一种大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置 |
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| 申请号 | CN201610297918.6 | 申请日 | 2016-05-06 | 公开(公告)号 | CN105973078A | 公开(公告)日 | 2016-09-28 |
| 申请人 | 西安近代化学研究所; | 发明人 | 屈可朋; 沈飞; 李亮亮; 何超; 王辉; 肖玮; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种大 质量 弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置，包括 支架 、分离器、减速环、垫板、缓冲胶垫、惰性体和 挡板 。支架为两端带有 法兰 盘、内壁加工有凸台的圆筒体，支架通过法兰盘分别与炮管上的法兰盘以及挡板连接；支架内部安装有分离器、垫板、缓冲胶垫和惰性体。分离器朝向炮管的一端为圆锥形，另一端为圆柱形，且有贯通的台阶式中心通孔，分离器圆锥形一端的外圆周上套有减速环，圆柱形一端由垫板上的中心通孔 定位 。本发明优点在于能够承受较强的冲击 载荷 并可以延长反向冲击载荷作用于弹托的时间，满足大质量弹丸在高撞击速度下的弹丸弹托分离要求，有效避免弹托撞击到目标靶板造成目标靶的附加损伤，且能够重复使用。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置，其特征在于，包括支架(5)、分离器 (10)、减速环（8)、垫板（9)、第一缓冲胶垫（11)、惰性体（12)、第二缓冲胶垫（14)和挡板 (16)。支架（5)为两端带有第一法兰盘(5-1)和第二法兰盘(5-2)、内壁加工有凸台的圆筒 体，在支架(5)靠近炮管（1) 一端的外圆周上开有三个均布的泄气孔(5-2);支架(5)通过第 二法兰盘(5-1)和第三法兰盘(5-2)分别与炮管（1)上的第一法兰盘(2)以及挡板（16)连接； 支架(5)内部安装有分离器(10)、垫板(9)、第一缓冲胶垫（11)、惰性体(12)和第二缓冲胶垫 (14);分离器（10)的一端为圆锥形，另一端为圆柱形，且有贯通的台阶式中心通孔，分离器 (10)圆柱形一端由垫板(9)上的中心通孔定位，分离器（10)圆锥形一端的外圆周上安装有 减速环(8)，减速环(8)为带有中心变径通孔的钢制圆板，中心变径孔的角度与分离器（10) 圆锥段圆锥角的角度一致，减速环(8)的直径与中心变径孔最大孔径之比为2~3:1，在减速 环(8)远离撞击面的一侧加工有4个均布的V型槽，V型槽的深度约为减速环厚度的1/3,角度 范围为50°~70°。 |
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| 说明书全文 | -种大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置技术领域[0001 ]本发明属于高速碰撞实验室试验装置技术领域，设及一种弹丸弹托分离装置，特 别设及一种用于大质量弹丸发射装置的弹丸弹托分离装置。 背景技术[0002] 轻气炮是目前动高压加载最常用的技术之一，能够发射各种形状的弹丸，弹丸的 质量、尺寸和材料有宽广的适用范围。相比于二级轻气炮，一级轻气炮操作简单、口径大，能 够将大质量的弹丸巧~化g)的弹丸加载到400m/sW上，因此常用于各类缩比侵彻战斗部侵 彻机理的研究。