一種活塞發射裝置的製作方法

2024-04-02 16:51:05

本發明涉及一種活塞發射裝置，應用於大型自由活塞激波風洞的活塞發射裝置中，亦適用於其他利用氣體驅動發射活塞類結構體的設備中。

背景技術：

自由活塞激波風洞是一種用重活塞壓縮氣體獲得高壓驅動氣體的激波風洞。該類風洞能夠獲得高焓、高速流場，可用於模擬返回器高速再入時的流動等。重活塞是自由活塞激波風洞的核心部件，其質量大，能在風洞啟動前能方便精確的安裝，在發射前能穩定的保持靜定狀態，在發射時能快速的發射出去，是自由活塞激波風洞能夠有效運行保證。

在輕氣炮和霍普金森壓杆等小口徑活塞發射設備上使用的活塞尺寸較小，常用二道膜結構或快開錐閥當做活塞發射機構。大型自由活塞激波風洞的壓縮管尺寸＞500mm，在這種口徑下，使用二道膜片的結構不能用於高壓的驅動氣體，快開錐閥由於閥芯質量過大而不能有效開啟。國外同類型風洞使用液壓快速缸拉動活塞閥杆，打開發射氣口，這種結構需要運動塊、力量大的液壓缸，液壓缸和配套液壓系統的成本較高。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題：針對現有技術的不足，提出一種活塞發射裝置，實現了大型自由活塞激波風洞中重活塞的快速、穩定發射。

本發明的技術解決方案：

一種活塞發射裝置，包括儲氣室罐體、發射管、自由活塞、活塞閥、推拉機構、快開鎖緊機構，

儲氣室罐體為中空結構，內部充有帶壓介質，兩端開有同軸通孔，發射管為中空通孔結構，其一端外壁設有導向臺，另一端外壁上設有凸臺，發射管置於儲氣室罐體中，凸臺根部設置有端面密封調節環，凸臺與儲氣室罐體前端通孔端面配合，壓緊端面密封調節環形成密封；儲氣室罐體上設置有洩壓閥和壓力傳感器，

活塞閥包括活塞閥體、活塞閥芯和活塞閥底蓋，活塞閥體外形為異形同軸迴轉體結構，包括大徑端和小徑端，小徑端前端設有導向槽，小徑端設置有沿周向分布的腰形通孔；活塞閥體壁面內設置真空抽氣管路，真空抽氣管路一端開口位於第三臺階面前端，另一端開口位於活塞閥底蓋上；

導向臺與導向槽配合實現定位密封；

大徑端和小徑端連接處外部為第一臺階面，第一臺階面上設置有密封機構，內部為第二臺階面，在小徑端內部設有第三臺階面，活塞閥芯置於活塞閥體內，可以自由移動，活塞閥芯的一端可與第三臺階面接觸密封，活塞閥芯的另一端上設置有單向閥，活塞閥底蓋安裝於大徑端端面上，活塞閥底蓋上安裝有充氣閥和放氣閥；

自由活塞安裝於活塞閥前部空腔，外力作用下可進入發射管中並軸向移動；

推拉機構與活塞閥連接，實現活塞閥的軸向移動；

快開鎖緊機構與儲氣室罐體和活塞閥分別連接，可實現活塞閥體第一臺階面與儲氣室罐體的後端面密封與解除。

充氣時，充氣閥向活塞閥內充入高壓氣體，推動活塞閥芯移動並與第三臺階面壓緊密封，當氣體壓力衝開單向閥時，氣體通過腰形孔進入儲氣室罐體內，直到壓力升高至儲氣室罐體的設定壓力，停止充氣；通過真空抽氣管路對自由活塞後部空間抽真空。

發射時，打開放氣閥，活塞閥芯後部壓力迅速下降，在前後壓差作用下，氣體推動活塞閥芯後移，解除第三臺階面的密封，高壓氣體沿腰形孔進入自由活塞後部，推動自由活塞進入發射管，並加速移動；發射後，打開洩壓閥，將儲氣室罐體內氣體釋放。

儲氣室罐體內設有支架，實現對發射管位置的調整及固定。

儲氣室罐體後通孔處設有減摩導向環，對活塞閥的移動實現導向、減小摩擦。

腰形通孔總面積不小於發射管內徑面積的2倍。

活塞閥底蓋上設置緩衝結構，緩衝結構上設置有環狀槽，活塞閥芯另一端為環狀凸臺結構，環狀凸臺和環狀槽同軸配合，徑向配合間隙為0.5～1mm。

當活塞閥芯高速向右極限位置移動時，活塞閥芯後端的環狀凸臺先進入緩衝結構的環狀槽中，形成環縫節流結構，使被環狀凸臺壓入環狀槽中的空氣不被快速排出，在活塞閥芯的壓縮作用下產生高壓，使活塞閥芯快速停止。

快開鎖緊機構外部為全螺紋，內部為間隔螺紋，儲氣室罐體和快開鎖緊機構通過全螺紋副連接，活塞閥和快開鎖緊機構通過間隔螺紋副連接。

間隔螺紋為n個間隔的螺紋齒，

鎖緊時，推拉機構將活塞閥推入快開鎖緊機構中，快開鎖緊機構被驅動反向旋轉360°/(2n)角度，活塞閥和快開鎖緊機構實現間隔螺紋副連接，活塞閥體第一臺階面與儲氣室罐體的後端面密封；

快開時，快開鎖緊機構被驅動正向旋轉360°/(2n)角度，使活塞閥和快開鎖緊機構脫開，推拉機構將活塞閥從快開鎖緊機構中拉出，解除活塞閥體第一臺階面與儲氣室罐體的後端面密封。

