相關(guān)申請案的交叉參考

本專利申請案主張2014年10月8日提交的第62/061,542號(hào)美國臨時(shí)專利申請案的權(quán)益，所述美國臨時(shí)專利申請案的內(nèi)容以引用的方式并入本文中。

本發(fā)明大體上涉及超高速發(fā)射器，且特定來說(但非排他性地)涉及沖壓加速器。

背景技術(shù)：

沖壓加速器是用于使用基于沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及/或超燃沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)式推進(jìn)循環(huán)將射彈加速到極高的速度的裝置。所述裝置通過將射彈推進(jìn)通過填充有可燃?xì)怏w推進(jìn)劑混合物的固定管來操作。所述沖壓加速器在涉及大有效載荷的應(yīng)用(例如非火箭航天發(fā)射)中展示巨大潛力。

在常規(guī)火藥槍中，推進(jìn)劑在后膛中的射彈后面燃燒，從而產(chǎn)生高壓氣體，所述高壓氣體在其沿著槍管推動(dòng)所述射彈時(shí)膨脹。隨著所述射彈更快地移動(dòng)，所述推進(jìn)氣體必須耗費(fèi)更多能量來使其自身加速以跟上所述射彈。一旦所述射彈達(dá)到臨界速度，所述氣體推進(jìn)劑便僅施加足以克服摩擦的力，且隨后如果所述槍管太長，那么所述射彈開始減速。

相反地，沖壓加速器通過使用推進(jìn)劑填充發(fā)射管(槍管)以使射彈加速來工作。使用適當(dāng)成形的射彈/管，可起始獨(dú)有推進(jìn)循環(huán)，其中所述射彈在其行進(jìn)通過所述管時(shí)壓縮并點(diǎn)燃所述推進(jìn)劑。這導(dǎo)致沿著管加速的燃燒脈沖，其中所述燃燒脈沖與所述射彈的尾端自同步。本質(zhì)上，所述射彈沿著所述發(fā)射管的長度乘騎其自身的燃燒波，從而允許所述射彈加速到遠(yuǎn)大于通過常規(guī)火藥槍能夠?qū)崿F(xiàn)的速度。

附圖說明

參考以下諸圖描述本發(fā)明的非限制性及非窮盡實(shí)例，其中相似參考數(shù)字貫穿各種視圖指代相似部分，除非另有規(guī)定。

圖1a到1c展示根據(jù)本發(fā)明的教示的在操作的各種階段中的擋板式?jīng)_壓加速器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例的橫截面視圖。

圖2a到2d展示根據(jù)本發(fā)明的教示的擋板式?jīng)_壓加速器管的實(shí)例的橫截面視圖。

圖2e展示根據(jù)本發(fā)明的教示的在圖2d中描繪的實(shí)例擋板式?jīng)_壓加速器管的等角視圖。

圖2f展示根據(jù)本發(fā)明的教示的其中將均勻間隔的孔布置成三角形圖案的實(shí)例擋板式?jīng)_壓加速器管的等角視圖。

圖3a到3b展示根據(jù)本發(fā)明的教示的擋板式?jīng)_壓加速器管構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例。

圖4a到4c展示根據(jù)本發(fā)明的教示的擋板式?jīng)_壓加速器管中的擋板定向的三個(gè)實(shí)例。

具體實(shí)施方式

本文描述一種用于沖壓加速器的設(shè)備及方法的實(shí)例。在以下描述中，闡述眾多特定細(xì)節(jié)以提供對所述實(shí)例的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，能夠在不具有一或多個(gè)特定細(xì)節(jié)的情況下或配合其它方法、組件、材料等等實(shí)踐本文所描述的技術(shù)。在其它情況下，未展示或詳細(xì)地描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免混淆某些方面。

