多制式多功能轻气炮系统

轻气炮系统可以分为一级轻气炮、二级轻气炮和三级轻气炮系统，按着一级驱动的方式可以分为空气/氮气/氦气/氢气驱动的轻气炮、氢氧燃烧驱动的轻气炮、超临界二氧化碳驱动的轻气炮、火药/硝化棉等驱动的轻气炮等不同的制式，实现弹体不同速度下撞击不同的材料和结构，研究材料和结构的抗侵彻毁伤特性、材料的高应变率本构关系、材料的失效模型和材料的物态方程，获得材料的动态力学性能参数，为建模仿真研究提供准确有效的材料模型参数。

二级轻气炮多功能发射系统，其组成和工作原理如图1所示，主要由高压气室、泵管、高压锥段、发射管、液压合炮装置、浮动支撑平台和PLC远程控制系统等构成发射系统；靶舱部分包括膨胀室（气动弹托分离室）、激光测速段和撞击试验舱（靶室）组成，这些舱段开有相应的光学观测窗口、功能扩展的X射线探测接口和信号线接口；真空系统应保证泵管在充入氢气前活塞两侧的真空度小于1Pa。当需要弹托分离时，靶舱部分充入氮气使其真空度400Pa-600Pa，以便弹托分离；供气系统应保证试验所需气体的供给和有效密封，实现氮气或者氦气的配给；弹托分离机构保证弹与托的有效分离；测速系统保证弹体速度以及飞板速度的有效测试。

二级轻气炮的工作原理为：通过供气系统给高压气室充气，当压力达到需要的压力设定值，通过24伏直流电磁阀触发高压气室内的快开锥阀，释放高压气室内的普通氮气或者氦气，驱动活塞压缩泵管里的轻气（氢气或者氦气），当活塞进入高压耦合锥段，体积急剧减小压力进一步增加，当压力达到高压锥段与发射管之间膜片的破膜压力时，膜片破裂驱动弹托和弹丸沿发射管高速飞出，经膨胀室（气动分离室）弹托分离和激光测速段激光测速或者电探针测速后在靶室（撞击舱）撞击靶件。而一级轻气炮的原理与之类似，也是通过释放高压气室内的气体驱动弹体沿发射管高速飞出，经弹托分离和测速后撞击靶件。整个设备采用触摸屏计算机PLC远程控制实现。

图1 非火药驱动的二级轻气炮系统的组成和工作原理示意图