本發(fā)明具體涉及一種基于動量定理的彈托分離系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
具有特殊外形的超空泡射彈在發(fā)射入水后，高速運動的射彈表面附近流場壓力迅速降低，壓力低于實驗中水的飽和蒸汽壓時，處于超空泡射彈表面區(qū)域的水會發(fā)生汽化，形成空泡。當(dāng)射彈速度足夠高時，形成的完整包裹其自身的空泡稱之為超空泡。超空泡射彈依靠空泡的隔絕作用，大幅降低了射彈在水中受到的粘滯阻力，從而顯著增加射彈的有效射程和打擊目標(biāo)時的能量。超空泡射彈實驗是研究超空泡射彈技術(shù)的重要技術(shù)手段之一，可以對利用獨立擴張原理或CFD計算的結(jié)果進行很好的驗證作用，實驗數(shù)據(jù)往往更加具有說服力。目前的超空泡射彈發(fā)射裝置主要有兩種，一種是火炮，另一種是輕氣炮。鑒于安全和方便性考慮，目前開展超空泡射彈的實驗裝置主要是輕氣炮發(fā)射射彈。因為科學(xué)研究的射彈直徑往往較小，而又需要其擁有很高的發(fā)射速度，所以發(fā)射時需將射彈裝入具有適配器功能的彈托中。依靠彈托可以有效的擴充輕氣炮的內(nèi)部橫截面積從而提高輕氣炮的氣體利用效率，另一方面彈托可以起到對射彈的約束作用，使射彈的彈道更加穩(wěn)定。當(dāng)射彈與彈托一起離開發(fā)射管后，需要射彈盡快與彈托分離，防止彈托進入水槽中影響射彈彈道。目前輕氣炮所用的彈托多為整體式彈托，這種彈托相較于其他分離方式的彈托具有氣密性好、穩(wěn)定性高的特點。整體式彈托依靠空氣阻力或炮口擋圈實現(xiàn)彈托與射彈的分離，但實際使用表明，如果靠氣動阻力使得彈托與彈體分離不但需要較長的飛行距離，還易導(dǎo)致彈托進入水中，對射彈的水下彈道有較大影響，水面噴濺形狀以及空泡的形狀因受彈托影響而變形，影響拍攝質(zhì)量及后續(xù)的數(shù)據(jù)分析；而如果依靠炮口擋圈的方式，往往容易造成彈托的變形或損壞，從而影響射彈的初始彈道，這些不但不利于超空泡射彈實驗研究而且還會造成彈托的不必要浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為解決現(xiàn)有整體式彈托依靠空氣阻力或炮口擋圈實現(xiàn)彈托與射彈的分離時，彈托與彈體分離需要較長的飛行距離，彈托對彈體的軌跡影響大，同時因彈托隨彈體一同入水而直接干擾射彈入水后形成的水面噴濺形狀以及空泡形狀，并且由于彈托的干擾使操作人員對射彈入水畫面的拍攝質(zhì)量下降，致使畫面提供的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題。提出一種基于動量定理的彈托分離系統(tǒng)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：一種基于動量定理的彈托分離系統(tǒng)，所述彈托分離系統(tǒng)包括加速彈托、阻擋彈托、回收罩、炮管、射彈和緩沖墊片，所述加速彈托和阻擋彈托均設(shè)置在炮管內(nèi)，所述加速彈托遠(yuǎn)離炮管的炮口設(shè)置，所述阻擋彈托靠近炮管的炮口設(shè)置，加速彈托和阻擋彈托之間設(shè)置有緩沖墊片，所述緩沖墊片與阻擋彈托相貼緊，所述加速彈托為回轉(zhuǎn)體，所述加速彈托內(nèi)加工有射彈放置腔，所述射彈設(shè)置在射彈放置腔內(nèi)且射彈的彈頭朝向炮口設(shè)置，所述阻擋彈托沿其長度方向加工有射彈通過孔，所述回收罩位于炮管外且朝向炮管的炮口設(shè)置。所述加速彈托為紡錘形回轉(zhuǎn)體。所述緩沖墊片為橡膠制成的墊片，所述緩沖墊片的中心加工有通孔，所述通孔與射彈通過孔同軸設(shè)置且相連通。所述加速彈托上加工有進氣通道，所述進氣通道與射彈放置腔相連通。所述射彈通過孔為圓孔，該圓孔包括等直徑孔和變徑孔，等直徑孔和變徑孔相連通且變徑孔靠近炮口設(shè)置，所述變徑孔內(nèi)表面的底部為傾斜的弧面，所述變徑孔朝向炮口方向漸擴。所述回收罩為錐形罩體，所述回收罩設(shè)置在炮管和水池的水面之間，所述錐形罩體的大口端為射彈進口，射彈進口朝向炮管的炮口設(shè)置，所述錐形罩體的小口端為射彈出口。