高能量沖擊加載試驗(yàn)裝置研究進(jìn)展

劉石豪,張振海,牛蘭杰,田中旺,孫浩琳,張大治,宋錢騫,4,何 光

(1.北京理工大學(xué),北京 100081;2.西安機(jī)電信息技術(shù)研究所,陜西 西安 710065;3.航空工業(yè)北京長城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所,北京 100095;4.北京旋極信息技術(shù)股份有限公司,北京 100094)

0 引言

輕氣炮和空氣炮是常見的實(shí)驗(yàn)室條件下模擬高沖擊、高過載試驗(yàn)環(huán)境的加載裝置。它們是較為通用的沖擊加載裝置,可以與溫度環(huán)境試驗(yàn)箱等測(cè)試手段和裝置結(jié)合起來,開展復(fù)合溫度環(huán)境條件下沖擊試驗(yàn)與測(cè)試計(jì)量。

輕氣炮是研究高速、超高速碰撞終點(diǎn)效應(yīng)以及含能材料沖擊特性的重要模擬加載實(shí)驗(yàn)手段[1-2]。輕氣炮一般由高壓氣室、炮管、快速釋放機(jī)構(gòu)和緩沖裝置四部分組成。輕氣炮分為一級(jí)輕氣炮和二級(jí)輕氣炮。一級(jí)輕氣炮是直接壓縮輕質(zhì)氣體驅(qū)動(dòng)模擬彈丸在發(fā)射管內(nèi)加速運(yùn)動(dòng),來實(shí)現(xiàn)高動(dòng)壓加載的專用裝置。一級(jí)輕氣炮的發(fā)射速度不高,因此,在一級(jí)輕氣炮的基礎(chǔ)上又逐漸研制了二級(jí)輕氣炮。二級(jí)輕氣炮根據(jù)第一級(jí)驅(qū)動(dòng)方式的不同又可以分為火藥驅(qū)動(dòng)和非火藥驅(qū)動(dòng)兩種形式[3]。二級(jí)輕氣炮利用火藥爆炸氣體膨脹做功或高壓氣體通過活塞壓縮輕質(zhì)氣體(氫氣、氦氣或氮?dú)獾?。當(dāng)泵管內(nèi)的壓力到達(dá)一定值時(shí),泵管與發(fā)射管之間的膜片被壓破,從而高壓氣體進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)模擬彈丸沿發(fā)射管加速飛出。

輕氣炮的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1) 用于高速碰撞的終點(diǎn)效應(yīng),空間碎片高速碰撞研究,如航天器設(shè)備受到空間隕石撞擊等;

2) 用于炸藥等含能材料的分解反應(yīng)以及沖擊引爆規(guī)律,材料狀態(tài)方程及響應(yīng)的模擬試驗(yàn)驗(yàn)證;

3) 用于高溫高壓條件下材料電導(dǎo)率變化規(guī)律等電磁性能研究;

4) 用于高溫高壓條件下氣體的輻射輸運(yùn)系數(shù)、在沖擊壓縮下材料光譜研究;

5) 利用輕氣炮測(cè)量材料等熵壓縮線和沖擊絕熱曲線,高壓物態(tài)方程和低壓本構(gòu)關(guān)系研究;

6) 用于高溫高壓條件下透明或非透明材料的熔化特征、沖擊波溫度測(cè)量研究;

7) 用于沖擊波的產(chǎn)生和衰減規(guī)律,測(cè)量放射性化學(xué)元素的特性,以及由沖擊波引起的材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究。

空氣炮不同于以高壓輕質(zhì)氣體為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)的輕氣炮,通常以壓縮空氣為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)?？諝馀谠谘芯扛遟值加速度傳感器,振動(dòng)沖擊傳感器的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性的標(biāo)定校準(zhǔn),以及侵徹引信部件和器件的高沖擊、大脈寬、高能量沖擊加載方面具有重要應(yīng)用,較霍普金森桿裝置的沖擊加載脈寬大很多。

空氣炮的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1) 用于高g值加速度傳感器的高沖擊測(cè)試與標(biāo)定校準(zhǔn)等;

2) 用于侵徹引信、彈載系統(tǒng)及電子設(shè)備的抗沖擊設(shè)計(jì),生存能力及可靠性測(cè)試等;

3) 用于炸藥的安全性和鈍感性等研究;

4) 用于結(jié)構(gòu)件碰撞沖擊條件下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等研究;

5) 用于火工品在高沖擊、高過載環(huán)境條件下的安全性測(cè)試研究。

1 輕氣炮國內(nèi)外研究分析

1.1 國外輕氣炮研究進(jìn)展

1946年在美國新墨西哥州出現(xiàn)世界上第一門輕氣炮。該一級(jí)輕氣炮以輕質(zhì)氣體氮?dú)庾鳛閯?dòng)力源。它證明了輕氣炮的初始?jí)毫εc一定量火藥產(chǎn)生的氣體壓力相同的情況下,彈丸能獲得更高的炮口發(fā)射速度[4-5]。

為了使彈丸獲得一定持續(xù)時(shí)間的高速運(yùn)行狀態(tài)并且進(jìn)一步提高彈丸的發(fā)射速度,1948年在新墨西哥州礦業(yè)學(xué)校研制了世界上第一門二級(jí)輕氣炮。該二級(jí)輕氣炮具備將一個(gè)輕質(zhì)小球以4.3 km/s的速度發(fā)射的能力[4,6-8]。

輕氣炮可以在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行高速、超高速撞擊試驗(yàn),美國、法國、英國、加拿大等國家開始陸續(xù)研究輕氣炮裝置及相關(guān)技術(shù)。

