本發(fā)明屬于超高速碰撞加載試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三級輕氣炮。

背景技術(shù)：

輕氣炮能夠驅(qū)動不同材料、不同形狀的彈丸或飛片，進(jìn)行各種高速超高速碰撞的實驗，在動能武器毀傷效應(yīng)研究、地球空間物理研究、航天器防護(hù)研究以及高應(yīng)變率下的材料性能研究等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，是目前國內(nèi)外最為通用的高速、超高速加載手段。三級輕氣炮采用三級驅(qū)動方式。

國外三級輕氣炮通常采用火藥驅(qū)動。火藥的使用，會造成實驗室環(huán)境污染，并且對實驗室提出了火工品的安全保障要求，同時也增加了清潔炮管的難度和工作量，既提高了實驗成本，也影響實驗效率?，F(xiàn)有的高壓氮氣驅(qū)動三級炮相比火藥低污染，但是要達(dá)到8km/s的發(fā)射速度已經(jīng)接近極限，這要求氮氣氣壓在18MPa以上，對三級炮一級靶室的制作工藝有很嚴(yán)苛的要求，也沒有加載到更高速度的潛力。高壓氮氣驅(qū)動的三級炮能夠加載的彈丸質(zhì)量也小于1g。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：一種比高壓氮氣加載能力更強(qiáng)、低污染、穩(wěn)定發(fā)射1g彈丸速度超過10km/s的三級輕氣炮。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于氫氧混合爆轟驅(qū)動的三級輕氣炮，它包括：尾部設(shè)有點火裝置的燃燒室，與燃燒室連接的一級泵管，設(shè)置在燃燒室，與一級泵管連接處的一級膜片；連接一級泵管與二級泵管的第一高壓錐段，設(shè)置在第一高壓錐段與二級泵管連接處的二級膜片；連接二級泵管與發(fā)射管的第二高壓錐段；設(shè)置在第二高壓錐段與發(fā)射管連接處的三級膜片；

一級活塞設(shè)置在一級泵管內(nèi)，二級活塞設(shè)置在二級泵管內(nèi)，發(fā)射管內(nèi)設(shè)彈丸，且發(fā)射管與靶室連接；

一級泵管的內(nèi)徑與二級泵管內(nèi)徑的比值在2～4，二級泵管的內(nèi)徑與發(fā)射管內(nèi)徑的比值在3～5；

一級泵管的長徑比為3～5，二級泵管的長徑比為4～7，發(fā)射管的長徑比為1～2；

第一高壓錐段的錐角為5°～25°；第二高壓錐段的錐角為5°～25°；

燃燒室內(nèi)高壓的氫氣、氧氣與氮氣的混合氣體，一級泵管、二級泵管內(nèi)分別充入氫氣，發(fā)射管抽真空處理。

本發(fā)明的具體過程：氫氣、氧氣混合氣體儲存在燃燒室內(nèi)，發(fā)射時通過點火裝置點火，使得氫氧爆轟產(chǎn)生高溫高壓氣體，高溫高壓氣體使得燃燒室與一級泵管之間的一級膜片破裂，驅(qū)動一級活塞運動；一級活塞壓縮一級泵管內(nèi)氣體使其到達(dá)高壓狀態(tài)，第一高壓錐段與二級泵管之間的二級膜片在一定壓力下破裂，一級泵管內(nèi)氣體繼續(xù)驅(qū)動二級活塞，二級活塞壓縮二級泵管內(nèi)氣體使其到達(dá)高壓狀態(tài)，第二高壓錐段與發(fā)射管之間的三級膜片在一定壓力下破裂，二級泵管內(nèi)氣體驅(qū)動彈丸在發(fā)射管內(nèi)加速運動，在出發(fā)射管時加速到目標(biāo)速度。

有益效果：1、本發(fā)明采用氫氧混合氣體作為驅(qū)動源，相比于火藥的驅(qū)動源，明顯減少了實驗產(chǎn)生的不環(huán)保因素，降低了存儲火藥帶來的不安全不穩(wěn)定風(fēng)險，提高了輕氣炮的實驗效率，有利于輕氣炮技術(shù)的推廣和使用。

2、本發(fā)明相比于高壓氮氣的驅(qū)動源，能夠穩(wěn)定驅(qū)動質(zhì)量小于或者等于1g的彈丸；在目標(biāo)速度相同時，上述燃燒室比高壓氮氣驅(qū)動三級炮的一級氣室所需要的氣壓低的多，大大降低了制造輕氣炮的制造工藝難度；在相同的制造工藝耐壓強(qiáng)度下，氫氧混合爆轟驅(qū)動的三級炮能夠加載相同的彈丸到達(dá)更高的速度范圍。

3、本發(fā)明采用三級驅(qū)動方式，可提高氣炮的能量利用效率，使三級炮的穩(wěn)定發(fā)射速度超過10km/s。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中第二高壓錐段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為用于計算本發(fā)明彈丸速度的磁測速裝置測量的實驗波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

參見附圖1，基于氫氧混合爆轟驅(qū)動的三級輕氣炮，它包括：尾部設(shè)有點火裝置1的燃燒室2，與燃燒室2連接的一級泵管4，設(shè)置在燃燒室2與一級泵管4連接處的一級膜片；連接一級泵管4與二級泵管7的第一高壓錐段5，設(shè)置在第一高壓錐段5與二級泵管7連接處的二級膜片；連接二級泵管7與發(fā)射管10的第二高壓錐段8；設(shè)置在第二高壓錐段8與發(fā)射管10連接處的三級膜片；

一級活塞3設(shè)置在一級泵管4內(nèi)一級膜片所在端，二級活塞6設(shè)置在二級泵管7內(nèi)二級膜片所在端，發(fā)射管10內(nèi)三級膜片所在端設(shè)置彈丸9，且發(fā)射管10與靶室連接，靶室內(nèi)設(shè)有靶板；

一級泵管4的內(nèi)徑與二級泵管7內(nèi)徑的比值在2～4，二級泵管7的內(nèi)徑與發(fā)射管10內(nèi)徑的比值在3～5；

一級泵管4的長徑比為3～5，二級泵管7的長徑比為4～7，發(fā)射管10的長徑比為1～2；

高壓錐段1與高壓錐段2錐角的數(shù)值在5°～25°。

參見附圖2，此為第二高壓錐段的簡單示意圖：第二高壓錐端8是一個圓臺結(jié)構(gòu)，連接二級泵管7和發(fā)射管10，錐角的數(shù)值在5°～25°，二級膜片放置在第二高壓錐段8和發(fā)射管10的連接處。第二高壓錐段起一個密封與過渡作用。

燃燒室2內(nèi)充入壓力高壓氫氣、氧氣與氮氣的混合氣體，一級泵管4、二級泵管7內(nèi)分別充入氫氣，發(fā)射管10抽真空處理。

下表為發(fā)射實驗數(shù)據(jù)，實驗采用球形彈丸，彈丸直徑為5mm，材料為鋁。結(jié)合附圖3，可知，試驗3中的彈丸發(fā)射速度到達(dá)18.55km/s。

綜上，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。