一种浮动双药室平衡炮结构

专利类型 发明公开 法律事件 公开; 实质审查;
专利有效性 实质审查 当前状态 实质审查
申请号 CN202510029799.5 申请日 2025-01-08
公开(公告)号 CN119687720A 公开(公告)日 2025-03-25
申请人 南京理工大学; 申请人类型 学校
发明人 李子杰; 王浩; 崔灿; 第一发明人 李子杰
权利人 南京理工大学 权利人类型 学校
当前权利人 南京理工大学 当前权利人类型 学校
省份 当前专利权人所在省份:江苏省 城市 当前专利权人所在城市:江苏省南京市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:江苏省南京市孝陵卫200号 邮编 当前专利权人邮编:210094
主IPC国际分类 F41A21/36 所有IPC国际分类 F41A21/36F41F1/00
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 6 专利文献类型 A
专利代理机构 南京理工大学专利中心 专利代理人 周瑾;
摘要 本 发明 涉及一种浮动双药室平衡炮结构,包括前身管、第一药室、第二药室、弹丸、平衡体、后身管;前身管,为弹丸的运动段;第一药室,用于装填第一主装药;第二药室,与平衡体紧贴,用于装填第二主装药;弹丸,为主要发射体;平衡体,用于平衡发射弹丸产生的后坐 力 。与 现有技术 相比,通过第一药室、第二药室的设置,在不增加平衡炮最大膛内压力的前提下,增加弹丸的初始运行速度;本发明应用简单的结构和原理,能够解决大口径身管武器高初速指标带来的高膛压问题,实现身管武器的安全试验发射,同时本发明提供的试验装置结构简单,操作简单,安全可靠,经济实惠。
权利要求

1.一种浮动双药室平衡炮结构,其特征在于,包括:前身管、第一药室、第二药室、弹丸、平衡体、后身管;其中前身管为弹丸的运动段;定义弹丸的运动方向为前方,弹丸和第一药室安装在前身管内,弹丸为主要发射体,第一药位于弹丸的后方,第一药室用于装填第一主装药;第二药室、平衡体安装在后身管中,第二药室位于第一药室的后方,平衡体紧贴在第二药室的后方,第二药室用于装填第二主装药;平衡体用于平衡发射弹丸产生的后坐
2.根据权利要求1所述的浮动双药室平衡炮结构,其特征在于,第二药室3包括药室壳体、闭气环、中心孔、膜和封堵;药室壳体外侧有闭气环凹槽,用于放置闭气环;药室壳体上靠近第一药室的端面设置有中心孔;铝膜置于封堵内,封堵固定在中心孔上。
3.根据权利要求1所述的浮动双药室平衡炮结构,其特征在于,当第二药室和平衡体没有分离时,平衡体的速度应满足如下公式:
其中 是次要功系数,M为平衡体质量,ms为第二药室的总质量,vp是平衡体速度,S是身管横截面积,p1是第一主装药产生的推力;
当第二药室和平衡体分离时,平衡体的速度应满足如下公式:
其中p2是第二主装药产生的推力。
4.根据权利要求3所述的浮动双药室平衡炮结构,其特征在于,当第二药室和平衡体没有分离时,第二药室的速度应满足如下公式:
其中 是次要功系数,M为平衡体质量,ms为第二药室的总质量,vs是第二药室速度,S是身管横截面积,p1是第一主装药产生的推力。
当第二药室和平衡体分离时,第二药室的速度应满足如下公式:
其中p2是第二主装药产生的推力。
5.根据权利要求3所述的浮动双药室平衡炮结构,其特征在于,第二药室和平衡体分离时,第二药室压力与第一药室压力满足的条件为:
6.根据权利要求3所述的浮动双药室平衡炮结构,其特征在于,当第二药室和平衡体分离后,第二药室能量方程为:
其中,lψ2为第二药室自由容积缩径长,lp为平衡体行程,lk为第二药室壳体行程,f2第二药室火药力,ω2为第二药室装药量,ψ2为第二药室火药已燃百分数,θ为火药热力参数,va为平衡体和第二药室壳体分离时的速度。