位于美國得克薩斯州圣安東尼奧的西南研究所(SwRI)建有大型二級(jí)輕氣炮,如圖1所示。該輕氣炮可以在室溫、高溫環(huán)境條件下進(jìn)行平板沖擊,最高發(fā)射速度7 km/s。這門二級(jí)輕氣炮泵管直徑115 mm,發(fā)射管直徑38 mm,全長22 m,飛行距離13 m?？蓪?0 g的模擬彈丸以7 km/s的速度發(fā)射,0.5 kg的模擬彈丸以3 km/s的速度發(fā)射,1.4 kg的模擬彈丸以2 km/s的速度發(fā)射。該大型二級(jí)輕氣炮試驗(yàn)裝置主要用于研究新型裝甲、穿甲彈超高沖擊試驗(yàn),導(dǎo)彈毀傷目標(biāo)的模擬實(shí)驗(yàn),沖擊飛片實(shí)驗(yàn)狀態(tài)方程(EOS)研究,模擬空間碎片的撞擊和沖擊氣化航天器等。

圖1 美國西南研究所圣安東尼奧總部二級(jí)輕氣炮

美國航空航天局白沙實(shí)驗(yàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程超高速測(cè)試實(shí)驗(yàn)室建有0.17 in口徑(4.318 mm)、0.50 in口徑(12.7 mm)和1.0 in口徑(25.4 mm)的系列化二級(jí)輕氣炮,如圖2所示。輕氣炮主要性能指標(biāo)如表1所示。該系列輕氣炮第一級(jí)采用火藥爆炸膨脹加速,第二級(jí)采用高壓縮比的氫氣加速,可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)27 500 ft/s的速度加速模擬彈丸,以模擬粒子對(duì)航天器和衛(wèi)星材料、組件的影響。該實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試室可以加熱到 2 800 ℉(1 811 K) 或冷卻到-325 ℉(77 K),以研究極端溫度環(huán)境中高沖擊對(duì)結(jié)構(gòu)和組件的影響。

表1 白沙實(shí)驗(yàn)場(chǎng)二級(jí)輕氣炮主要性能指標(biāo)

圖2 白沙實(shí)驗(yàn)場(chǎng)二級(jí)輕氣炮

美國NASA 超高速碰撞技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(HVIT)建有3套二級(jí)輕氣炮系列沖擊試驗(yàn)裝置,具備實(shí)驗(yàn)室條件下極端環(huán)境測(cè)試能力。輕氣炮口徑0.5 in(12.7 mm),可以將100 μm～10 mm的鋁球以2～7 km/s的速度發(fā)射,如圖3所示。該系列輕氣炮可以模擬軌道空間碎片造成的撞擊,為航天器防護(hù)罩設(shè)計(jì),評(píng)估軌道碎片和流星體撞擊帶來的風(fēng)險(xiǎn)奠定實(shí)驗(yàn)測(cè)試基礎(chǔ)。

圖3 HVIT實(shí)驗(yàn)室二級(jí)輕氣炮

1968年美國Ames研究中心已將0.17 g鎂鋰彈丸以12.2 km/s的速度發(fā)射。該研究中心建有多套二級(jí)輕氣炮沖擊裝置, 其主要性能指標(biāo)如表2所示[9]。

表2 Ames研究中心二級(jí)輕氣炮主要性能指標(biāo)

美國桑迪亞(Sandia)實(shí)驗(yàn)室的沖擊熱力學(xué)應(yīng)用研究(STAR)設(shè)施是世界上唯一一個(gè)可以覆蓋整個(gè)壓力范圍(幾bar到數(shù)Mbar)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置,這些裝置利用氣體或推進(jìn)劑發(fā)射器、斜坡加載脈沖器進(jìn)行彈道應(yīng)用材料特性研究。STAR裝置是世界上唯一可以進(jìn)行全系列彈道研究的沖擊實(shí)驗(yàn)裝置:從常規(guī)武器(侵徹)、碎片事件、空間撞擊事件(隕石、微流星體撞擊)到空間塵埃的極速撞擊,同時(shí)擁有最先進(jìn)的評(píng)估技術(shù)。具體研究包括:1) 利用二級(jí)輕氣炮對(duì)材料碎片進(jìn)行調(diào)查,對(duì)空間航天器進(jìn)行研究,并進(jìn)行縮比試驗(yàn)驗(yàn)證;2) 使用不規(guī)則幾何形狀的撞擊器進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn);3) 速度高達(dá)19 km/s的微流星體、太空垃圾等碰撞空間應(yīng)用研究;4) 桑迪亞是唯一采用低壓靶室來實(shí)現(xiàn)超過10 km/s超高速撞擊機(jī)構(gòu);5) 進(jìn)行太空射線照相、攝影、測(cè)速和干涉測(cè)量等。STAR實(shí)驗(yàn)室五套輕氣炮裝置如圖4所示。輕氣炮主要性能指標(biāo)歸納如表3所示。

表3 桑迪亞實(shí)驗(yàn)室二級(jí)輕氣炮主要性能指標(biāo)

圖4 STAR 實(shí)驗(yàn)室五套輕氣炮裝置

勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室建有100 mm口徑,能夠以5 500 m/s速度發(fā)射模擬彈丸的二級(jí)輕氣炮,該輕氣炮用于高速?zèng)_擊研究。