貫穿本說明書的對“一個(gè)實(shí)例”或“一個(gè)實(shí)施例”的參考意指結(jié)合實(shí)例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)例中。因此，貫穿本說明書的各種地方的短語“在一個(gè)實(shí)例中”或“在一個(gè)實(shí)施例中”的出現(xiàn)未必皆是指同一實(shí)例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適方式組合于一或多個(gè)實(shí)例中。

貫穿本說明書，使用若干所屬領(lǐng)域的術(shù)語。這些術(shù)語具有其出自的所屬領(lǐng)域的一般意義，除非本文具體定義或其使用背景另有明確指示。

圖1a到1c展示在操作的各種階段中的擋板式?jīng)_壓加速器系統(tǒng)101的一個(gè)實(shí)例的橫截面視圖。沖壓加速器系統(tǒng)101包含具有內(nèi)表面及外表面的沖壓加速器管103。多個(gè)擋板109位于沖壓加速器管103的所述內(nèi)表面上，且多個(gè)擋板109安置成沿著沖壓加速器管103的縱軸形成一系列連續(xù)推進(jìn)劑腔室。在一個(gè)實(shí)例中，可通過切割到?jīng)_壓加速器管103的所述內(nèi)表面中而使用切割件來形成多個(gè)擋板109。這些切割件可形成從沖壓加速器管103的所述內(nèi)表面延伸穿過沖壓加速器管103的所述外表面的側(cè)通道或側(cè)孔?？墒褂妙~外較大管或其它罩蓋結(jié)構(gòu)在沖壓加速器管103的所述外表面上罩蓋所述切割件。在所描繪的實(shí)例中，多個(gè)擋板109沿著沖壓加速器管103的縱軸線性布置；然而，在圖1a到1c中未描繪的其它實(shí)例中，多個(gè)擋板109可布置成環(huán)繞沖壓加速器管103的螺旋或雙螺旋(見下文圖2b)。

在所描繪的實(shí)例中，加速器槍105定位在沖壓加速器管103的輸入端上，且加速器槍105定位成將射彈121射出到?jīng)_壓加速器管103中。加速器槍105可為輕氣槍、爆炸動(dòng)力槍或其它槍。在一個(gè)實(shí)例中，可在加速器槍105與沖壓加速器管103之間安置隔板來使加速器槍105與沖壓加速器管103分離。所述隔板可為薄塑料片，例如聚酯薄膜或類似者。

應(yīng)注意，斷行符111描繪從圖1a到1c省略的沖壓加速器管103的中間區(qū)段。此中間區(qū)段可具有與圖1a到1c中可見的沖壓加速器管103的部分相同或不同的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)例中，沖壓加速器管103的中間區(qū)段含有可成角的擋板109。在另一實(shí)例中，多個(gè)擋板109可僅沿著沖壓加速器管103的所述內(nèi)表面的部分延伸且沖壓加速器管103的中間部分可為滑膛。多個(gè)擋板109可僅沿著沖壓加速器管103的所述內(nèi)表面的部分從沖壓加速器管103的所述輸入端與沖壓加速器管103的輸出端相對地延伸。類似地，多個(gè)擋板109可僅沿著沖壓加速器管103的所述內(nèi)表面的部分從沖壓加速器管103的所述輸出端與沖壓加速器管103的所述輸入端相對地延伸。

圖1a描繪在點(diǎn)燃沖壓加速器管103中的推進(jìn)劑混合物之前接納來自加速器槍105的射彈121的沖壓加速器管103。流場示意圖描繪為在射彈121前面(虛線)。在操作中，沖壓加速器管103被泵滿在射彈121后面被點(diǎn)燃的氣體燃料/氧化劑混合物，且射彈121在其沿著沖壓加速器管103行進(jìn)時(shí)乘騎擋板109(及/或在所述沖壓加速器管的所述內(nèi)表面上的內(nèi)軌)。被插入或加工到?jīng)_壓加速器管103中的多個(gè)擋板109(或環(huán)形圈)隔離射彈121后面的燃燒過程。此隔離效應(yīng)允許使用更高能量的燃料混合物，而無燃燒產(chǎn)生的壓力波在射彈121的上游被驅(qū)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合更大的效管區(qū)域(源自多個(gè)擋板109之間的空間的深度)使用更高能量的推進(jìn)劑用于增加對所述射彈的推力而不必增加推進(jìn)劑/燃料填充壓力。因此，可將沖壓加速器管103中的多個(gè)擋板109加工成使得沖壓加速器管103中的燃燒過程包含在在射彈121后面的直徑。此外，射彈121的長度可大于沖壓加速器管103中的兩個(gè)相鄰擋板109之間的距離。