所述彈托分離系統(tǒng)還包括連接繩，所述回收罩通過連接繩與炮管的外壁相連接。所述彈托分離系統(tǒng)還包括兩個第一密封圈和兩個第二密封圈，所述加速彈托上套裝有兩個第一密封圈，所述阻擋彈托上套裝有兩個第二密封圈，所述加速彈托通過兩個第一密封圈與炮管的內(nèi)壁相貼緊，所述阻擋彈托通過兩個第二密封圈與炮管的內(nèi)壁相貼緊。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：1、本發(fā)明通過合理設(shè)計加速彈托、阻擋彈托的結(jié)構(gòu)使射彈與二者快速分離，加速彈托和阻擋彈托對射彈彈道的影響最小。通過加速彈托、阻擋彈托、炮管與射彈之間的配合設(shè)置有效提高射彈的穩(wěn)定性。同時提高加速彈托、阻擋彈托與射彈的分離速度，提高超空泡射彈的發(fā)射效率。2、第一密封圈設(shè)置有效增加加速彈托和炮管之間的氣密性，提高氣體利用效率，從而提高射彈初速度，同理第二密封圈設(shè)置有效增加阻擋彈托和炮管之間的氣密性，提高氣體利用效率，從而提高射彈初速度。3、緩沖墊片由橡膠制成，緩沖墊片上加工的通孔為射彈的穿過孔。緩沖墊片能夠有效緩沖加速彈托和阻擋彈托之間的剛性碰撞。4、阻擋彈托在加速彈托的推動下開始運動，由于阻擋彈托上射彈通過孔的設(shè)置，使射彈經(jīng)過阻擋彈托時與阻擋彈托沒有直接接觸，因此阻擋彈托的設(shè)置既能起到停頓加速彈托的作用，還對射彈的運動無干擾。5、加速彈托在阻擋彈托的阻礙下，將大部分動量傳遞給阻擋彈托，加速彈托迅速減速，而射彈具有慣性作用，保有原來的速度，使加速彈托和射彈分離的更快。6、依靠加速彈托和阻擋彈托之間的彈性碰撞減速，避免了依靠氣動分離方式造成的飛行距離遠(yuǎn)的缺陷，也避免了依靠炮口固定擋圈造成的彈托的嚴(yán)重變形甚至損壞造成的彈托損失。7、通過回收罩的設(shè)置能夠回收加速彈托和阻擋彈托，防止二者入水，最大限度地減小加速彈托和阻擋彈托對射彈水下彈道的影響，使射彈入水畫面的拍攝質(zhì)量高，無干擾因素，通過本發(fā)明使拍攝出的射彈入水畫面中水面噴濺的形狀和空泡形狀明顯且完整，從而能夠通過該畫面準(zhǔn)確分析出射彈的相關(guān)數(shù)據(jù)，有利于后續(xù)的研究。同時加速彈托和阻擋彈托的回收再利用，有效降低實驗成本。附圖說明圖1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)剖面圖，圖中去掉回收罩3，圖中箭頭表示高壓氣體的方向；圖2是加速彈托1的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的右視圖；圖4是阻擋彈托2的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4的右視圖；圖6是回收罩3的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是回收罩3、連接繩和炮管4之間的連接關(guān)系示意圖。具體實施方式具體實施方式一：結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7說明本實施方式，本實施方式中包括加速彈托1、阻擋彈托2、回收罩3、炮管4、射彈5和緩沖墊片9，所述加速彈托1和阻擋彈托2均設(shè)置在炮管4內(nèi)，所述加速彈托1遠(yuǎn)離炮管4的炮口設(shè)置，所述阻擋彈托2靠近炮管4的炮口設(shè)置，加速彈托1和阻擋彈托2之間設(shè)置有緩沖墊片9，所述緩沖墊片9與阻擋彈托2相貼緊，所述加速彈托1為回轉(zhuǎn)體，所述加速彈托1內(nèi)加工有射彈放置腔，所述射彈5設(shè)置在射彈放置腔內(nèi)且射彈5的彈頭朝向炮口設(shè)置，所述阻擋彈托2沿其長度方向加工有射彈通過孔7，所述回收罩3位于炮管4外且朝向炮管4的炮口設(shè)置。本發(fā)明在實驗過程中還需要搭配水池，本發(fā)明中的炮管4傾斜45°角設(shè)置在水池旁，炮管4的炮口與水池內(nèi)水面之間的直線距離為6米，回收罩3設(shè)置在炮管4的炮口與水面之間，炮管4的炮口到回收罩3之間直線距離為1米。