內(nèi)華達(dá)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室(LANL)、利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)和圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室(SNL)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)組織設(shè)計(jì)的JASPER二級(jí)輕氣炮[10],如圖5所示。JASPER二級(jí)輕氣炮的第一級(jí)泵管內(nèi)徑89 mm,長11.5 m,第二級(jí)發(fā)射管內(nèi)徑28 mm,長8.1 m,末端有一個(gè)直徑8 ft的密閉彈靶碰撞目標(biāo)靶室。該輕氣炮的工作過程為:彈丸被裝載到第一級(jí),第一級(jí)由多達(dá)8 lb的火藥驅(qū)動(dòng)。由此產(chǎn)生的爆炸將一個(gè)4.5 kg的活塞推入充滿輕質(zhì)氣體(如氫氣)的發(fā)射管中?；钊淖饔檬菍怏w加熱并壓縮到每平方英寸數(shù)千磅。一旦熱量和壓力足夠高,一個(gè)小型鋼制爆破片就會(huì)爆裂,從而加速彈丸進(jìn)入到第二級(jí),彈丸再經(jīng)過第二級(jí)加速。該輕氣炮可發(fā)射的彈丸質(zhì)量14.6～68 g,發(fā)射速度達(dá)2.1～7.6 km/s[11]?？稍诮坪宋淦鳁l件的高沖擊壓力、溫度和應(yīng)變率下生成和測(cè)量放射性化學(xué)元素的特性。這些數(shù)據(jù)用于確定材料狀態(tài)方程并驗(yàn)證材料響應(yīng)的計(jì)算機(jī)模型。

圖5 JASPER二級(jí)輕氣炮

日本東北大學(xué)流體科學(xué)研究所跨學(xué)科沖擊波研究實(shí)驗(yàn)室(ISWRL)的二級(jí)輕氣炮如圖6所示。該輕氣炮由直徑51 mm,長3 400 mm的泵管、直徑15 mm,長12 m的發(fā)射管以及長3 m、內(nèi)徑1.7 m的回收艙組成。此二級(jí)輕氣炮可轉(zhuǎn)換多種工作模式,能發(fā)射不同質(zhì)量的彈丸,實(shí)現(xiàn)多種不同速度的發(fā)射。第一種模式是使用壓縮氣體驅(qū)動(dòng),可以使51 mm彈丸以1.0 km/s的速度發(fā)射,15 mm彈丸以2～7.5 km/s的速度發(fā)射。第二種模式是利用火藥驅(qū)動(dòng),在文獻(xiàn)[12]中,OHTANI K等人使用該二級(jí)輕氣炮,實(shí)現(xiàn)了2 km/s的速度。在該實(shí)驗(yàn)中,他們?cè)诨厥张撐恢媒M裝了液氮制冷的低溫箱來研究鋁合金板和復(fù)合材料板在低溫和室溫下斷裂模式的差異。

圖6 ISWRL二級(jí)輕氣炮

意大利帕多瓦大學(xué)太空研究與活動(dòng)中心(CISAS)建有4.76 mm和6 mm兩種口徑的二級(jí)輕氣炮,該輕氣炮的主要特性見表4[13-14]。

表4 CISAS研究中心輕氣炮主要特性

除此之外,加拿大軍械研究中心、美國道格拉斯公司、美國通用汽車公司、美國海軍軍械研究室、美國國立研究實(shí)驗(yàn)室、英國軍械研究發(fā)展中心等相關(guān)研究機(jī)構(gòu)也建有二級(jí)輕氣炮裝置,其二級(jí)輕氣炮裝置主要性能參數(shù)如表5所示,相關(guān)數(shù)據(jù)均來自參考文獻(xiàn)或研究單位官網(wǎng)。

表5 國外輕氣炮設(shè)備性能參數(shù)匯總表

1.2 國內(nèi)輕氣炮研究進(jìn)展

相比于國外輕氣炮裝置及其相關(guān)技術(shù)研究,我國對(duì)輕氣炮的研究在理論以及應(yīng)用范圍上都存在一定差距,但是經(jīng)過幾十年的理論與實(shí)踐研究,也自主研制了多種型號(hào)口徑的輕氣炮沖擊加載試驗(yàn)裝置。

中國科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)研發(fā)的一級(jí)輕氣炮裝置如圖7所示。該一級(jí)輕氣炮口徑101 mm,炮管長度17 m,加載速度范圍20～1 400 m/s。該輕氣炮是進(jìn)行高速碰撞實(shí)驗(yàn)的專用裝置,可用于高應(yīng)變率(105/s～106/s)條件下的材料力學(xué)性能研究與測(cè)試、元器件的動(dòng)態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)等。此一級(jí)輕氣炮是國內(nèi)自行設(shè)計(jì)研制的第一門輕氣炮。

圖7 中國科學(xué)院一級(jí)輕氣炮

西安機(jī)電信息技術(shù)研究所在20世紀(jì)70年代末設(shè)計(jì)研制了由調(diào)節(jié)桿控制的37 mm輕氣炮。在20世紀(jì)80、90年代又成功設(shè)計(jì)研制了通過活塞調(diào)節(jié)進(jìn)氣量的85 mm和155 mm兩種較大口徑的輕氣炮,其中155 mm口徑氣體炮可以模擬火炮內(nèi)彈道參數(shù)和高加速度沖擊環(huán)境參數(shù),進(jìn)行高加速度模擬時(shí),加速度峰值可達(dá)26 000g左右,驅(qū)動(dòng)彈丸質(zhì)量2.5～3.2 kg,炮口速度≥400 m/s。進(jìn)行內(nèi)彈道模擬時(shí),加速度峰值可達(dá)10 000g左右,驅(qū)動(dòng)彈丸質(zhì)量4.5～5.2 kg,炮口速度≥400 m/s。這些輕氣炮裝置在常規(guī)武器研究、超高壓下的材料理論、超高速碰撞和侵徹引信研制中有廣泛地應(yīng)用[5,15]。

華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建有一級(jí)輕氣炮裝置,如圖8所示。此一級(jí)輕氣炮可以實(shí)現(xiàn)最大約1 000 m/s的撞擊速度,主要用來進(jìn)行材料在高應(yīng)變率(105/s～106/s)條件下的力學(xué)性能研究。