说明书全文

一种浮动双药室平衡炮结构

技术领域

[0001] 本发明涉及兵器发射系统领域,特别是一种浮动双药室平衡炮结构。

背景技术

[0002] 火炮素有“战争之神”之称,一般火炮都是闭膛发射,发射药燃烧产生的高温高压燃气在推动弹丸运动的同时,通过后膛作用于炮身,使炮身发生后坐运动。现代战争要求火炮武器威大、精度高、机动性好。如何降低火炮发射过程中巨大的后坐力,是协调火炮威力、机动性能、射击精度三者之间矛盾的关键。
[0003] 针对如何降低火炮后坐力,国内外先后研究了多种减后坐技术和相应的反后坐装置,不同程度地降低了火炮发射过程中产生的后坐冲量,如无后坐发射技术、炮口制退器技术、前冲技术、二维后坐技术、膨胀波发射技术、电流变技术和磁流变技术等。其中,无后坐发射的途径有两种:一种是通过武器后端喷口排出火药的燃气来抵消后坐推力,从原理上讲,它是火炮与火箭燃烧室的结合体,即常规的无后坐炮;另一种是将平衡体置于膛内,在发射过程中,用平衡体代替燃气从身管后部排出,达到无后坐目的,从原理上讲,这是一种双向发射火炮,采用该种发射原理的火炮即称为平衡炮。
[0004] 目前采用平衡发射原理设计的发射平台,其结构一般中部为药室,药室一侧为弹丸、一侧为平衡体,药室内的发射药被点燃后产生的高温、高压燃气推动弹丸和平衡体向相反的方向运动,直至弹丸和平衡体飞离炮口。恰当地选择弹丸及平衡体的质量比及在膛内的运动行程比,可使两者同时或平衡体稍后脱离炮膛,弹丸获得预期的初速,而炮身既无前冲又无后坐。
[0005] 平衡炮在4轴线方向上作用力基本平衡,达到较高的预期速度,同时炮架承载很小,因而炮口径可以做到很大,由于结构简单故研制成本低、周期短,可以针对特殊需要进行设计和加工,因此是研究大尺寸、大质量试验件的有效试验加载工具。但随着发射质量越来越大,速度越来越高,其膛内最高压力也越来越大,如何解决高膛压问题成为了平衡炮设计中的困难之一。原理上,如果想弹丸获得很高的初速,基本有两种解决途径,第一是加长身管,让弹丸获得更多的膛内加速能量,第二就是加厚身管,让身管能承受更高的膛压。但是限于加工能力及材料性能的原因,这种解决办法越来越难以满足工程实际需求。
[0006] 由此可见,针对大质量高初速的发射指标下,传统的平衡炮结构已经无法实现其功能,试验实施难度大,成本高,试验件笨重。浮动双药室平衡炮结构可以有效解决在不增加膛内最大压力的前提下使得弹丸获得更多的能量,增加弹丸的发射速度。目前对于浮动双药室平衡炮结构未见公开报道。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种浮动双药室平衡炮结构,在不增加平衡炮膛内最大压力的前提下,使得弹丸获得更多的能量,增加弹丸的发射速度,实现大质量高初速的发射指标。
[0008] 实现本发明目的的技术解决方案为:一种浮动双药室平衡炮结构,包括:前身管、第一药室、第二药室、弹丸、平衡体、后身管;其中前身管为弹丸的运动段;定义弹丸的运动方向为前方,弹丸和第一药室安装在前身管内,弹丸为主要发射体,第一药位于弹丸的后方,第一药室用于装填第一主装药;第二药室、平衡体安装在后身管中,第二药室位于第一药室的后方,平衡体紧贴在第二药室的后方,第二药室用于装填第二主装药;平衡体用于平衡发射弹丸产生的后坐力。
[0009] 进一步地,第二药室3包括药室壳体、闭气环、中心孔、膜和封堵;药室壳体外侧有闭气环凹槽,用于放置闭气环;药室壳体上靠近第一药室的端面设置有中心孔;铝膜置于封堵内,封堵固定在中心孔上。
[0010] 进一步地,当第二药室和平衡体没有分离时,平衡体的速度应满足如下公式:
[0011]
[0012] 其中 是次要功系数,M为平衡体质量,ms为第二药室的总质量,vp是平衡体速度,S是身管横截面积,p1是第一主装药产生的推力;
[0013] 当第二药室和平衡体分离时,平衡体的速度应满足如下公式:
[0014]
[0015] 其中p2是第二主装药产生的推力。
[0016] 进一步地,当第二药室和平衡体没有分离时,第二药室的速度应满足如下公式:
[0017]
[0018] 其中 是次要功系数,M为平衡体质量,ms为第二药室的总质量,vs是第二药室速度,S是身管横截面积,p1是第一主装药产生的推力。
[0019] 进一步地,当第二药室和平衡体分离时,第二药室的速度应满足如下公式:
[0020]
[0021] 其中p2是第二主装药产生的推力。
[0022] 进一步地,第二药室和平衡体分离时,第二药室压力与第一药室压力满足的条件为:
[0023]
[0024] 进一步地,当第二药室和平衡体分离后,第二药室能量方程为:
[0025]
[0026] 其中,lψ2为第二药室自由容积缩径长,lp为平衡体行程,lk为第二药室壳体行程,f2第二药室火药力,ω2为第二药室装药量,ψ2为第二药室火药已燃百分数,θ为火药热力参数,va为平衡体和第二药室壳体分离时的速度。
[0027] 本发明与现有技术相比,其显著优点是:本发明提供的浮动双药室平衡炮结构,发射原理简单,结构易于实现,操作简单,安全可靠,经济实惠,无需使用长身管、厚管壁的火炮结构设计,大大简化了以试验为目的的炮射试验,可有效避免复杂且昂贵的试验件带来的安全性、操作性以及维修性问题,可有效节省试验成本和工作量,为开展工程应用中的平衡炮试验的安全可靠性分析提供了一种切实可行的试验方案。附图说明
[0028] 图1是本发明浮动双药室平衡炮结构的剖面图;
[0029] 图2是本发明浮动双药室平衡炮结构的第二药室局部放大图;
[0030] 图3是本发明浮动双药室平衡炮结构的第二药室与中心孔的位置示意图;

