一种以爆轰方式驱动的气炮及强激波发生装置的制作方法

本发明涉及爆炸与冲击实验，尤其涉及一种以爆轰方式驱动的气炮及强激波发生装置。

背景技术：

1、燃烧与爆轰具有高效的能量转化效率，已经广泛应用于实验室中各类动高压实验装置，其中具有代表性的有爆轰驱动燃烧气炮动模发射平台和爆轰驱动激波管/风洞，前者用于驱动高速弹丸，后者则用来产生建立高晗高速气流所需的强激波。在这些设备中，最核心的部件是爆轰驱动器，在其中传播的爆轰波承担“反应活塞”的作用，释放预混可燃气体的化学能，使之成为高温高压爆轰产物。因此，爆轰驱动器的效率决定了后续驱动弹丸的速度或者实验气流的品质。在已有研究中，这种爆轰驱动器主要有三种工作模式：正向爆轰、反向爆轰和多点点火诱导低速爆燃。正向爆轰模式是燃烧气炮中驱动弹丸最常见的方式，但在超高速范围内，其效果不甚理想，所能实现的出口速度很难超过3.5km/s，这主要是因为爆轰波后发展的泰勒膨胀致使弹底压力降低明显；反向爆轰能够获得较平稳的驱动压力，因此常用来驱动高晗激波管/风洞，以获得较高的流场品质，但同时也舍弃了蕴藏在爆轰波头中宝贵的动能和内能；多点点火模式的驱动效率被证实相比爆轰模式仍显不足。

2、为突破现有爆轰驱动器工作模式的限制，同时保证其简单易操作性，需要进一步发掘燃烧与爆轰驱动的潜力，探索新的工作模式，提升燃烧气炮的运行效率以及为强激波的生成提供一种可行方案。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种以爆轰方式驱动的气炮及强激波发生装置，能够解决现有技术中爆轰驱动方式的效率较低的技术问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种以爆轰方式驱动的气炮发生装置，包括：

3、自后向前依次连接的爆轰管、熄爆管、汇聚管和发射管；所述爆轰管的后端封闭，所述爆轰管内具有可燃气体；所述熄爆管内具有阻燃气体；所述汇聚管的内径自后向前逐渐缩小，所述汇聚管内具有可燃气体；

4、点火器，所述点火器设置于所述爆轰管的后端壁上；

5、第一阻隔片，所述第一阻隔片设置于所述爆轰管与所述熄爆管的连接处；

6、第二阻隔片，所述第二阻隔片设置于所述熄爆管与所述汇聚管的连接处；

7、第三阻隔片，所述第三阻隔片设置于所述汇聚管与所述发射管的连接处；

8、弹丸，所述弹丸设置于所述发射管内，且距离所述第三阻隔片的间距小于预设值。

9、优选的，所述爆轰管、所述熄爆管和所述发射管均为具有恒定圆形内截面的直筒形结构，所述汇聚管为具有圆形内截面的筒形结构，所述爆轰管的内径、所述熄爆管的内径和所述汇聚管的后端面内径均相同，所述汇聚管的前端面内径与所述发射管的内径相同。

10、优选的，所述爆轰管、所述熄爆管、所述汇聚管和所述发射管均同轴。

11、优选的，所述汇聚管的壁面型线自后向前依次包括平直线段、曲线段和斜直线段。

12、优选的，所述第一阻隔片、所述第二阻隔片和所述第三阻隔片均为涤纶膜片。

13、根据本发明的另一方面，提供了一种以爆轰方式驱动的强激波发生装置，包括：

14、自后向前依次连接的爆轰管、熄爆管、汇聚管和发射管；所述爆轰管的后端封闭，所述爆轰管内具有可燃气体；所述熄爆管内具有阻燃气体；所述汇聚管的内径自后向前逐渐缩小，所述汇聚管内具有可燃气体；

15、点火器，所述点火器设置于所述爆轰管的后端壁上；

16、第一阻隔片，所述第一阻隔片设置于所述爆轰管与所述熄爆管的连接处；

17、第二阻隔片，所述第二阻隔片设置于所述熄爆管与所述汇聚管的连接处；

18、第三阻隔片，所述第三阻隔片设置于所述汇聚管与所述发射管的连接处。

19、优选的，所述爆轰管、所述熄爆管和所述发射管均为具有恒定圆形内截面的直筒形结构，所述汇聚管为具有圆形内截面的筒形结构，所述爆轰管的内径、所述熄爆管的内径和所述汇聚管的后端面内径均相同，所述汇聚管的前端面内径与所述发射管的内径相同。