圖8 華南理工大學(xué)一級(jí)輕氣炮

大連民族大學(xué)的一級(jí)輕氣炮沖擊加載裝置委托洛陽道生精密機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)制造,如圖9所示。該一級(jí)輕氣炮內(nèi)徑為300 mm,長度10 m。彈丸最大重量1.75 kg,速度50 m/s。

圖9 大連民族大學(xué)一級(jí)輕氣炮

寧波大學(xué)的一級(jí)輕氣炮,如圖10所示。該輕氣炮口徑57 mm,炮管長4 m,彈速40～350 m/s[16]。該輕氣炮是進(jìn)行平面沖擊波試驗(yàn)裝置及高速撞擊終點(diǎn)效應(yīng)試驗(yàn)裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)平面壓縮波實(shí)驗(yàn)和壓剪特性實(shí)驗(yàn),以及高速?zèng)_擊拉伸狀態(tài)下臨界沖擊拉伸速度研究。在高速撞擊下,用于研究材料動(dòng)態(tài)破壞特性和本構(gòu)關(guān)系等。

圖10 寧波大學(xué)一級(jí)輕氣炮

西北核技術(shù)研究所在1982年設(shè)計(jì)研制了57 mm口徑一級(jí)輕氣炮,該輕氣炮發(fā)射管內(nèi)徑57 mm,長12 m,最大發(fā)射速度1 400 m/s[17]。之后,20世紀(jì)90年代又成功研制了130 mm的大口徑一級(jí)壓縮輕氣炮。

除一級(jí)輕氣炮裝置,對(duì)于二級(jí)輕氣炮的研究也有了一些突破性進(jìn)展。比如,西北核技術(shù)研究所在20世紀(jì)90年代設(shè)計(jì)研制了發(fā)射口徑10 mm的非火藥驅(qū)動(dòng)二級(jí)輕氣炮,該二級(jí)輕氣炮的最大彈丸發(fā)射速度可達(dá)7 000 m/s。之后又陸續(xù)設(shè)計(jì)研制了100/30 mm口徑的二級(jí)輕氣炮,結(jié)構(gòu)如圖11所示。該輕氣炮最大的特點(diǎn)是二級(jí)輕氣炮功能的實(shí)現(xiàn)是在內(nèi)徑100 mm的一級(jí)輕氣炮上加裝內(nèi)徑30 mm的發(fā)射管,因此通過拆裝發(fā)射管可以實(shí)現(xiàn)一、二級(jí)輕氣炮的功能。該輕氣炮當(dāng)作為一級(jí)輕氣炮使用時(shí),可以將重1 kg的模擬彈丸以1 157 m/s的速度發(fā)射,將重20 kg的模擬彈丸以349 m/s的速度發(fā)射;當(dāng)作為二級(jí)輕氣炮使用時(shí),可以將重100 g的模擬彈丸以3 005 m/s的速度發(fā)射,將重400 g的模擬彈丸以1 520 m/s的速度發(fā)射[18]。

圖11 西北核工業(yè)研究所的Φ100/30 mm非火藥驅(qū)動(dòng)二級(jí)輕氣炮簡圖

中國工程物理研究院建有一級(jí)和二級(jí)輕氣炮裝置。圖12(a)是兩門一級(jí)輕氣炮,圖中左邊一門口徑57 mm,可將200 g彈丸發(fā)射速度達(dá)1.4 km/s;右邊一門口徑100 mm,可將500 g彈丸發(fā)射速度達(dá)1.5 km/s。圖12(b)是一門二級(jí)輕氣炮,該炮配有30 mm和37 mm口徑兩套發(fā)射管。在30 mm口徑發(fā)射管上,將30 g彈丸發(fā)射速度達(dá)8.62 km/s[19];在37 mm口徑發(fā)射管上,將51.75 g彈丸發(fā)射速度達(dá)6.85 km/s[20]。

圖12 中國工程物理研究院輕氣炮

北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建成的16 mm、37 mm、57 mm、152 mm一級(jí)輕氣炮,14.5 mm二級(jí)輕氣炮,如圖13所示,主要性能指標(biāo)如表6所示。該系列輕氣炮具有高速、超高速寬范圍、多層次的加載條件,可開展常溫和高溫條件下金屬材料、低阻抗泡沫材料、砂漿及混凝土材料高應(yīng)變率條件下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究,攻角、侵角及正侵徹的彈體侵徹性能研究,超高速工程防護(hù)研究,為毀傷評(píng)估提供基礎(chǔ)沖擊動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。

表6 北京理工大學(xué)輕氣炮主要性能指標(biāo)

圖13 北京理工大學(xué)輕氣炮裝置

寧波大學(xué)的高速二級(jí)輕氣炮實(shí)驗(yàn)裝置由中國工程物理研究院流體物理研究所設(shè)計(jì)研制。炮體總長21 m,發(fā)射管口徑25 mm,發(fā)射模型可為圓片、圓柱、圓球等,標(biāo)準(zhǔn)彈重量不大于22 g,炮口最大初速度3.5 km/s。發(fā)射初始動(dòng)力由壓縮氮?dú)?或空氣)提供,氣室最大注氣壓力25 MPa。泵管輕質(zhì)氣體為氦氣。該裝置適用于固體材料高速平面碰撞、高速侵徹實(shí)驗(yàn),以及材料高壓高應(yīng)變率狀態(tài)方程實(shí)驗(yàn)測(cè)量研究。

