用于反应气体炮的点火装置及反应气体炮

1.本发明涉及一种点火装置，具体涉及一种用于反应气体炮的点火装置，属于气体炮技术领域。

背景技术：

2.在航空、航天、军工等领域，随着近年来科研经费的不断增加，各种发射需求与日俱增。由于国内对火工品严格管制，迫使大家转向非火工品发射技术的研究。代表性的非火工品发射技术有高压气体驱动技术(冷驱动，气体压强在20mpa～30mpa)和反应气体爆轰驱动技术(热驱动，气强压力在2mpa～8mpa)，后者一般使用高压反应气体(如氢气、甲烷等)爆轰作为弹丸的驱动能量来源，有效解决了高压气体驱动能量不足的问题，成为最近关注的重点。
3.由于反应气体压强大于1mpa后，现有高压放电点火装置(火花塞)不能有效工作，因此对于反应气体炮一般采用等离子体点火方式，采用等离子体点火的反应气体炮的结构形式如图1所示，包括同轴设置的爆轰反应室1和发射管4，弹体3位于发射管4内，爆轰反应室1与发射管4之间通过金属膜片2隔开；在爆轰反应室1上通过炮闩1-1安装有等离子体点火头1-2。其原理是通过大电流使箔形或丝形材料瞬间转化成高温等离子体，进而使高压反应气体产生爆轰完成发射动作。其缺点在于每发射一次就需要更换等离子体点火头，由于等离子体点火头不能重复使用，使得反应气体炮很难实现自动发射。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种用于反应气体炮的点火装置，通过机械降压方式，使其能够使用火花塞对低压反应气体进行点火，爆轰产物向高压区流动进而实现高压区反应气体成功点火，该点火装置能够重复使用，为实现反应气体炮的自动发射提供基础。
5.用于反应气体炮的点火装置，包括：
6.一端开口一端封闭端的外筒；
7.套装在所述外筒内部，能够沿所述外筒轴线移动的t形活塞；
8.设置在点火腔内的火花塞；所述点火腔为所述外筒内部封闭端与所述t形活塞水平端之间的密闭空间；
9.设置在所述外筒内部封闭端与所述t形活塞水平端之间始终处于压缩状态的上位弹簧；
10.套装在所述t形活塞竖直端外部始终处于压缩状态的下位弹簧；所述下位弹簧的一端与t形活塞连接，另一端与限位环抵触；所述限位环固接在所述外筒的开口端，且与所述t形活塞的竖直端滑动配合；
11.所述t形活塞内部加工有与反应气体炮的爆轰反应室连通的注气孔；所述外筒的筒壁内分别设置有与点火腔连通的注气侧孔和与所述爆轰反应室连通的排气侧孔；
12.爆轰反应室注气前，所述注气孔与注气侧孔不连通，排气侧孔与点火腔不连通；
13.当爆轰反应室内注气后，所述t形活塞向点火腔移动，注气孔与注气侧孔连通；当所述火花塞点火后，所述t形活塞向爆轰反应室移动，所述排气侧孔与点火腔连通。
14.作为本发明的一种优选方式：所述外筒的封闭端通过上帽封闭，所述上帽朝向外筒内部一端的端面加工有用于安装火花塞的安装槽。
15.作为本发明的一种优选方式：所述上位弹簧的一端与t形活塞的水平端抵触连接，另一端与上帽抵触。
16.作为本发明的一种优选方式：所述t形活塞水平端的端面面积为竖直端端面面积的10倍。
17.此外，本发明提供一种反应气体炮，在所述反应气体炮的爆轰反应室安装有上述点火装置。
18.优选的，所述点火装置与爆轰反应室螺纹连接。
19.优选的，当所述爆轰反应室的长径比大于5时，沿所述爆轰反应室的轴向间隔布置两个以上所述点火装置；且相邻自动点火装置之间的距离相等且不小于2倍爆轰反应室的长径比。
20.优选的，当爆轰反应室的直径与发射管的直径之比大于5时，沿爆轰反应室的周向间隔布置两个以上所述点火装置。
21.有益效果：