具体实施方式

[0031] 下面结合附图1‑3及具体实施例对本发明做进一步的介绍。本发明公开了一个浮动双药室平衡炮结构,通过第一药室、第二药室的设置,在不增加平衡炮最大膛内压力的前提下,增加弹丸的初始运行速度,将长身管厚管壁的平衡炮结构简单化,解决大口径、大质量、高炮口动能的平衡炮试验问题。为平衡炮试验提供有效、可靠的科研试验手段,并可以用于理论与数值研究的试验验证,对平衡炮研制技术的提升及改进提供保障。
[0032] 如图1、图2、图3所示,本次发明的一种浮动双药室平衡炮结构,包括前身管1、第一药室2、第二药室3、弹丸4、平衡体5、后身管6;定义弹丸4的运动方向为前方,弹丸4和第一药室2安装在前身管1内,第一药室2位于弹丸4的后方;第二药室3、平衡体5安装在后身管6中,第二药室3位于第一药室2的后方,平衡体5紧贴在第二药室3的后方。其中前身管1为弹丸4的运动段;;弹丸4为主要发射体;
[0033] 其中,第一药室2为等直径的圆管,其外直径等于前身管的内直径,位于前身管后,用于装填第一主装药。
[0034] 后身管6为等直径的圆管,其内外直径等于前身管的内外直径,后身管6位于第一药2室后端,用于放置平衡体5和第二药室3,并提供平衡体5和第二药室3的运动距离和运动空间。
[0035] 第二药室3置于后身管6内,平衡体5的前方,其内部装有第二主装药。第二药室3与平衡体5紧贴,二者之间不固定,当第二药室压力大于第一药室压力时,第二药室与平衡体分离,第二药室在膛内压力变化下浮动。
[0036] 平衡体5为一实心圆柱体,其直径与后身管6的内径相同,用于平衡发射弹丸产生的后坐力;其上有闭气结构,防止火药燃气泄漏
[0037] 第二药室3包括药室壳体7、闭气环8、中心孔9、铝膜10和封堵11。药室壳体7药室壳体7为圆筒状,外侧有闭气环凹槽,用于放置闭气环8;闭气环8用于防止主装药燃气泄漏;药室壳体7上靠近第一药室的端面设置有中心孔9,封堵11为一个内部中空的非等直径螺栓,外部布有螺纹,使用螺母弹簧垫圈将其拧紧固定在第二药室壳体7上的中心孔9的位置,铝膜10固定在封堵11内阶梯孔的阶梯台端面上,堵住封堵11内的通孔;当达到一定压力后,压紧铝膜10破裂,引燃内部的第二主装药。
[0038] 药室壳体7上靠近平衡体5的一侧,为开放式;所述的第二药室3与平衡体贴紧,无固定连接,当第二药室被点燃后,第二药室与平衡体分离,第二药室在膛内压力变化下浮动。
[0039] 闭气环为直径略大于壳体的尼龙圆环。
[0040] 根据浮动双药室平衡炮结构,弹丸的运动仍然满足:
[0041]
[0042] 其中 是次要功系数,m为弹丸质量,v是弹丸速度,S是前身管横截面积,p1是第一主装药产生的推力。
[0043] 当第二药室和平衡体没有分离时,平衡体的运动满足:
[0044]
[0045] 其中 是次要功系数,M为平衡体质量,ms为第二药室的总质量,vp是平衡体速度,S是身管横截面积,p1是第一主装药产生的推力。
[0046] 当第二药室和平衡体分离时,平衡体的运动满足:
[0047]
[0048] 其中p2是第二主装药产生的推力。
[0049] 当第二药室和平衡体没有分离时,第二药室的运动满足:
[0050]