中國科學(xué)院力學(xué)研究所研制的DBR30爆轟驅(qū)動(dòng)二級(jí)輕氣炮如圖14所示[21]。該輕氣炮裝置包括爆轟段、泵管、發(fā)射管和靶室四部分。該二級(jí)輕氣炮設(shè)計(jì)指標(biāo)可將重20 g的模擬彈丸以6～8 km/s的速度發(fā)射[22]。

圖14 中國科學(xué)院力學(xué)研究所DBR30二級(jí)輕氣炮

南京理工大學(xué)建有發(fā)射管口徑15 mm,泵管口徑40 mm的二級(jí)輕氣炮,如圖15所示。該二級(jí)輕氣炮設(shè)計(jì)彈丸質(zhì)量為4～8 g,速度大于2 000 m/s,藥室、泵管耐壓大于300 MPa,發(fā)射管耐壓大于100 MPa,能滿足超高速條件下爆轟波實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí),該裝置還可以用于高速碰撞、氣動(dòng)物理、氣動(dòng)力學(xué)等研究[8]。

圖15 南京理工大學(xué)二級(jí)輕氣炮

哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間碎片高速撞擊研究中心建有155 mm一級(jí)輕氣炮,配備了Φ2.4 m×6 m的大型試驗(yàn)靶艙,如圖16所示。該輕氣炮裝置可滿足各類侵徹武器100～300 m/s的著靶速度地面模擬試驗(yàn)需求。2022年使用該155 mm一級(jí)輕氣炮進(jìn)行了探索性全尺寸侵徹器模擬月壤侵徹試驗(yàn)[23]。

圖16 哈爾濱工業(yè)大學(xué)155 mm一級(jí)輕氣炮

哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間碎片高速撞擊研究中心建有二級(jí)輕氣炮裝置,如圖17所示。

圖17 哈爾濱工業(yè)大學(xué)二級(jí)輕氣炮

該輕氣炮裝置包括發(fā)射系統(tǒng)、測(cè)速系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)和靶艙四部分。發(fā)射系統(tǒng)的主要作用是將模擬彈丸加速發(fā)射,實(shí)現(xiàn)彈丸對(duì)靶件的高速或超高速碰撞。輕氣炮的一級(jí)泵管口徑57 mm,二級(jí)發(fā)射管可選擇性搭配5.4 mm、7.6 mm、10.0 mm和12.7 mm四種口徑,該系列輕氣炮裝置屬于非火藥驅(qū)動(dòng)二級(jí)輕氣炮,其一級(jí)驅(qū)動(dòng)以氮?dú)庾鳛閯?dòng)力源,二級(jí)驅(qū)動(dòng)以氫氣作為動(dòng)力源。該輕氣炮具備將質(zhì)量0.7 g的鋁合金球形彈丸發(fā)射至7 km/s的能力[24]。2013年使用該二級(jí)輕氣炮,采用液氮局部制冷系統(tǒng),對(duì)加速段頭部進(jìn)行局部制冷來研究冰彈丸高速撞擊靶板時(shí)的損傷效應(yīng)[25]。2015年使用該二級(jí)輕氣炮,在靶艙處安裝加溫箱,通過溫控開關(guān)控制靶艙內(nèi)的溫度,選用鋁球模擬彈丸來模擬空間碎片。通過該二級(jí)輕氣炮裝置將直徑3.97 mm鋁球模擬彈丸以1.47～4.47 km/s速度發(fā)射。該實(shí)驗(yàn)通過控制加溫箱的環(huán)境溫度,研究了環(huán)境溫度對(duì)編織物及其填充式結(jié)構(gòu)高速撞擊損傷與防護(hù)特性的影響[26]。

西南交通大學(xué)的二級(jí)輕氣炮委托德陽第二重機(jī)廠設(shè)計(jì)制造,如圖18所示。

圖18 西南交通大學(xué)二級(jí)輕氣炮

四川大學(xué)原子與分子物理研究所建有二級(jí)輕氣炮,如圖19所示,全長16 m,彈丸直徑20 mm,質(zhì)量10 g,彈丸速度在1.5～6.5 km/s范圍內(nèi)可調(diào)。主要應(yīng)用為借助高強(qiáng)度沖擊波探索高溫高密度條件下含能材料及凝聚物質(zhì)的原子與分子物理問題以及新材料的開發(fā)與應(yīng)用[27]。

圖19 四川大學(xué)二級(jí)輕氣炮

中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心2014年建成的203 mm大口徑二級(jí)輕氣炮,該輕氣炮也可以配備120 mm口徑發(fā)射管使用,總長104 m,其中燃燒室內(nèi)徑460 mm,壓縮管內(nèi)徑380 mm,長40.5 m,發(fā)射管最大長度58 m,炮體支撐平臺(tái)總長度111 m,炮體支架采用滾動(dòng)式支撐結(jié)構(gòu)。該輕氣炮可以發(fā)射模型質(zhì)量50～300 g,發(fā)射速度0.3～5 km/s,并且具備將重500 g的模型以4.0 km/s的速度發(fā)射時(shí)加速度小于4萬g的“軟發(fā)射”能力。該輕氣炮的第一級(jí)采用火藥燃燒驅(qū)動(dòng)方式,第二級(jí)采用壓縮氫氣作為動(dòng)力源,其結(jié)構(gòu)如圖20所示。目前,該輕氣炮已開展試驗(yàn)近40余次,成功將重115.8 g的模型以2.9 km/s的速度發(fā)射,能實(shí)現(xiàn)整體模型、球模型、錐模型、復(fù)雜外形等模型的超高速發(fā)射。該輕氣炮最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了超大尺寸、高仿真度模型的超高速發(fā)射,主要用于開展氣動(dòng)物理、氣動(dòng)力、超高速碰撞等領(lǐng)域的試驗(yàn)研究[28]。

圖20 中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心二級(jí)輕氣炮結(jié)構(gòu)示意圖