因缩比弹形、长径比等的限制，一般需采用次口径发射技术，即：弹体直径小 于一级轻气炮发射管内径，发射时需要弹托结构对沿发射管高速运动的缩比弹进行支撑， 而缩比弹出炮口后需要使弹托和内含的缩比弹分离，仅让缩比弹沿原来的弹道飞行，W免 弹托撞击到目标祀板造成目标祀的附加损伤。 [0003] 在专利号为化201110243861.9的中国发明专利《一种弹丸弹托分离装置》中公开 了一种用于超高速弹丸发射装置的弹丸弹托分离装置，该弹丸弹托分离装置由导向室、支 撑板、分离室、分离块等组成，能够将二级轻气炮发射的质量在1~lOg的弹丸片与其弹托完 全分离，然而，当其用于一级轻气炮发射的大质量弹丸（5~7kg)弹托分离时，存在W下问 题： [0004] 首先，《一种弹丸弹托分离装置》中的导向室与分离室仅靠螺纹连接，两者再依靠 支撑板与炮体的分流室固定，运种连接方式能够承受小质量弹丸的冲击载荷，但随着弹丸 质量的大幅提高（约500~700倍），弹丸弹托分离装置所需承受的冲击载荷必然大幅增加， 使得整套弹丸弹托分离装置的结构强度和稳定性大幅下降，进而可能无法满足要求。[0005 ]其次，根据动量定理，小质量弹丸（1~1 Og)的动量较小，在反向冲击载荷作用下弹 托在较短的时间内便可减速分离。试验结果证明，虽然《一种弹丸弹托分离装置》中分离块 一端的卿趴口在与弹托撞击后迅速跨塌，但其提供的冲量足W满足对小质量弹托的减速分 离。而大质量弹丸巧~化g)的动量大幅增加，实现对其减速分离需要更高的冲量，即需要提 高反向冲击载荷作用于弹托的时间，卿趴口结构显然不能满足要求。 发明内容[0006] 为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种适用于大质量弹丸发射装置的 弹丸弹托分离装置，能够承受较强的冲击载荷并可W延长反向冲击载荷作用于弹托的时 间，能够满足大质量弹丸（5~化g)在高撞击速度(大于400m/s)下的弹丸弹托分离，从而有 效避免弹托撞击到目标祀板造成目标祀的附加损伤，且能够重复使用。 [0007] 本发明提供的大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置，其特征在于，包括支架、 分离器、减速环、垫板、缓冲胶垫、惰性体和挡板。所述支架为两端带有法兰盘、内壁加工有 凸台的圆筒体，在支架靠近炮管一端的外圆周上开有泄气孔，支架通过法兰盘分别与炮管 上的法兰盘W及挡板连接;支架内部安装有分离器、垫板、缓冲胶垫和惰性体。分离器的朝 向炮管的一端为圆锥形，另一端为圆柱形，且有贯通的台阶式中屯、通孔，分离器圆锥形一端 的外圆周上套有减速环，圆柱形一端由垫板上的中屯、通孔定位;所述减速环为带有中屯、变 径通孔的钢制圆板，中屯、变径孔的角度与分离器圆锥段圆锥角的角度一致，在减速环远离 撞击面的一侧加工有均布的V型槽;所述垫板为带有中屯、通孔的圆环体，垫板的一侧由支架 内壁的凸台定位，另一侧安装缓冲胶垫和惰性体;所述缓冲胶垫为带有中屯、通孔的圆板，惰 性体为带有中屯、通孔的圆柱体，垫板、缓冲胶垫和惰性体的厚度之和等于支架内壁凸台到 挡板的距离。 [0008] 本发明的实现还在于:减速环的数量、安装位置W及尺寸参数影响着弹丸弹托分 离的效果。减速环数量越多，减速环破坏时所吸收的动能越多，分离装置作用于弹托的时间 越长，分离效果越好。但安装过多的减速环，会使得减速环间距减小，从而在撞击条件下减 速环难W快速断裂，且产生大量的残渣，影响弹托的运动，因此，减速环数量一般为1~3个， 且在分离器的锥形段上均匀布设，W避免减速环断裂时相互影响。 [0009] 减速环的尺寸参数主要指减速环的直径、厚度、V型槽数量、深度和角度。减速环直 径和厚度越小，其作用面积小，断裂所需能量小，吸收弹托动能的能力较弱，相反，减速环直 径和厚度太大，减速环上会有很大一部分面积未直接碰撞弹托，不利于吸收弹托动能，且厚 度过大使得减速环难W快速断裂W起到吸收弹托动能的作用，弹托所携带的动能容易对整 个弹丸弹体分离装置产生破坏。因此，减速环直径与中屯、变径孔最大孔径之比一般取2~3: 1。减速环的厚度一般取10~15mm。减速环上V型槽起到应力集中的作用，使其破坏更加一致 和均匀，一般取其深度为减速环厚度的1/3，V型槽的数量不宜过多，一般取4~6个，V型槽的 角度取50°~70。 [0010] 本发明的实现还在于:所述分离器的圆锥段长度与圆柱段长度之比约为1:1，圆锥 段的圆锥角约为45%分离器中屯、台阶孔直径较大一端的长度与分离器的总长度之比约为 1:3~4,其直径较分离器圆柱段外径小20~30mm，分离器中屯、台阶孔直径较小一端的内径 比弹丸直径大6~10mm。所述垫板的内径比分离器圆柱段外径大5-lOmm，缓冲胶垫的内孔直 径比分离器圆柱段外径大l〇-15mm，惰性体及挡板的内孔直径与分离器圆柱段外径相等。 [0011] 大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置各部件装配完成后，由压缩气体驱动弹 托载着弹丸沿炮管高速飞行，分离器锥形段与弹托相撞，锥形段起到逐渐扩张弹托内径的 作用，同时，高速飞行的弹托碰撞分离器上套着的减速环，随着减速坏的破坏，吸收弹托所 携带的动能，延长分离装置作用于弹托的时间，实现大质量弹丸弹托的有效分离。与此同 时，支架内部安装的垫板、缓冲胶垫及惰性体一方面对分离器起到支撑作用，更重要的是可 W吸收弹托撞击及其减速过程所产生的冲击能量，提升整套装置的结构强度和抗冲击稳定 性。 [0012] 本发明的大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置，带来的技术效果体现在W下 几个方面： [0013] 1)本发明中支架与炮管间采用法兰盘及高强度螺钉连接，并在分离器后设置多层 缓冲装置，能够有效提升整套装置的结构强度和抗冲击稳定性。 [0014] 2)分离器面向炮管一端为锥形结构，并在锥形结构外圆周上不同位置设置减速 环，减速环的破坏一方面能吸收弹托冲击载荷能量，更重要的能够延长反向冲击载荷作用 于弹托的时间，从而实现大质量弹丸弹托的有效分离。附图说明 [0015] 图1是本发明的大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置（1个减速环)分离瞬间 的结构示意图。 [0016] 图2是本发明的大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置(2个减速环)分离瞬间 的结构示意图。 [0017] 图3是本发明的大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置(3个减速环)分离瞬间 的结构示意图。[001引图4是本发明中支架的结构示意图。 [0019] 图5是本发明中分离器的结构示意图。 [0020] 图6是本发明中减速环V型槽角度为60°时减速环的结构示意图。 [0021] 图中的标号分别表示：1、炮管，2、第一螺钉，3、第一法兰盘，4、第一螺母，5、支架， 6、弹托，7、弹丸，8、减速环，9、垫板，10、分离器，11、第一缓冲胶垫，12、惰性体，13、第二螺 钉，14、第二缓冲胶垫，15、第二螺母，16、挡板，5-1、第一法兰盘，5-2、泄气孔，5-3、第二法兰 盘，5-4、通孔，8-1、第一减速环，8-2、第二减速环，8-Γ、第Ξ减速环，8-2 '、第四减速环，8- 3、第五减速环。 具体实施方式[0023] 实施例1: [0024] 遵从上述技术方案，如图1，图4-图6所示，本发明的第一优选实施例包括支架5、 分离器12、减速环8、垫板9、第一缓冲胶垫11、惰性体12、第二缓冲胶垫14和挡板16。所述支 架5为内壁加工有一个凸台的钢制圆筒体，圆筒体两端分别带有第二法兰盘5-1和第Ξ法兰 盘5-3,第二法兰盘5-1和第Ξ法兰盘5-3上各开有6各均布的通孔5-4,支架5通过第二法兰 盘5-1和第Ξ法兰盘5-3上的通孔5-4用第一螺钉2、第一螺母4、第二螺钉13和第二螺母15分 别与炮管1上的法兰盘3W及挡板16连接;在支架5靠近炮管1 一端的外圆周上开有Ξ个均布 的泄气孔5-2,泄气孔5-2的大小应能够保证分离器10可W顺利穿过;支架5内部安装有分离 器10、垫板9、第一缓冲胶垫11、惰性体12和第二缓冲胶垫14。所述分离器10朝向炮管1 一端 为圆锥形，另一端为圆柱形，且有贯通的台阶式中屯、通孔，分离器10的圆柱段依靠垫板9上 的中屯、通孔定位;分离器10圆锥形一端的外圆周上安装有减速环8、减速环8为带有中屯、变 径通孔的钢制圆板，减速环8与圆锥形口部的间的距离为1/2圆锥形长度;所述垫板9为带有 中屯、通孔的钢制圆环体，其中屯、通孔直径比分离器10圆柱段的外径大5mm，垫板9的一侧由 支架5内壁的凸台定位，另一侧安装有第一缓冲胶垫11和惰性体12和第二缓冲胶垫14;所述 第一缓冲胶垫11和第二缓冲胶垫14均为带有中屯、通孔的圆板，中屯、通孔直径比分离器10圆 柱段的外径大10~15mm，可选用强度较高的橡胶制成，本实施中第一缓冲胶垫11和第二缓 冲胶垫14均为下腊橡胶制成，且两者尺寸相等，中屯、通孔直径均比分离器12圆柱段的外径 大10mm。所述惰性体12为钢制圆筒体，垫板9、第一缓冲胶垫11、惰性体12和第二缓冲胶垫14 的厚度之和等于支架5内壁凸台到挡板16间的距离。所述挡板9为开有中屯、通孔的圆板，沿 圆周方向均布有六个通孔用于和支架5的第Ξ法兰盘5-3连接。炮管1、分离器10、垫板9、第 一缓冲胶垫11、惰性体12、第二缓冲胶垫14和挡板16的中屯、孔同轴设置。 [0025] 所述支架5为两端带有第二法兰盘5-1和第Ξ法兰盘5-2、内壁加工有一个凸台的 钢制圆筒体，在支架5靠近炮管1 一端的外圆周上均布有Ξ个泄气孔5-2,泄气孔5-2的大小 应能够确保分离器12能顺利从其中穿过。沿第二法兰盘5-1和第Ξ法兰盘5-3的圆周各开有 6个通孔5-4,分别用于与炮管1上的第一法兰盘3W及挡板16连接。 [0026] 所述分离器10采用高强度钢制成，靠近炮管1 一端为圆锥形，另一端为圆柱形，且 有贯通的台阶式中屯、通孔;本实施例中，分离器10采用35CrMnSi高强度钢制成圆锥段长度 与圆柱段长度之比约为1:1，圆锥段的圆锥角约为45%分离器10中屯、台阶孔直径较大一端 的长度与分离器10的总长度之比约为1:3,其直径较分离器圆柱段外径小约20mm，分离器10 中屯、台阶孔直径较小一端的内径比弹丸直径大约6mm。 [0027] 所述减速环8为带有中屯、变径通孔的钢制圆板，中屯、变径孔的倾斜角度与分离器 10圆锥段的角度一致，减速环8的直径与中屯、变径孔最大孔径之比为2~3:1，在减速环8远 离撞击面的一侧加工有4个均布V型槽，V型槽的深度约为减速环厚度的1/3,角度范围为50° ~70°，本实施例中，减速环8采用45号钢制成，减速环8直径与中屯、变径孔最大孔径之比为 2:1，厚度为10mm，中屯、变径孔的倾斜角度为45°，V型槽的角度为70°，减速环8与圆锥形口部 间的距离为1/2圆锥形长度。在弹托6的冲击作用下，依靠减速环8的破坏，吸收撞击能量，延 长分离系统作用于弹托6的时间，提高弹托分离的成功率，减速环8上的V型槽起到应力集中 的作用，使其破坏更加一致和均匀。[002引所述垫板9为带有中屯、通孔的钢制圆板，其外径与支架5的内径相等，中屯、通孔直 径较分离器10圆柱段外径大6mm。 [0029] 所述第一缓冲胶垫11和第二缓冲胶垫14均为带有中屯、通孔的圆板，其外径与支架 5的内径相等，可选用强度较高的橡胶制成，本实施中第一缓冲胶垫11和第二缓冲胶垫14均 为下腊橡胶制成，中屯、通孔直径均比分离器10圆柱段的外径大10mm。 [0030] 所述惰性体12为带有中屯、通孔的钢制圆柱体，其外径与支架5的内径相等，内径与 分离器10圆柱段外径相等。 [0031] 所述挡板16为带有中屯、通孔的钢制圆板，其外径与第Ξ法兰盘5-3的外径相等，内 径与分离器10圆柱段外径相等，沿挡板16圆周方向均布有六个通孔用于通过第二螺钉13及 第二螺母15和第Ξ法兰盘5-3连接。 [0032] 本发明的使用方法及工作原理如下:首先将支架5上的第一法兰盘5-1过第一螺钉 2和第一螺母4与炮管1上的第一法兰盘3连接，然后依次从支架5远离炮管1 一侧安装垫板9、 第一缓冲胶垫11、惰性体12和第二缓冲胶垫14,再将挡板16通过第二螺钉13和第二螺母15 与支架5上的第Ξ法兰盘5-3连接。减速环8安装于距离分离器10圆锥形口部1/2圆锥形长度 的位置，减速环8可采用502胶水固定，W防止其脱落;然后将分离器10从支架5的泄气孔5-2 中穿过，安装到垫板9的中屯、孔中，并依靠挡板9定位。大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离 装置各部件装配完成后，由压缩气体驱动弹托6载着弹丸7沿炮管1高速飞行，分离器10锥形 段与弹托6相撞，锥形段起到逐渐扩张弹托6内径的作用，同时，高速飞行的弹托柿並撞分离 器10的锥口 W及分离器10上套着的减速环8,从而吸收弹托6所携带的动能，延长分离装置 作用于弹托6的时间，实现大质量弹丸弹托的有效分离。与此同时，支架5内部安装的垫板9、 第一缓冲胶垫11和第二缓冲胶垫14及惰性体12-方面对分离器10起到支撑作用，更重要的 是可W吸收弹托6撞击及其减速过程所产生的冲击能量，提升整套装置的结构强度和抗冲 击稳定性。 [0033] 表1给出了采用本实施例进行试验的结果，可见，本发明的弹丸弹托分离装置能够 满足大质量弹丸（5~化g)在高速撞击(400~500m/s)条件下的弹丸弹托分离要求。由于本 实施例中仅在分离器10上设置了一个减速环8,减速环8吸收弹托6所携带动能及延长分离 装置作用于弹托6的时间的作用有限，故当撞击速度达到530m/s时，未实行完全分离。 [0034] 表1试验结果 [0035] _ [0036] 实施例2: [0037] 大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置的总体结构和材质同实施例1，第二优 选实施例与第一优选实施例的不同之处是，为使本发明能够在更高的速度下(大于500m/s) 实现弹丸弹托彻底分离，分离器10上安装有两个减速环，分别为第一减速环8-1和第二减速 环8-2,第一减速环8-1和第二减速环8-2与分离器10圆锥形口部的距离分别为0mm，1/2圆锥 形长度，第一减速环8-1和第二减速环8-2的直径与其中屯、变径孔最大孔径之比为2.5:1，厚 度增大到13mm，V型槽的角度减小到60°。