20、优选的，所述爆轰管、所述熄爆管、所述汇聚管和所述发射管均同轴。

21、优选的，所述汇聚管的壁面型线自后向前依次包括平直线段、曲线段和斜直线段。

22、优选的，所述第一阻隔片、所述第二阻隔片和所述第三阻隔片均为涤纶膜片。

23、应用本发明的技术方案，通过设置熄爆管和内径自后向前逐渐缩小的汇聚管来实现以爆轰“熄灭-汇聚-再起爆”方式驱动气炮及强激波生成。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

24、1、采用爆轰“熄灭-汇聚-再起爆”工作模式，相比传统的正向爆轰工作模式，气体热力学状态的提升结合了多种压缩和加热机制，这将明显超过传统爆轰驱动器的性能极限，提高了运行效率；

25、2、利用了反向传播的爆轰波，很大程度上避免了传统的正向爆轰工作模式中泰勒膨胀对驱动压力的削弱作用；

26、3、相比传统正向爆轰工作模式虽增加了熄爆管的配置，但仍具有简单易操作的优良性质。

技术特征：

1.一种以爆轰方式驱动的气炮发生装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的气炮发生装置，其特征在于，所述爆轰管(1)、所述熄爆管(2)和所述发射管(4)均为具有恒定圆形内截面的直筒形结构，所述汇聚管(3)为具有圆形内截面的筒形结构，所述爆轰管(1)的内径、所述熄爆管(2)的内径和所述汇聚管(3)的后端面内径均相同，所述汇聚管(3)的前端面内径与所述发射管(4)的内径相同。

3.根据权利要求1或2所述的气炮发生装置，其特征在于，所述爆轰管(1)、所述熄爆管(2)、所述汇聚管(3)和所述发射管(4)均同轴。

4.根据权利要求1至3中任一所述的气炮发生装置，其特征在于，所述汇聚管(3)的壁面型线自后向前依次包括平直线段、曲线段和斜直线段。

5.根据权利要求1所述的气炮发生装置，其特征在于，所述第一阻隔片(6)、所述第二阻隔片(7)和所述第三阻隔片(8)均为涤纶膜片。

6.一种以爆轰方式驱动的强激波发生装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的强激波发生装置，其特征在于，所述爆轰管(1)、所述熄爆管(2)和所述发射管(4)均为具有恒定圆形内截面的直筒形结构，所述汇聚管(3)为具有圆形内截面的筒形结构，所述爆轰管(1)的内径、所述熄爆管(2)的内径和所述汇聚管(3)的后端面内径均相同，所述汇聚管(3)的前端面内径与所述发射管(4)的内径相同。

8.根据权利要求6或7所述强激波发生装置，其特征在于，所述爆轰管(1)、所述熄爆管(2)、所述汇聚管(3)和所述发射管(4)均同轴。

9.根据权利要求6或7所述的强激波发生装置，其特征在于，所述汇聚管(3)的壁面型线自后向前依次包括平直线段、曲线段和斜直线段。

10.根据权利要求6所述的强激波发生装置，其特征在于，所述第一阻隔片(6)、所述第二阻隔片(7)和所述第三阻隔片(8)均为涤纶膜片。

技术总结本发明提供了一种以爆轰方式驱动的气炮及强激波发生装置，该气炮发生装置和强激波发生装置均包括：自后向前依次连接的爆轰管、熄爆管、汇聚管和发射管；爆轰管的后端封闭，爆轰管内具有可燃气体；熄爆管内具有阻燃气体；汇聚管的内径自后向前逐渐缩小，汇聚管内具有可燃气体；点火器，点火器设置于爆轰管的后端壁上；第一阻隔片，第一阻隔片设置于爆轰管与熄爆管的连接处；第二阻隔片，第二阻隔片设置于熄爆管与汇聚管的连接处；第三阻隔片，第三阻隔片设置于汇聚管与发射管的连接处；该气炮发生装置还包括弹丸，弹丸设置于发射管内，且距离第三阻隔片的间距小于预设值。本发明能够解决现有技术中爆轰驱动方式的效率较低的技术问题。技术研发人员：薄靖龙,侯自豪,毛凯,李少伟,罗星东,张珅榕,袁雅,余笔超受保护的技术使用者：中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院）技术研发日：技术公布日：2024/6/2