北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所設(shè)計(jì)研制的18 mm口徑二級(jí)輕氣炮如圖21所示。該二級(jí)輕氣炮具備將直徑1～12 mm的球形或柱形模擬彈丸以2～7 km/s速度發(fā)射的能力,該輕氣炮主要用于毫米級(jí)空間碎片超高速撞擊特性研究[29]。

圖21 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所二級(jí)輕氣炮[13]

表7為國內(nèi)部分一級(jí)輕氣炮的主要性能參數(shù),表8為國內(nèi)部分二級(jí)輕氣炮的主要性能參數(shù),數(shù)據(jù)均來自參考文獻(xiàn)或官網(wǎng)。

表7 國內(nèi)一級(jí)輕氣炮主要性能參數(shù)

表8 國內(nèi)二級(jí)輕氣炮主要性能參數(shù)

2 國內(nèi)外空氣炮研究分析

2.1 國外空氣炮研究進(jìn)展

KANNER H等人為評(píng)估航天飛機(jī)固體火箭助推器(SRB)對(duì)冰碎片的損傷能力,在埃格林空軍基地(AFB)中型空氣炮裝置上進(jìn)行了SRB沖擊試驗(yàn),測(cè)試系統(tǒng)如圖22所示。該空氣炮能將彈丸以1 800 ft/s的速度發(fā)射,發(fā)射機(jī)構(gòu)由一個(gè)高速快開閥控制。表9提供了該空氣炮規(guī)格的主要參數(shù)[30]。空氣炮的炮管有一個(gè)1/8 in的鍵槽固定在炮管底部來防止彈托在炮管中旋轉(zhuǎn)。在氣室后面大約6 ft處的密封炮管后膛放置在-10 ℉的低溫試驗(yàn)箱中。在距離炮管口10 in處是一個(gè)直徑為1.95 in孔的鋼制彈托剝離板,再后面是安裝有相機(jī)窗口的目標(biāo)靶室。

表9 空氣炮測(cè)試單元參數(shù)

圖22 格林空軍基地測(cè)試系統(tǒng)

2003年,美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室(ARL)設(shè)計(jì)研發(fā)了一種具有回收裝置的空氣炮,如圖23所示。該空氣炮裝置包括固定炮管、彈丸和雙能量吸收緩沖機(jī)構(gòu)。該空氣炮回收裝置的原理是:模擬彈丸撞擊到泡沫鋁減速器,隨著泡沫鋁不斷被壓縮,彈丸的動(dòng)能也不斷減少。同時(shí),被撞擊的泡沫鋁將其動(dòng)能轉(zhuǎn)換到后面的緩沖機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)二次能量的吸收,該空氣炮口徑4 in(101.6 mm),可以將100 lb的彈丸以1 200 ft/s(365.76 m/s)的速度發(fā)射。該空氣炮已廣泛用于測(cè)試火炮或彈丸部件在其發(fā)展階段的適用性和生存能力[31-34]。

圖23 美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室空氣炮測(cè)試裝置示意圖

2.2 國內(nèi)空氣炮研究進(jìn)展

文獻(xiàn)[35]中在如圖24所示的37 mm口徑空氣炮進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。試驗(yàn)中彈丸選取半球形頭部鋼彈,質(zhì)量為0.63 kg。利用空氣炮將模擬彈丸加速到150～400 m/s之后垂直侵徹混凝土靶板。該試驗(yàn)成功地測(cè)量了侵徹過程中彈丸速度隨時(shí)間變化的曲線。

圖24 37 mm空氣炮

文獻(xiàn)[36]在2001年設(shè)計(jì)研制的小型空氣炮如圖25所示。該裝置利用壓差自動(dòng)破膜的方式獲得高g值沖擊加速度,最大加速度峰值超過100 000g[36]。該裝置主要用于高g值加速度計(jì)的校準(zhǔn)。

圖25 100 000 g 沖擊加速度動(dòng)態(tài)激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器原理圖

西安近代化學(xué)研究氣研制的空氣炮裝置結(jié)構(gòu)如圖26所示。炮管內(nèi)徑64 mm,該空氣炮分為加速段、測(cè)試段和緩沖段。工作過程為:空氣炮發(fā)射彈丸,通過碰撞激勵(lì)體系完成對(duì)被校加速度的激勵(lì),然后由緩沖裝置完成軟回收。該裝置實(shí)現(xiàn)了最高2×106m/s2,100 μs脈寬的沖擊加速度激勵(lì)[37-38]。

圖26 校準(zhǔn)沖擊激勵(lì)機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖

中北大學(xué)動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)研制的空氣炮裝置如圖27所示。該空氣炮口徑100 mm,發(fā)射管有效長度6.2 m,氣室容積約為0.035 92 m3。該裝置的工作原理:壓縮空氣來驅(qū)動(dòng)彈丸獲得所需的發(fā)射速度,彈丸加速運(yùn)動(dòng)直到在回收室與加速度測(cè)試裝置碰撞,在碰撞過程中測(cè)試裝置受到彈丸的高沖擊,加速度計(jì)有輸出,激光多普勒干涉儀也可以測(cè)量記錄整個(gè)碰撞過程,從而實(shí)現(xiàn)加速度計(jì)的測(cè)試與校準(zhǔn)。該空氣炮裝置還用于侵徹引信、彈載系統(tǒng)及電子設(shè)備的抗沖擊設(shè)計(jì)、生存能力及可靠性測(cè)試等研究[16,39]。