在弹托6的冲击作用下，依靠第一减速环8-1和第二 减速环8-2的依次破坏，吸收撞击能量，延长分离系统作用于弹托6的时间，提高弹托分离的 成功率， [0038] 分离器10中屯、台阶孔直径较大一端的长度与分离器10的总长度之比约为1:3.5， 其直径较分离器圆柱段外径小约25mm，分离器10中屯、台阶孔直径较小一端的内径比弹丸直 径大约8mm。所述垫板9的内径比分离器圆柱段外径大8mm，第一缓冲胶垫11和第二缓冲胶垫 14的内孔直径比分离器圆柱段外径大13mm。改变部件尺寸的目的在于，一方面增加整个系 统强度，另一方面为分离器10锥口部分、垫板9、第一缓冲胶垫11和第二缓冲胶垫14的变形 留够足够的空间。 [0039] 表2给出了采用本实施例进行试验的结果，可见，本发明的弹丸弹托分离装置能够 满足大质量弹丸(5~化g)在高速撞击(500~550m/s)条件下的弹丸弹托分离要求。 [0040] 表2试验结果 [0041] [0042] 实施例3: [0043] 大质量弹丸高速撞击下弹丸弹托分离装置的总体结构和材质同实施例1，第Ξ优 选实施例与第一优选实施例的不同之处是，为使本发明能够在更高的速度下(大于550m/s) 实现弹丸弹托完全分离，分离器10上安装有Ξ个减速环，分别为第Ξ减速环8-Γ、第四减速 环8-2'和第五减速环8-3,第Ξ减速环8-Γ、第四减速环8-2'、第五减速环8-3与分离器10圆 锥形口部的距离分别为〇皿，1/3圆锥形长度和1/^3圆锥形长度，第^减速环8-1'、第四减速 环8-2'和第五减速环8-3的直径与其中屯、变径孔最大孔径之比均为3:1，厚度均增大到 15mm，V型槽的角度减小到50°。在弹托6的冲击作用下，依靠第Ξ减速环8-Γ、第四减速环8- 2'及第五减速环8-3的依次破坏，吸收撞击能量，延长分离系统作用于弹托6的时间，提高弹 托分离的成功率， [0044] 分离器10中屯、台阶孔直径较大一端的长度与分离器10的总长度之比约为1:4,其 直径较分离器圆柱段外径小约30mm，分离器10中屯、台阶孔直径较小一端的内径比弹丸直径 大约10mm。所述垫板9的内径比分离器圆柱段外径大10mm，第一缓冲胶垫11和第二缓冲胶垫 14的内孔直径比分离器圆柱段外径大15mm。改变部件尺寸的目的在于，一方面增加整个系 统强度，另一方面为由于撞击速度提高，分离器10锥口部分、垫板9、第一缓冲胶垫11和第二 缓冲胶垫14的变形必然增大，需要为各部件的变形留够足够的空间。 [0045] 表3给出了采用本实施例进行试验的结果，可见，本发明的弹丸弹托分离装置能够 满足大质量弹丸(5~化g)在高速撞击(550~600m/s)条件下的弹丸弹托分离要求。 [0046] 表3试验结果 [0047]'[0048]本发明的大质量弹丸发射装置的弹丸弹托分离装置，能够承受较强的冲击载荷并 可W延长反向冲击载荷作用于弹托的时间，能够满足大质量弹丸在高撞击速度下的弹丸弹 托分离要求，从而有效避免弹托撞击到目标祀板造成目标祀的附加损伤，且能够重复使用， 为各类大质量缩比侵彻战斗部侵彻机理的研究提供了基础条件保障。 |
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