本發明的有益效果：

(1)本發明僅使用充入的高壓驅動氣體作為發射機構的驅動氣源，避免了使用其他外界驅動力需要克服的因高壓驅動氣體產生的高背壓，在大型自由活塞激波風洞中，重活塞的打開速度快；

(2)本發明使用活塞閥芯後腔洩壓的方式進行發射動作操縱，發射機構整體氣路簡單，操縱簡便、可靠；使用在待發射活塞後端抽真空的方法使待發射活塞在活塞閥體中保持靜定，提高了活塞發射性能和可靠性；

(3)本發明對待發射活塞的尺寸和質量適應性廣，能滿足高能脈衝風洞需要的大口徑、重活塞的發射要求。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2為本發明活塞閥體結構示意圖；

圖3為本發明活塞閥芯結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖和具體實施對本發明做進一步詳細的說明。

一種活塞發射裝置，如圖1所示，包括儲氣室罐體2、發射管1、自由活塞13、活塞閥3、推拉機構11、快開鎖緊機構14，

儲氣室罐體2為中空結構，內部充有帶壓介質，儲氣室罐體2內設有支架，實現對發射管1位置的調整及固定，儲氣室罐體2後通孔處設有減摩導向環，對活塞閥3的移動實現導向、減小摩擦。

兩端開有同軸通孔，發射管1為中空通孔結構，其一端外壁設有導向臺，另一端外壁上設有凸臺，發射管1置於儲氣室罐體2中，凸臺根部設置有端面密封調節環，凸臺與儲氣室罐體2前端通孔端面配合，壓緊端面密封調節環形成密封；儲氣室罐體2上設置有洩壓閥和壓力傳感器，

活塞閥3包括活塞閥體、活塞閥芯和活塞閥底蓋，如土、圖3所示，活塞閥體外形為異形同軸迴轉體結構，包括大徑端和小徑端，小徑端前端設有導向槽，小徑端設置有沿周向分布的腰形通孔，腰形通孔總面積不小於發射管1內徑面積的2倍。

活塞閥體壁面內設置真空抽氣管路，真空抽氣管路一端開口位於第三臺階面前端，另一端開口位於活塞閥底蓋上；

導向臺與導向槽配合實現定位密封；

大徑端和小徑端連接處外部為第一臺階面，第一臺階面上設置有密封機構，內部為第二臺階面，在小徑端內部設有第三臺階面，活塞閥芯置於活塞閥體內，可以自由移動，活塞閥芯的一端可與第三臺階面接觸密封，活塞閥芯的另一端上設置有單向閥，活塞閥底蓋安裝於大徑端端面上，活塞閥底蓋上安裝有充氣閥和放氣閥；

自由活塞13安裝於活塞閥3前部空腔，外力作用下可進入發射管1中並軸向移動；

推拉機構11與活塞閥3連接，實現活塞閥3的軸向移動；

快開鎖緊機構14與儲氣室罐體2和活塞閥3分別連接，可實現活塞閥體第一臺階面與儲氣室罐體2的後端面密封與解除。

充氣時，充氣閥向活塞閥3內充入高壓氣體，推動活塞閥芯移動並與第三臺階面壓緊密封，當氣體壓力衝開單向閥時，氣體通過腰形孔進入儲氣室罐體2內，直到壓力升高至儲氣室罐體2的設定壓力，停止充氣；通過真空抽氣管路對自由活塞後部空間抽真空。

發射時，打開放氣閥，活塞閥芯後部壓力迅速下降，在前後壓差作用下，氣體推動活塞閥芯後移，解除第三臺階面的密封，高壓氣體沿腰形孔進入自由活塞13後部，推動自由活塞13進入發射管1，並加速移動；發射後，打開洩壓閥，將儲氣室罐體2內氣體釋放。

活塞閥底蓋上設置緩衝結構，緩衝結構上設置有環狀槽，活塞閥芯另一端為環狀凸臺結構，環狀凸臺和環狀槽同軸配合，徑向配合間隙為0.5～1mm。當活塞閥芯高速向右極限位置移動時，活塞閥芯後端的環狀凸臺先進入緩衝結構的環狀槽中，形成環縫節流結構，使被環狀凸臺壓入環狀槽中的空氣不被快速排出，在活塞閥芯的壓縮作用下產生高壓，使活塞閥芯快速停止。

快開鎖緊機構14外部為全螺紋，內部為間隔螺紋，儲氣室罐體2和快開鎖緊機構14通過全螺紋副連接，活塞閥3和快開鎖緊機構14通過間隔螺紋副連接。

間隔螺紋為n個間隔的螺紋齒，鎖緊時，推拉機構11將活塞閥3推入快開鎖緊機構14中，快開鎖緊機構14被驅動反向旋轉360°/(2n)角度，活塞閥3和快開鎖緊機構14實現間隔螺紋副連接，活塞閥體第一臺階面與儲氣室罐體2的後端面密封；

快開時，快開鎖緊機構14被驅動正向旋轉360°/(2n)角度，使活塞閥3和快開鎖緊機構14脫開，推拉機構11將活塞閥3從快開鎖緊機構14中拉出，解除活塞閥體第一臺階面與儲氣室罐體2的後端面密封。

與傳統小口徑活塞發射機構相比，本活塞發射機構對於活塞口徑的適應度較廣，對大、小口徑和質量輕、重的活塞均有穩定可靠的發射性能，且對待發射活塞的結構沒有要求；與國外同類型風洞的活塞發射機構相比，本活塞發射機構結構更簡單，採用內部的高壓驅動氣體推動活塞閥芯開啟發射氣路，控制上只有充氣、洩壓和真空抽吸三路管路，控制方式簡單、可靠。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並非用來限制本發明的保護範圍。對於本領域的技術人員來說，在不付出創造性勞動的前提下，可以對本發明做出若干的修改和替換，所有這些修改和替換都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。