本發(fā)明中炮管4上加工有泄氣孔11，所述泄氣孔11沿炮管4的長度方向設(shè)置，泄氣孔11的設(shè)置使加速彈托1高速運動產(chǎn)生的高壓空氣不至使阻擋彈托2發(fā)生運動。本發(fā)明中回收罩3的設(shè)置用于回收加速彈托1和阻擋彈托2。本發(fā)明中射彈5質(zhì)量為m0，射彈5為不銹鋼材料制成；加速彈托1為輕質(zhì)的尼龍材料或鋁合金制成，加速彈托1質(zhì)量為m1；阻擋彈托2為鋼材制成，阻擋彈托的質(zhì)量是m2。令m1<m2，合理調(diào)整這兩種彈托的質(zhì)量并令m2不易過大，使加速彈托1和阻擋彈托2碰撞后不會被彈回。發(fā)射后，加速彈托1和射彈5擁有共同的速度為v1，阻擋彈托2的速度為0。碰撞后，通常情況下兩個彈托碰撞后會合并在一起，其共同的速度為v2，且v2<v1，射彈5由于自身慣性作用，速度保持v1不變，實現(xiàn)射彈5與加速彈托1的分離，射彈5通過射彈通過孔7實現(xiàn)與阻擋彈托2的分離。加速彈托1和阻擋彈托2會受到空氣的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)并被回收罩3攔阻。極個別情況下，碰撞后，加速彈托1突然靜止，而阻擋彈托2以速度v2運動，射彈5依舊以速度v1運動，射彈5通過射彈通過孔7，實現(xiàn)射彈5與兩個彈托的分離。阻擋彈托2會受到空氣的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)并被回收罩3攔阻，而靜止與炮管4的炮口處的加速彈托1也易于取出。具體實施方式二：結(jié)合圖1、圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式中所述加速彈托1為紡錘形回轉(zhuǎn)體。本實施方式中加速彈托1設(shè)置的紡錘形結(jié)構(gòu)能夠有效降低其重量，其它未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與具體實施方式一相同。具體實施方式三：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式中所述緩沖墊片9為橡膠制成的墊片，所述緩沖墊片9的中心加工有通孔，所述通孔與射彈通過孔7同軸設(shè)置且相連通。緩沖墊片9的設(shè)置是為了緩沖兩個彈托之間的剛性碰撞，避免彈托損壞。橡膠制成的緩沖墊片的緩沖效果更佳。其它未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與具體實施方式一或二相同。具體實施方式四：結(jié)合圖1、圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式中所述加速彈托1上加工有進氣通道8，所述進氣通道8與射彈放置腔相連通。進氣通道8的設(shè)置是由于射彈5在加速彈托1內(nèi)易使射彈放置腔內(nèi)處于真空狀態(tài)，當(dāng)射彈5發(fā)射時，加速彈托1不易與射彈5分離，所以進氣通道8的設(shè)置有利于射彈5和加速彈托1的分離。其它未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與具體實施方式一或二相同。具體實施方式五：結(jié)合圖1、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式中所述射彈通過孔7為圓孔，該圓孔包括等直徑孔和變徑孔，等直徑孔和變徑孔相連通且變徑孔靠近炮口設(shè)置，所述變徑孔內(nèi)表面的底部為傾斜的弧面，所述變徑孔朝向炮口方向漸擴。本實施方式中射彈通過孔7的設(shè)置是為了當(dāng)阻擋彈托2離開炮管4的炮口進行飛行時，空氣阻力通過這個傾斜的弧面對阻擋彈托造成一定的偏航力，這個偏航力能夠使阻擋彈托2快速翻滾而直接脫離射彈5的運行軌跡，使阻擋彈托2在最短時間內(nèi)偏離射彈5的軌跡，最大限度地減小阻擋彈托2對射彈5運行的影響。