圖27 中北大學(xué)研制空氣炮

南京理工大學(xué)設(shè)計(jì)研制的70 mm發(fā)射回收一體化空氣炮裝置如圖28(a)所示,其結(jié)構(gòu)簡圖如圖28(b)所示。該空氣炮包括高壓室、試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)射管、泄壓裝置和輔助段五部分。該空氣炮的工作過程:向高壓室及輔助段注入高壓空氣,在高壓空氣的推動(dòng)作用下,模擬彈丸沿炮管加速運(yùn)動(dòng),發(fā)射管中部設(shè)有泄壓孔,試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)過泄壓孔后開始?jí)嚎s發(fā)射管尾部的空氣達(dá)到減速的目的。同時(shí),在發(fā)射管尾部也安裝有泄壓裝置,當(dāng)發(fā)射管尾部壓力達(dá)到一定值后,打開發(fā)射管尾部的泄壓裝置,減小發(fā)射管尾部的壓力,避免試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生反向運(yùn)動(dòng)[31]。該空氣炮主要用于測(cè)試火箭彈、導(dǎo)彈的引信、彈載部件在高g值環(huán)境中的性能參數(shù)變化。

圖28 南京理工大學(xué)研制空氣炮

南京理工大學(xué)研發(fā)的Φ37 mm空氣炮裝置如圖29所示。該空氣炮裝置包括發(fā)射裝置和緩沖靶板裝置兩部分。發(fā)射裝置包括發(fā)射系統(tǒng)、發(fā)射控制系統(tǒng)、炮口子彈測(cè)速系統(tǒng)等。發(fā)射裝置主要功能是將模擬彈丸加速到一定速度發(fā)射。緩沖靶板裝置包括機(jī)械結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩部分。緩沖靶板主要用于數(shù)據(jù)的采集與過載加速度波形的整形。該空氣炮發(fā)射管直徑37 mm,長2.26 m,能承受的最大壓力400 MPa[40]。該空氣炮主要用于模擬火工品在實(shí)彈射擊力學(xué)過載條件下的安全性可靠性試驗(yàn)與評(píng)估。

圖29 南京理工大學(xué)Φ37 mm空氣炮

中國工程物理研究院總體工程研究所設(shè)計(jì)的高速碰撞試驗(yàn)系統(tǒng)如圖30所示。該系統(tǒng)包括空氣炮、試樣組件、測(cè)速系統(tǒng)、彈拖分離器、高速攝影以及靶體等部分。該系統(tǒng)的工作原理:空氣炮將高壓氣體快速釋放,從而驅(qū)動(dòng)已加熱至試驗(yàn)溫度的試樣組件以設(shè)定好的姿態(tài)撞擊靶體。其中,試樣組件主要作用是彈托和加熱,高速攝影用來記錄彈丸的碰靶姿態(tài)。測(cè)速系統(tǒng)用來測(cè)量彈丸碰靶速度。該空氣炮的內(nèi)徑250 mm,最高溫度不低于1 100 ℃,最高速度不低于90 m/s。利用該系統(tǒng)可以進(jìn)行高溫高速復(fù)合條件下的撞擊試驗(yàn)[41-42]。

圖30 試驗(yàn)系統(tǒng)分布

中國工程物理研究院總體工程研究所用圖31所示的空氣炮試驗(yàn)系統(tǒng),研究了在不同撞擊速度下冰雹的破碎特性及致?lián)p能力。試驗(yàn)所用空氣炮口徑80 mm。試驗(yàn)原理:將冰球和聚氨酯彈托從-18 ℃低溫環(huán)境中取出,通過空氣炮將冰球加速持續(xù)一段時(shí)間后,撞擊到金屬桿,金屬桿上產(chǎn)生應(yīng)力波,可以根據(jù)測(cè)力金屬桿中應(yīng)力波幅值的大小來反推界面的撞擊力大小,進(jìn)而獲得撞擊力隨時(shí)間的變化規(guī)律[43]。該試驗(yàn)的缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)在位測(cè)試,或者原位測(cè)試。

圖31 空氣炮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

北京海泰微納科技發(fā)展有限公司建有四個(gè)系列特種空氣炮裝置,可實(shí)現(xiàn)高g值加速度傳感器、彈載器件與部件的極端復(fù)合環(huán)境下的高能量沖擊加載,其技術(shù)指標(biāo)較國內(nèi)外同類測(cè)試裝置具有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)[38,44]。

3 思考與建議

超常規(guī)、高能量沖擊試驗(yàn)技術(shù)是在真實(shí)、模擬和虛擬條件下對(duì)軍工產(chǎn)品系統(tǒng)及關(guān)鍵核心部件的功能、性能的測(cè)量、驗(yàn)證與評(píng)價(jià)的過程和技術(shù),需要研究特種試驗(yàn)加載裝置。我國高能量沖擊加載試驗(yàn)裝置的發(fā)展,應(yīng)該遵循理論與工程實(shí)踐相結(jié)合,試驗(yàn)測(cè)試前沿技術(shù)與基礎(chǔ)理論相結(jié)合,定性試驗(yàn)與定量試驗(yàn)相結(jié)合,虛擬試驗(yàn)與聯(lián)合試驗(yàn)技術(shù),孿生模擬試驗(yàn)與數(shù)字孿生技術(shù)相結(jié)合,軍工專有基礎(chǔ)試驗(yàn)技術(shù)與通用試驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合,實(shí)驗(yàn)室條件下的模擬試驗(yàn)與實(shí)戰(zhàn)條件下實(shí)彈試驗(yàn)相結(jié)合。此類輕氣炮、空氣炮等高能量沖擊加載試驗(yàn)裝置研究主要包括:1) 開展特種試驗(yàn)加載裝置的基礎(chǔ)理論與方法研究;2) 從實(shí)戰(zhàn)和工程實(shí)踐出發(fā),開展試驗(yàn)加載裝置的設(shè)計(jì)、環(huán)境構(gòu)建和工程樣機(jī)研究;3) 開展虛擬/仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究;4) 開展試驗(yàn)評(píng)估及試驗(yàn)數(shù)據(jù)挖掘,包括試驗(yàn)與評(píng)估,以及聯(lián)合試驗(yàn)技術(shù)研究。