22.(1)本发明通过t形活塞形成的压力差，在点火装置内部的点火腔形成低压区；爆轰反应室在注气时可以向点火腔内注气，且点火腔内的压力能够使火花塞有效工作，进而可以使用火花塞对低压反应气体进行点火，爆轰产物向高压区流动进而实现高压区反应气体成功点火；该点火装置可靠、成本低且能够重复使用，点火方案(点火腔内形成低压环境后，外部控制点活塞点火)通过爆轰反应室注气过程形成的压力差和低压区爆轰产物形成的压力差自动完成，全程不需要手动干预，为实现反应气体炮的自动发射提供基础。
23.(2)该点火装置可以安装在爆轰反应室的任何位置，不同安装位置时只需通过调节上位弹簧和下位弹簧，使注气前t形活塞能够保持在设定位置即可。
24.(3)该点火装置结构简单，可使用螺纹与爆轰反应室相连。
25.(4)该点火装置可以依据使用需求在爆轰反应室上多点布置，又可以自动控制，可以基于此设计更为复杂的时序点火系统。
26.(5)当爆轰反应室的长径比大于5时，使用多个点火装置沿爆轰反应室的轴向间隔布置，能够解决爆轰反应室长度过长，单个点火装置无法稳定起爆的问题。
附图说明
27.图1为现有技术中使用等离子体点火的反应气体炮结构示意图；
28.图2为本发明的自动点火装置的内部结构示意图；
29.图3为注气前，该点火装置内部各气孔之间的相对位置关系；
30.图4为注气后，该点火装置内部各气孔之间的相对位置关系；
31.图5为点火后，该点火装置内部各气孔之间的相对位置关系；
32.图6为使用本发明的自动点火装置的反应气体炮的结构示意图；
33.图7为实施例2中点火装置在反应气体炮上的布局示意图；
34.图8为实施例3中点火装置在反应气体炮上的布局示意图。
35.其中：1爆轰反应室，1-1炮闩，1-2等离子体点火头；2金属膜片；3弹体；4发射管；5点火装置；5-1上帽；5-2火花塞；5-3外筒，5-3-1注气侧孔，5-3-2排气侧孔，5-3-3限位环；5-4上位弹簧；5-5t形活塞，5-5-1注气孔；5-6下位弹簧。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例，对本发明做进一步的详细说明。
37.实施例1：
38.本实施例提供一种用于反应气体炮的点火装置，通过机械降压方式，降低火花塞所在腔室内反应气体的压强，使火花塞能够运用在反应气体炮上。
39.如图2所示，该点火装置5包括：上帽5-1、火花塞5-2、外筒5-3、上位弹簧5-4、t形活塞5-5和下位弹簧5-6；外筒5-3为两端开口的筒形结构，上帽5-1同轴固接在其一端开口处(如上帽5-1一端伸入外筒5-3内部与外筒螺纹连接)；上帽5-1朝向外筒内部一端的端面加工有用于安装火花塞5-2的安装槽；火花塞5-2螺纹连接在该安装槽的中心位置；外筒5-3另一端开口内部同轴套装有限位环5-3-3(限位环5-3-3与外筒5-3固定连接)；t形活塞5-5同轴设置在外筒5-3内部，其水平端与外筒5-3内壁面滑动配合，竖直端与限位环5-3-3内壁面滑动配合，由此使t形活塞5-5能够沿外筒5-3的轴线移动；其中外筒5-3内部上帽5-1与t形活塞5-5水平端之间的腔室为点火腔。限位环5-3-3的厚度大于t形活塞5-5的上移行程，使t形活塞5-5运动过程中，其竖直端始终位于限位环5-3-3的中心孔内。
40.令t形活塞5-5水平端的两个端面中与竖直端相连的端面为端面a，另一个端面为端面b；t形活塞5-5水平端的端面b朝向火花塞5-2；t形活塞5-5的水平端与上帽5-1之间设置有上位弹簧5-4(即上位弹簧5-4的一端与t形活塞5-5的水平端抵触连接，另一端与上帽5-1抵触)。t形活塞5-5的竖直端外圆周套装有下位弹簧5-6，下位弹簧5-6的一端与t形活塞5-5的水平端的端面a抵触连接，另一端与限位环5-3-3抵触。初始状态以及t形活塞5-5的运动过程中，上位弹簧5-4和下位弹簧5-6始终处于压缩状态。