圖1b描繪在點(diǎn)燃之后且在射彈121已行進(jìn)穿過一系列擋板109之后的沖壓加速器管103。流場示意圖描繪為在射彈121前面(虛線)。此處，可見多個(gè)擋板109防止向前移動(dòng)的燃燒脈動(dòng)被推到射彈121前面。另外，擋板109充當(dāng)單向閥，借此通過射彈121的移動(dòng)來吸收推進(jìn)劑。

圖1c描繪在點(diǎn)燃之后且在射彈121已行進(jìn)穿過額外擋板109之后的沖壓加速器管103。流場示意圖描繪為在射彈121前面(虛線)。如同在圖1b中，射彈121吸收燃料且擋板109充當(dāng)防止燃燒產(chǎn)生的壓縮波及其它脈動(dòng)被驅(qū)動(dòng)到射彈121前面的單向閥。

圖2a到2d展示擋板式?jīng)_壓加速器管201的實(shí)例的橫截面視圖。在所描繪的實(shí)例中，第二空心圓柱體203穿孔有沿著第二空心圓柱體203的縱軸的均勻間隔的孔205。第二空心圓柱體203放置在第一空心圓柱體(見下文圖3a到3b，“第一空心圓柱體307”)內(nèi)，使得第二空心圓柱體203中的均勻間隔的孔205由所述第一空心圓柱體(例如，“第一空心圓柱體307”)的內(nèi)表面罩蓋。所得孔結(jié)構(gòu)形成所述第一空心圓柱體中的擋板(例如，“多個(gè)擋板109”)。此套管制造方法可通過減少構(gòu)造成本及時(shí)間來給予優(yōu)于直接在所述沖壓加速器管的所述內(nèi)表面上構(gòu)造擋板的優(yōu)點(diǎn)。

圖2a展示其中均勻間隔的孔205沿著第二空心圓柱體203的所述縱軸線性布置的擋板式?jīng)_壓加速器管201的實(shí)例。另外，均勻間隔的孔205非圓形且繞第二空心圓柱體203形成環(huán)形圖案。

圖2b展示其中均勻間隔的孔205沿著第二空心圓柱體203的所述縱軸非線性布置的擋板式?jīng)_壓加速器管201的實(shí)例。在所描繪的實(shí)例中，均勻間隔的孔205布置成螺旋圖案。然而，在另一實(shí)例中，孔可布置成多螺旋圖案，諸如雙螺旋。

圖2c展示其中均勻間隔的孔205沿著第二空心圓柱體203的所述縱軸線性布置的擋板式?jīng)_壓加速器管201的實(shí)例。在所描繪的實(shí)例中，均勻間隔的孔205布置成偏移(非線性)交錯(cuò)圖案。然而，在另一實(shí)例中，均勻間隔的孔205可布置成非交錯(cuò)圖案。

圖2d展示其中均勻間隔的孔205沿著第二空心圓柱體203的所述縱軸線性布置的擋板式?jīng)_壓加速器管201的實(shí)例。在所描繪的實(shí)例中，均勻間隔的孔205布置成偏移交錯(cuò)圖案且被切割成具有斜緣的矩形。另外，均勻間隔的孔205的邊緣具有線性錐形。然而，在另一實(shí)例中，均勻間隔的孔205可具有冪律錐形或其它。

