气体状态方程为： 0 [0007] [0008] 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P 。 0 [0009] 当空气炮制造和组装后，高压气室的体积V 固定，且高压气室内气体流出的口径 0 固定，这就使得一定压力P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 0 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P较大，导 0 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。 发明内容 3 3 CN 106353206 A 说明书 2/4页 [0010] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于空气炮的快速关闭装置。 [0011] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的： [0012] 一种用于空气炮的快速关闭装置，所述空气炮包括高压气室和发射管，所述快速 关闭装置、所述高压气室和所述发射管串联连通，所述快速关闭装置包括快速关闭气室、辅 气室、“工”型活塞和破膜器，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 述快速关闭气室与所述辅气室之间通过高压膜片隔断，所述辅气室和所述高压气室通过挡 板隔断，所述挡板中心设置有通孔，所述“工”型活塞穿过所述通孔，且所述“工”型活塞的两 端分别设置在所述辅气室和所述高压气室内，所述破膜器设置在所述辅气室内且与所述 “工”型活塞固定连接； [0013] 所述“工”型活塞包括调压活塞、活塞杆和密封活塞，所述调压活塞设置在所述辅 气室内，且将所述辅气室分隔为调压腔和阻尼腔，所述破膜器位于所述调压腔内，且与所述 调压活塞固定连接，所述密封活塞设置在所述高压气室内，且与所述发射管的进气口同轴 设置，所述活塞杆的第一端与所述调压活塞固定连接，所述活塞杆的第二端穿过所述通孔 与所述密封活塞固定连接； [0014] 具体地，所述调压活塞的直径与所述辅气室的内径相等，所述调压活塞与所述辅 气室的内侧壁密封可滑动连接，所述活塞杆的直径与所述通孔的内径相等，所述活塞杆与 所述通孔的内侧壁密封可滑动连接，所述密封活塞的直径大于所述发射管的进气口的内 径。 [0015] 优选地，与所述快速关闭气室、所述调压腔、所述阻尼腔和所述高压腔连接的气管 上分别设置有快速关闭气阀、调压气阀、阻尼气阀和高压气阀。 [0016] 进一步，所述破膜器与所述调压活塞通过可调螺杆连接。 [0017] 本发明的有益效果在于： [0018] 本发明一种用于空气炮的快速关闭装置通过破膜器触发辅气室与快速关闭气室 之间的高压膜片，使活塞将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，可以调整冲击波正压的作 用时间，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 [0019] 图1是本发明所述一种用于空气炮的快速关闭装置的空气炮作用在试验件上的冲 击波波形图； [0020] 图2是本发明所述一种用于空气炮的快速关闭装置的结构示意图； [0021] 图3是本发明所述空气炮的结构示意图； 具体实施方式 [0022] 下面结合附图对本发明作进一步说明： [0023] 如图2和图3所示，本发明一种用于空气炮的快速关闭装置，空气炮包括高压气室 和发射管，快速关闭装置、高压气室和发射管串联连通，快速关闭装置包括快速关闭气室、 辅气室、“工”型活塞和破膜器，快速关闭气室、辅气室和高压气室依次连接，快速关闭气室 与辅气室之间通过高压膜片隔断，辅气室和高压气室通过挡板隔断，挡板中心设置有通孔， 4 4 CN 106353206 A 说明书 3/4页 “工”型活塞穿过通孔，且“工”型活塞的两端分别设置在辅气室和高压气室内，破膜器设置 在辅气室内且与“工”型活塞固定连接； [0024] “工”型活塞包括调压活塞、活塞杆和密封活塞，调压活塞设置在辅气室内，且将辅 气室分隔为调压腔和阻尼腔，破膜器位于调压腔内，且与调压活塞固定连接，密封活塞设置 在高压气室内，且与发射管的进气口同轴设置，活塞杆的第一端与调压活塞固定连接，活塞 杆的第二端穿过通孔与密封活塞固定连接； [0025] 调压活塞的直径与辅气室的内径相等，调压活塞与辅气室的内侧壁密封可滑动连 接，活塞杆的直径与通孔的内径相等，活塞杆与通孔的内侧壁密封可滑动连接，密封活塞的 直径大于发射管的进气口的内径，与快速关闭气室、调压腔、阻尼腔和高压腔连接的气管上 分别设置有快速关闭气阀、调压气阀、阻尼气阀和高压气阀，破膜器与调压活塞通过可调螺 杆连接。 [0026] 本发明一种用于空气炮的快速关闭装置的工作原理如下： [0027] 步骤1）：通过调压气阀向调压腔内充入气体，使得调压腔压力P 大于阻尼腔内气 2 压P ，且： 1 [0028] P ×S P ×S 2 2 1 1 [0029] 此时，调压活塞受气压向前方移动，直至密封活塞压紧并堵住发射管的进气口，关 闭了高压气室，S为调压活塞与调压腔的接触面积，S为调压活塞与阻尼腔的接触面积； 2 1 [0030] 步骤2）：通过高压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P ； 0 [0031] 步骤3）：通过快速关闭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P ，且P小于高压膜片的爆破压力； 3 3 [0032] 步骤4）：通过调压气阀将调压腔内气体快速排出，使得调压腔内高压气体快速排 出，调压腔内压力P迅速下降为P ′，则活塞左右两侧压力差反相，且有 2 2 [0033] P ′×S P ×S 2 2 1 1 [0034] 此时活塞迅速向后方移动，密封活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。 [0035] 在实际试验时，通过改变可调螺杆的长度，可以调整空气炮开炮后，密封塞17离开 发射管14进气口到破膜器6撞击高压膜片3的时间t ； 1 [0036] 改变快速关闭气室1的压力P ，可以调整快速关闭过程中，阻尼腔内的气压P″，从 3 2 而改变活塞16右侧移动的速度，进而调整破膜器6撞击高压膜片3到密封塞17压紧发射管14 接口的时间t 。以上两个时间决定了空气炮的开启时长t =t +t ，而加载到试验件15上的冲 2 on 1 2 击波正压作用时间t正比于空气炮的开启时长t 。传统空气炮是不具有关闭功能的。 on [0037] 通过本发明中的空气炮在进行爆炸波模拟试验时，本专利的具有快速关闭功能的 空气炮，可以实现空气炮开炮后的快速关闭，减小了冲击波正压作用时间，从而可以模拟常 规炸药爆炸产生的冲击波。另外，通过调整上述两个参数，可实现空气炮开启时间的可调， 进而实现冲击波正压作用时间的可调。相比于传统空气炮结构，本专利具有快速关闭功能 的空气炮，更适合于常规炸药爆炸产生的冲击波模拟。 [0038] 本发明的主要结构特点： [0039] （1）本专利的具有快速关闭功能的空气炮，带有快速关闭气室1，且快速关闭气室1 5 5 CN 106353206 A 说明书 4/4页 与辅气室排气腔5之间由高压膜片3隔开，快速关闭气室1具有高压气体进出口； [0040] （2）本专利的具有快速关闭功能的空气炮，其触发用的活塞16，通过可调长度的螺 杆与破膜器6相连； [0041] （3）本专利的具有快速关闭功能的空气炮，当满足开炮要求后，通过快速释放辅气 室排气腔5内高压气体，实现活塞16机构的快速开启；开炮后活塞16上的破膜器6撞击高压 膜片3，快速关闭气室1的高压气体使得活塞16反向运动，密封塞17快速堵住发射管14，实现 空气炮的快速关闭； [0042] （4）本专利的具有快速关闭功能的空气炮，活塞16与破膜器6之间采用可调螺杆8 连接，可调螺杆8的长度可变，使得开炮后破膜器6撞击高压膜片3的时间可调； [0043] （5）本专利的具有快速关闭功能的空气炮，快速关闭气室1内的压力可调，使得高 压膜片3破裂后，活塞16机构反向运动的速度可调； [0044] （6）本专利的具有快速关闭功能的空气炮，采用了快速关闭装置，使得空气炮开炮 后活塞16机构上的密封塞17能够快速自动关闭发射管14，空气炮的开启时长可通过快速关 闭气室1的压力及可调螺杆8的长度来调整。 [0045] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。 6 6 CN 106353206 A 说明书附图 1/2页 图1 图2 7 7 CN 106353206 A 说明书附图 2/2页 图3 8 8
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