41.若该点火装置水平安装，则注气前，调整上位弹簧5-4和下位弹簧5-6的弹力平衡(两者均处于压缩状态且弹力相同)，使t形活塞5-5保持初始位置不动。
42.若该点火装置竖直安装，则注气前，调整上位弹簧5-4和下位弹簧5-6的弹力，使t形活塞5-5的自重、上位弹簧5-4的弹力、下位弹簧5-6的弹力三者平衡，进而使t形活塞5-5保持初始位置不动。如若该点火装置竖直安装在爆轰反应室1的上方，则为了使三者平衡，应使上位弹簧5-4的弹力+t形活塞5-5的自重＝下位弹簧5-6的弹力；若该点火装置竖直安装在爆轰反应室1的下方，则为了使三者平衡，应使下位弹簧5-6的弹力+t形活塞5-5的自重＝上位弹簧5-4的弹力。
43.t形活塞5-5内部加工有注气孔5-5-1；注气孔5-5-1的一端位于t形活塞5-5的竖直端内部，并与爆轰反应室1连通，另一端位于t形活塞5-5的水平端内部且沿t形活塞5-5水平端的半径方向贯通t形活塞5-5。
44.外筒5-3的筒壁内分别设置有注气侧孔5-3-1和排气侧孔5-3-2，其中注气侧孔5-3-1位于注气孔5-5-1水平部分的开口侧；爆轰反应室1内注气前，注气孔5-5-1与注气侧孔5-3-1不连通，当爆轰反应室1内注气后，推动t形活塞5-5向点火腔移动，使注气孔5-5-1与
注气侧孔5-3-1连通。
45.排气侧孔5-3-2的一端与爆轰反应室1连通，另一端的位置满足：轰反应室1内注气前，排气侧孔5-3-2与点火腔不连通，火花塞5-2点火推动t形活塞5-5向爆轰反应室1移动后，排气侧孔5-3-2与点火腔连通。
46.使用时，如图6所示，将该点火装置与爆轰反应室1采用螺纹相连，使注气孔5-5-1与爆轰反应室1连通。注气前，点火腔、爆轰反应室1均为真空状态(外筒5-3内部下位弹簧5-6的容纳腔始终为真空状态)。
47.该点火装置的工作原理为(以该点火装置竖直安装在爆轰反应室1的上方为例)：
48.如图3所示，注气前，t形活塞5-5的自重、上位弹簧5-4的弹力以及下位弹簧5-6的弹力三者平衡，使t形活塞5-5保持初始位置不动，此时注气孔5-5-1与注气侧孔5-3-1不连通，排气侧孔5-3-2与点火腔不连通。
49.如图4所示，当向爆轰反应室1内注入高压反应气体后，高压反应气体推动t形活塞5-5向点火腔运动，使得t形活塞5-5上的注气孔5-5-1与外筒5-3上的注气测孔5-3-1形成通路，使反应气体进入点火腔；此时上位弹簧5-4被进一步压缩，而下位弹簧5-6的压缩量减小。
50.当点火腔内注入反应气体后，由于t形活塞5-5两端面(位于点火腔的水平端端面和竖直端端面)的面积不同，当点火腔与注气腔压力平衡，t形活塞5-5不再运动时，此时：
51.本例中由于s1约为10s2，当f1+mg+p1s1＝f2+p2s2时，t形活塞5-5形成平衡，且由于上位弹簧5-4和下位弹簧5-6的位移量较小，使得p1约为p2的1/10，进而在点火腔形成相对的低压区，使火花塞5-2能够有效工作。
52.其中f1为上位弹簧5-4此时的弹力，mg为t形活塞5-5的重力，f2为上位弹簧5-4此时的弹力，p1为点火腔内的压强，s1为t形活塞5-5水平端的端面b的面积；p2为爆轰反应室1内的压强，s1为t形活塞5-5竖直端的端面面积。
53.第三步，在点火腔(即低压区)内通过火花塞5-2对低压反应气体点火；点火后，点火腔内产生爆轰产物使得点火腔内的压强增大，推动t形活塞5-5向下移动，使得排气侧孔5-3-2与爆轰反应室1(即高压区)连通，如图5所示；此时点火腔内的爆轰产物通过排气侧孔5-3-2向爆轰反应室1(即高压区)流动进而实现高压区内反应气体成功点火。
54.发射结束后，爆轰反应室1抽真空，并通过t形活塞5-5上下的压差排除低压区的残余气体，使t形活塞5-5恢复到如图3所示的初始状态。