同時由于加速彈托1貼緊阻擋彈托2使加速彈托1也會受到同樣的偏航影響，從而實現(xiàn)快速脫離炮管4的中心軸線彈道而落入回收罩3中。其它未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與具體實施方式一或四相同。具體實施方式六：結(jié)合圖1和圖6說明本實施方式，本實施方式中所述回收罩3為錐形罩體，所述回收罩3設(shè)置在炮管4和水池的水面之間，所述錐形罩體的大口端為射彈進口，射彈進口朝向炮管4的炮口設(shè)置，所述錐形罩體的小口端為射彈出口。如此設(shè)置是為了射彈5順利脫離回收罩3。由于回收罩3是為了回收與射彈5分離的加速彈托1和阻擋彈托2，所以回收罩3必將要設(shè)置在射彈5射程范圍內(nèi)，同時回收罩3的網(wǎng)眼內(nèi)徑最大尺寸小于兩種彈托的尺寸，以保證回收工作的有效性。其它未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與具體實施方式五相同。具體實施方式七：結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式中所述彈托分離系統(tǒng)還包括連接繩，所述回收罩3通過連接繩與炮管4的外壁相連接。如此設(shè)置便于控制回收罩3。其它未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與具體實施方式六相同。具體實施方式八：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式中所述彈托分離系統(tǒng)還包括兩個第一密封圈6和兩個第二密封圈10，所述加速彈托1上套裝有兩個第一密封圈6，所述阻擋彈托2上套裝有兩個第二密封圈10，所述加速彈托1通過兩個第一密封圈6與炮管4的內(nèi)壁相貼緊，所述阻擋彈托2通過兩個第二密封圈10與炮管4的內(nèi)壁相貼緊。本實施方式中第一密封圈6和第二密封圈10的設(shè)置有效增加加速彈托1和炮管4之間的氣密性，提高氣體利用效率，從而提高射彈初速度。其它未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與具體實施方式七相同。本發(fā)明的工作原理：由于輕氣炮內(nèi)部的氣體作用，推動加速彈托1和射彈5一起加速運動，由于第一密封圈6和第二密封圈10的密封作用，加速彈托1和射彈5具有更好的加速效果。由于炮管4的前端有泄氣孔11以及阻擋彈托2為中空結(jié)構(gòu)，所以加速彈托1的運動產(chǎn)生的高壓空氣不會使阻擋彈托2發(fā)生運動；由于兩種彈托的碰撞之間很短，故忽略了這兩種彈托和炮管4的摩擦作用。當(dāng)加速彈托1撞到阻擋彈托2以后會推動阻擋彈托2一起向前運動。加速彈托1運動到接近炮口時具有速度v1，其動量為m1v1，在撞擊后變成m1v2，阻擋彈托2由于撞擊作用會和加速彈托1一同向前運動，速度為v2，具有動量m2v2，射彈5由于自身的慣性作用依舊具有原來的速度v1和原有的動量m0v1。根據(jù)動量守恒公式，(m1+m0)v1＝(m1+m2)v2+m0v1，有v2＝m1v1/(m1+m2)，由于m1<m2，所以v2<v1。極個別情況下，碰撞后，加速彈托1突然靜止，而阻擋彈托2以速度v2運動，這時，(m1+m0)v1＝m1*0+m2v2+m0v1，有v2＝m1v1/m2，由于m1<m2，所以v2<v1。如果加速彈托1被彈回，我們只需適當(dāng)減小阻擋彈托2的質(zhì)量m2即可。綜上，加速彈托1碰撞后的速度v2將遠(yuǎn)小于接近炮管6的炮口時的速度v1，這樣兩個彈托的速度小于射彈5的速度v1，射彈5快速與加速彈托1分離。射彈5穿過阻擋彈托2的射彈通過孔7和回收罩3飛向水下目標(biāo)。加速彈托1和阻擋彈托2運動出炮管6后阻擋彈托2因射彈通過孔7的形狀，會在空氣作用下偏離射彈5的軸線彈道，其后部緊緊貼住阻擋彈托2的加速彈托1也會在阻擋彈托2偏航的影響下偏離軸線彈道，兩個彈托之后會受到回收罩3的的阻攔回收，以備下次實驗利用，同時射彈5入水形成完整且明顯的水面噴濺的形狀和空泡形狀。