[0051] 其中 是次要功系数,M为平衡体质量,ms为第二药室的总质量,vs是第二药室速度,S是身管横截面积,p1是第一主装药产生的推力。
[0052] 当第二药室和平衡体分离时,第二药室的运动满足:
[0053]
[0054] 其中p2是第二主装药产生的推力。
[0055] 第二药室和平衡体分离时刻为:
[0056]
[0057] 当第二药室和平衡体分离后,第二药室能量方程为:
[0058]
[0059] 其中lψ2为第二药室自由容积缩径长,lp为平衡体行程,lk为第二药室壳体行程,f2第二药室火药力,ω2为第二药室装药量,ψ2为第二药室火药已燃百分数,θ为火药热力参数,va为平衡体和第二药室壳体分离时的速度。
[0060] 工作原理为:试验前,将弹丸4置于前身管1后端,即第一药室2的前端,将第一主装药置于第一药室2中。将闭气环8套在第二药室壳体7外侧,将铝膜10使用封堵11覆盖在中心孔9上,将第二主装药装在第二药室壳体7中。将第二药室3置于第一药室2后端,即后身管6的前端。将平衡体5置于第二药室3后面,紧贴着第二药室3。点火击发后,第一主装药被点燃,推动弹丸4在前身管1中运动,同时推动第二药室3和平衡体5共同在后身管6中向后运动。当第一药室2内的火药燃气压力增大到大于铝膜10的破裂阈值后,铝膜10破裂,第二主装药被引燃;第二药室3的内的燃气压力逐渐增大,平衡体5受到向后身管6方向的力,将第二药室3和平衡体5分开;第二药室3受到向前身管1的方向的力,进而抑制了第二药室3的运动,阻滞了第一主装药产生的压力的下降梯度,从而间接增加了膛内的压力,即增加了推动弹丸4的能量,使弹丸4获得更高的初速。第二药室3在第一药室2产生的燃气压力和第二药室3产生的燃气压力的作用下左右浮动;最后弹丸4从前身管1中运动出去,平衡体从后身管6中运动出去,第二药室3随后从后身管6中运动出去。
[0061] 本发明设计的浮动双药室平衡炮结构,在保证平衡炮膛内最大压力不增加的前提下,增加了弹丸的出炮口速度,有效实现了大口径大质量高初速的发射性能。
[0062] 具体的,本实施例中的身管为炮材料加工的等直径具有一定厚度的圆管,总长30.0m,壁厚200mm;前身管内径为600mm,长度20.0;药室长度为5.0m,内径680mm;后身管长度约5.0m,内径600mm。弹丸质量约1000kg,炮口初速约1000m/s,平衡体由内弹道模型匹配出相应的总质量。
[0063] 针对本实施例中的浮动双药室平衡炮结构,在不增加最大膛压的前提下,提高的弹丸的初速,达到了设计目的。
[0064] 本发明提供的浮动双药室平衡炮结构原理简单,结构易于实现,较大程度的利用了原有试验组件,极大降低了试验的难度和成本。不需要增加身管的长度和壁厚,即可实现大口径大质量高初速的发射性能。
[0065] 以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员而言,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的本质和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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