55.实施例2：
56.在上述实施例1的基础上，如图7所示，当爆轰反应室1的长径比大于5时，使用多个点火装置5沿爆轰反应室1的轴向间隔布置，相邻点火装置5之间的距离相等且不小于2倍长径比，由此解决爆轰反应室长度过长，单个点火装置无法稳定起爆的问题。
57.实施例3：
58.在上述实施例1的基础上，如图8所示，当爆轰反应室1的直径与发射管的直径之比大于5时，使用多个点火装置5沿爆轰反应室1的周向间隔布置，如当需要设置三个点火装置5时，在爆轰反应室1外圆周的竖向两相对端以及水平径向的一端各布置一个点火装置5。
59.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，
在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：

1.用于反应气体炮的点火装置，其特征在于：包括：一端开口一端封闭端的外筒；套装在所述外筒内部，能够沿所述外筒轴线移动的t形活塞；设置在点火腔内的火花塞；所述点火腔为所述外筒内部封闭端与所述t形活塞水平端之间的密闭空间；设置在所述外筒内部封闭端与所述t形活塞水平端之间始终处于压缩状态的上位弹簧；套装在所述t形活塞竖直端外部始终处于压缩状态的下位弹簧；所述下位弹簧的一端与t形活塞连接，另一端与限位环抵触；所述限位环固接在所述外筒的开口端，且与所述t形活塞的竖直端滑动配合；所述t形活塞内部加工有与反应气体炮的爆轰反应室连通的注气孔；所述外筒的筒壁内分别设置有与点火腔连通的注气侧孔和与所述爆轰反应室连通的排气侧孔；爆轰反应室注气前，所述注气孔与注气侧孔不连通，排气侧孔与点火腔不连通；当爆轰反应室内注气后，所述t形活塞向点火腔移动，注气孔与注气侧孔连通；当所述火花塞点火后，所述t形活塞向爆轰反应室移动，所述排气侧孔与点火腔连通。2.如权利要求1所述的用于反应气体炮的点火装置，其特征在于：所述外筒的封闭端通过上帽封闭，所述上帽朝向外筒内部一端的端面加工有用于安装火花塞的安装槽。3.如权利要求2所述的用于反应气体炮的点火装置，其特征在于：所述上位弹簧的一端与t形活塞的水平端抵触连接，另一端与上帽抵触。4.如权利要求1或2或3所述的用于反应气体炮的点火装置，其特征在于：所述t形活塞水平端的端面面积为竖直端端面面积的10倍。5.反应气体炮，其特征在于：在所述反应气体炮的爆轰反应室安装有权利要求1-4任一项所述的点火装置。6.如权利要求5所述的反应气体炮，其特征在于：所述点火装置与爆轰反应室螺纹连接。7.如权利要求5或6所述的反应气体炮，其特征在于：当所述爆轰反应室的长径比大于5时，沿所述爆轰反应室的轴向间隔布置两个以上所述点火装置。8.如权利要求7所述的反应气体炮，其特征在于：相邻点火装置之间的距离相等且不小于2倍爆轰反应室的长径比。9.如权利要求5或6所述的反应气体炮，其特征在于：当爆轰反应室的直径与发射管的直径之比大于5时，沿爆轰反应室的周向间隔布置两个以上所述点火装置。

技术总结

本发明提供一种用于反应气体炮的点火装置，通过机械降压方式，使其能够使用火花塞对低压反应气体进行点火，爆轰产物向高压区流动进而实现高压区反应气体成功点火，该点火装置能够重复使用，为实现反应气体炮的自动发射提供基础。该点火装置包括：一端开口一端封闭端的外筒；套装在所述外筒内部的T形活塞；设置在点火腔内的火花塞；设置在所述外筒内部封闭端与所述T形活塞水平端之间始终处于压缩状态的上位弹簧；套装在所述T形活塞竖直端外部始终处于压缩状态的下位弹簧。此外，本发明还提供一种设置有该点火装置的反应气体炮。一种设置有该点火装置的反应气体炮。一种设置有该点火装置的反应气体炮。