气动发射装置的设计与分析分析

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1、1绪论硕士论文图1．3FN303非致命武器重庆建设工业有限责任公司考虑到气瓶式C02气步枪受环境气温影响较大，于2005年研制成功EM613型4．5毫米压缩空气式气步枪，如图1．4所示。该气步枪采用空气作为弹丸发射动力，采用小型手动式或电动式打气泵为该枪补充压缩空气。总体来说，该枪性能好、精度好、充气方便，是代表气步枪发展方向的典型产品。该枪采用独立模块结构。气瓶是该枪的动力源，由开闭气系统和压力表构成，前端为开闭气系统，利用活塞运动实现开闭气，气瓶阀杆在内压作用下实现气瓶成密闭状态。该枪首创在枪身上设计用来改变高压气体的减

2、压器，实现高压压缩空气到恒压输出的转换，可以使输出压力稳定在80-90bar左右，弹丸初速大约为170～180m／s，排除了压缩空气压力变化对武器射击精度的影响【201。图1．4EM613型4．5毫米压缩空气式气步枪德国库诺一梅尔歇尔公司发明了ME气枪弹，如图1．5所示，实现了用普通转轮手枪发射气枪弹，其巧妙之处在于：先向ME气枪弹弹壳中充入气体，再将普通的气枪弹弹头装上即可。弹壳可以重复充气，重复使用。充气可用专用手动气泵也可用立式气泵，对弹壳充气用普通方法压缩空气即可，充气压力可以超过20MPa。ME系统主要使用在射击训

3、练及比赛中【2¨。4硕士论文气动发射装置的设计与分析研究《翟拿令图1．5ME气枪弹俄罗斯伊热夫斯克机械厂出品的“贝加尔湖”牌气动手枪，如MP-651K、MP一654K等产品在俄罗斯国内外市场上一直享有很高的声誉。2009年，该厂推出的新型MP一655K式4．5mm气动手枪(如图1．6)全枪结构合理，供弹机构别具创新。该枪枪口端面较复杂，一上一下两根“枪管”，上面的为弹仓，下面的为枪管，采用可卸式气瓶和气瓶刺针机构。该枪是全世界唯一一支可以在套筒处于最后方位置时射击的手枪。击发机构可以实现双动射击和单动射击之间自由转换，且密封

4、性能良好。该枪供弹具则吸取了转轮式弹仓和直槽式弹仓的优点，大幅度增加了容弹量，其供弹动作简单可靠，装弹操作容易，只需将弹丸从受弹口倒入，关闭弹仓盖，弹丸就会在推弹簧和推弹板的作用下被挤进转轮中，可以在任意姿势和俯仰角下射击，而不会影响供弹可靠性【221。图1．6俄罗斯MP．655K式4．5mm气动手枪氮气弹射装置是以高压氮气作为弹射动力的机载导弹弹射装置，其原理如图1．7所示[25-26】。一般情况下，它由氮气室、开关阀、调节阀、挂钩解锁机构和前、后活塞作动』■■■、IJll绪论硕士论文筒等组成。利用高压氮气推动活塞运动，带

5、动相关机构运动，释放导弹吊挂，再由活塞将导弹推离载机。氮气弹射装置的弹射力比较平稳，对导弹的冲击力较小，避免导弹受到太大的冲击而影响导弹上精密仪器的工作性能。图1．7氮气弹射装置原理图以上所述为部分国内外在以压缩气体为动力的气动武器的相关研究。经过多年的研究，诞生了范韦堡C系列C02气手枪、鲍尔莱茵气枪、RWS气枪、斯太尔LP系列气枪和瓦尔特CP系列气枪等种类繁多的气动武器[23-24]，以及氮气驱动的弹射型发射装置，证明人类对于气动武器的研究和应用已经相当成熟。但是，在所有气动武器中，以液氮为动力的研究基本上没有。在其他应

6、用领域，以液氮为动力的研究已经很早就展开了，例如液氮发动机。图1．8为此开式朗肯循环的液氮发动机动力系统示意图，其推进系统的基本思想是利用大气作为热源，为液氮提供热量，使其蒸发并过热，使其在膨胀机中做功。1997年，美国华盛顿大学在美国能源部的资助下，研制了一台以液氮为动力的低温气动原型汽车LN2000，如图1．9(右)，低速行驶时，发动机可提供4KW的平均功率，高速行驶时，发动机平均功率达10KWt27-291。同期，北德克萨斯大学用于测试的液氮汽车CooLN2Car最大工作压力为0．7MPa，可提供7KW的功率[30-3

7、1J，如图1．9(左)。于2000年底国内才开始相关研究，是由浙江大学动力机械研究所展开，并积累了丰富的试验数据【321。换熟器泵图1．8液氮发动机动力系统示意图硕士论文气动发射装置的设计与分析研究热交投器氮气排到大气雷车艉图1．9Texas大学液氮发动机系统(左)和Washington大学液氮发动机系统(右)鉴于前文所述液氮自身的特点和优势，在现有气动武器的基础上，本文试图尝试对以液氮为动力的武器进行原理可行性研究，为后续进一步的研究提供参考。1．3以液氮为动力的可行性分析以液氮作为动力的思想就是利用液氮的低温特性所储存的

8、冷量，通过与外界环境或加热设备之前换热而获得能量，进而推动弹丸或抛射物运动。从热力学分析，液氮的低温储能可以达到和高温储能相同的做功效果，区别之处，液氮作为做功介质是热力循环的冷源，而周围环境或加热设备是热循环的热源【33】。与一些绿色动力如气动发动机和电动发动机相比，液氮在储能密度方面还