圖2e展示在圖2d中描繪的實(shí)例擋板式?jīng)_壓加速器管201的等角視圖。在所描繪的實(shí)例中，由漸縮矩形孔205形成的軌是可見的。另外，展示用于將多個(gè)擋板式?jīng)_壓加速器管201固定在一起的緊固件孔。

圖2f展示其中均勻間隔的孔205布置成三角形圖案的實(shí)例擋板式?jīng)_壓加速器管201的等角視圖。在所描繪的實(shí)例中，這些三角形孔形成等格柵擋板圖案(等腰三角形的重復(fù)圖案)。這些擋板形成擋板式?jīng)_壓加速器管201中的環(huán)以及沿著擋板式?jīng)_壓加速器管201的縱軸延伸的成角邊緣(例如，螺旋軌)。在一個(gè)實(shí)例中，等格柵環(huán)可在與射彈運(yùn)動(dòng)相反的方向上成角。在另一實(shí)例中，所述等格柵環(huán)可在射彈運(yùn)動(dòng)的方向上成角。在一或多個(gè)實(shí)例中，所述等格柵圖案(及全部其它實(shí)例擋板式?jīng)_壓加速器管201)可由碳纖維、玻璃酚醛復(fù)合物、硼纖維、鋁合金、高強(qiáng)度鋼或類似者制造。

圖3a到3b展示擋板式?jīng)_壓加速器管構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例。將第二空心圓柱體303放置在第一空心圓柱體307內(nèi)，使得第二空心圓柱體303中的均勻間隔的孔305由第一空心圓柱體307的內(nèi)表面罩蓋，且所得結(jié)構(gòu)又形成擋板(例如，“多個(gè)擋板109”)?？赏ㄟ^壓配合/摩擦配合、焊接、粘合劑、緊固件或其它構(gòu)件將第二空心圓柱體303固定在第一空心圓柱體307中。另外，可將多個(gè)第二空心圓柱體303插入到單個(gè)第一空心圓柱體307中。在一個(gè)實(shí)例中，可將具有相同設(shè)計(jì)的多個(gè)第二空心圓柱體303插入到單個(gè)第一空心圓柱體307中。在另一實(shí)例中，可將具有不同設(shè)計(jì)的多個(gè)第二空心圓柱體303插入到單個(gè)第一空心圓柱體307中。這可包含具有線性設(shè)計(jì)、螺旋設(shè)計(jì)或滑膛的第二空心圓柱體303。

第一空心圓柱體307及第二空心圓柱體303可由各種各樣的金屬、金屬合金、陶瓷及復(fù)合材料構(gòu)造。在一個(gè)實(shí)例中，第一空心圓柱體307及第二空心圓柱體303兩者均由高強(qiáng)度鋼管件構(gòu)造。

圖4a到4c展示擋板式?jīng)_壓加速器管401內(nèi)的擋板409定向的三個(gè)實(shí)例。在本發(fā)明的若干實(shí)例中，在通過在沖壓加速器管403中切割孔來制造多個(gè)擋板409的情況下，可按相對于所述第二空心圓柱體的所述內(nèi)表面的表面法線的角度(θ)切割均勻間隔的孔。在圖4a中描繪的實(shí)例中，按朝向輸出端的角度(θ)切割所述孔。然而，在圖4b中描繪的實(shí)例中，按朝向所述輸入端的角度(θ)切割所述孔。替代地，多個(gè)擋板409可直接制造在沖壓加速器管403的所述內(nèi)表面上且可朝向沖壓加速器管403的所述輸入端或所述輸出端成角。

在操作中，擋板409在射彈421的方向上的傾斜可通過衍射射彈驅(qū)動(dòng)的沖擊波來增加給定推進(jìn)劑中的操作馬赫數(shù)。這減弱在射彈421前面的沖擊波的強(qiáng)度且防止在射彈421前面的推進(jìn)劑的爆燃。替代地，與射彈運(yùn)動(dòng)的方向相對地傾斜擋板409提供按較低馬赫數(shù)圍繞射彈421的肩部點(diǎn)燃腔室中的推進(jìn)劑的優(yōu)點(diǎn)。因此，可取決于使用情況、所要射彈速度、射彈尺寸、管長度限制等來調(diào)整所述沖壓加速器管的內(nèi)部擋板角度及配置。在一個(gè)實(shí)例中，可在沖壓加速器管403的整個(gè)長度中使用成角擋板409。在另一實(shí)例中，可在沖壓加速器管403的長度的部分中使用成角擋板409。在先前兩個(gè)實(shí)例中的任一者中，沖壓加速器管403中的擋板409可全部具有相同角度或可具有具備不同度數(shù)及方向的角度以便取決于使用情況來優(yōu)化射彈421的速度及加速度。另外，沖壓加速器管403的部分或全部可不具有任何擋板409且可為滑膛。

圖4c展示鋸齒形擋板409配置的一個(gè)實(shí)例。在所描繪的實(shí)例中，擋板409的一個(gè)面在射彈運(yùn)動(dòng)的方向上成角，且擋板409直徑隨著接近沖壓加速器管401的中心而減小。在未描繪的實(shí)例中，擋板409的一個(gè)面在與射彈運(yùn)動(dòng)相反的方向上成角。在另一實(shí)例中，擋板409的兩個(gè)面都可成角。

值得注意的是，在一些實(shí)例中，可使用增材制造工藝(包含3d打印或類似者)來制造管/擋板配置。舉例來說，熔融沉積造型、熔絲制造、機(jī)器人澆鑄、電子束熔化、分層實(shí)體制造、選擇性激光燒結(jié)、直接金屬激光燒結(jié)、選擇性激光熔化或類似者都是可行的增材制造候選者。3d打印及其它增材制造工藝可使高度復(fù)雜/不對稱的擋板式管配置的生產(chǎn)變得容易。

在若干實(shí)例中，可采用帶鰭片射彈。所述多個(gè)擋板可被加工成容納各種各樣的鰭片配置。在一些實(shí)例中，環(huán)形擋板提供供所述射彈的鰭片在行進(jìn)通過擋板式管時(shí)騎乘的表面。類似地，可采用橫跨至少兩個(gè)擋板之間的距離的帶鰭片射彈來幫助穩(wěn)定所述帶鰭片射彈。在一些實(shí)例中，鰭片的使用允許沖壓燃燒過程以比使用相同帶鰭片射彈的滑膛管中低30％到50％的速度開始。在一個(gè)實(shí)例中，可繞所述射彈的周邊對稱地安置所述射彈上的所述鰭片；然而，在其它實(shí)例中，可不對稱地安置所述鰭片。在一個(gè)實(shí)例中，可在所述射彈上安置奇數(shù)個(gè)鰭片；在另一實(shí)例中，可在所述射彈上安置偶數(shù)個(gè)鰭片。在一些實(shí)例中，所述沖壓加速器管可具有定制內(nèi)徑及定制擋板來促進(jìn)帶鰭片射彈的使用。射彈及鰭片幾何形狀可取決于使用情況而采取任何數(shù)目個(gè)形狀及定向。

不希望本發(fā)明的所說明的實(shí)例的以上描述(包含摘要中所描述的內(nèi)容)為窮盡性或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的具體形式。盡管本文描述本發(fā)明的特定實(shí)例是出于說明性目的，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明范圍內(nèi)各種修改是可能的。

依據(jù)以上詳細(xì)描述可對本發(fā)明做出這些修改。所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語不應(yīng)解釋為將本發(fā)明限于本說明書中所揭示的特定實(shí)例。而是，本發(fā)明的范圍全部由所附權(quán)利要求書確定，所附權(quán)利要求書應(yīng)根據(jù)權(quán)利要求解釋的既定原則來解釋。