我們應(yīng)該從我國武器裝備實(shí)際出發(fā),以實(shí)戰(zhàn)化要求,提升試驗(yàn)與測(cè)試的核心能力。建議重點(diǎn)開展的研究工作包括:1) 高能量沖擊、高低溫復(fù)合環(huán)境在位試驗(yàn)測(cè)試重大裝備研制,以產(chǎn)生高低溫、大脈寬、高沖擊的在位復(fù)合試驗(yàn)工況環(huán)境(負(fù)載質(zhì)量數(shù)公斤,低溫至-45 ℃或者更低,高溫至85 ℃或者更高);2) 局部高溫、高沖擊環(huán)境復(fù)合試驗(yàn)測(cè)試重大裝備研制,以產(chǎn)生局部高溫、大脈寬、高過載在位高沖擊試驗(yàn)實(shí)際工況環(huán)境(無低溫要求,高溫至數(shù)百攝氏度,負(fù)載質(zhì)量數(shù)公斤);3) 連續(xù)多次高能量沖擊環(huán)境復(fù)合試驗(yàn)測(cè)試重大儀器裝備研制,模擬侵徹多層硬目標(biāo)的實(shí)際工況,驗(yàn)證識(shí)別控制算法,最終達(dá)到精確炸點(diǎn)控制的目的;4) 數(shù)字孿生技術(shù)與孿生模擬試驗(yàn)高沖擊重大裝備研制,以滿足武器裝備關(guān)鍵器件、部件、組件特種環(huán)境條件下的可控、可重復(fù)加載的高沖擊定量分析需求,配合靶場(chǎng)試驗(yàn),切實(shí)降低武器裝備研究實(shí)彈成本高的弊端[38]。2022年1月28日,國務(wù)院發(fā)布了《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》,明確了到2035年推動(dòng)計(jì)量事業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)思想、基本原則、發(fā)展目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施。規(guī)劃明確指出:研究復(fù)雜環(huán)境和極值量計(jì)量技術(shù);服務(wù)高端儀器發(fā)展和精密制造,推動(dòng)關(guān)鍵計(jì)量測(cè)試設(shè)備自主可控,加快專用計(jì)量儀器儀表的研制和推廣使用。

高能量沖擊加載試驗(yàn)裝備設(shè)計(jì)開發(fā)過程中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的難點(diǎn)包括:1) 在壓縮空氣的驅(qū)動(dòng)下模擬彈丸由炮管首端加速飛向尾端,與靜置的靶件高速碰撞,大質(zhì)量被測(cè)靶件在彈丸激勵(lì)下沿炮管軸向加速運(yùn)動(dòng),瞬間產(chǎn)生高過載、大脈寬和巨大的動(dòng)能,將此能量瞬間卸載下來,安全可控是一個(gè)難點(diǎn)。建議重點(diǎn)開展多級(jí)緩沖吸能方法與能量卸載裝置工程化研究。2) 高沖擊高低溫復(fù)合試驗(yàn)裝置存在可運(yùn)動(dòng)多級(jí)緩沖吸能器卸載結(jié)構(gòu),試驗(yàn)艙不能完全密閉,導(dǎo)致熱傳導(dǎo)的熱量散失和溫度非線性,試驗(yàn)區(qū)均勻性不一致,如何保證其有效工作區(qū)的溫度均勻度以及波動(dòng)度可控是工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)之一。試件負(fù)載質(zhì)量大則熱容量大,為實(shí)現(xiàn)高低溫試驗(yàn)系統(tǒng)具有大質(zhì)量負(fù)載高溫變率能力,試驗(yàn)艙段可以采用大功率風(fēng)道式的電阻加熱方式與液氮霧化制冷方式協(xié)調(diào)控制。或者高低溫復(fù)合碰撞試驗(yàn)艙采用閉合循環(huán)單回路方式,單回路方式將加熱系統(tǒng)與制冷系統(tǒng)集成在同一主回路有利于實(shí)現(xiàn)冷熱平衡溫度控制。高溫將導(dǎo)致制冷系統(tǒng)失效,所以復(fù)合試驗(yàn)艙不能無限制高溫升溫,有上限。3) 由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)彈丸,沿著炮管軸向飛行與彈靶碰撞試驗(yàn)艙的被測(cè)靶件高速碰撞,瞬間被激勵(lì)的高頻振動(dòng)與擺動(dòng)的靶件,沿著炮管軸向高速運(yùn)動(dòng)。由于瞬態(tài)碰撞過程時(shí)間短、速度高、能量大,并帶有高頻振動(dòng)、擺動(dòng),普通的外差式激光多普勒干涉儀難以實(shí)現(xiàn),建議開展強(qiáng)擾動(dòng)條件下差動(dòng)激光干涉多普勒測(cè)速方法研究,研制強(qiáng)擾動(dòng)條件下高速碰撞激光干涉多普勒測(cè)試系統(tǒng)。

開展輕氣炮、空氣炮等高能量沖擊試驗(yàn)加載裝置研究,應(yīng)以國家持續(xù)投入為主,加強(qiáng)軍民融合,產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合,重點(diǎn)加強(qiáng)條件建設(shè)和能力保障建設(shè),建立國家級(jí)特種試驗(yàn)測(cè)試中心和應(yīng)用驗(yàn)證平臺(tái),攻克高沖擊復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試裝備和儀器,實(shí)現(xiàn)我國特種試驗(yàn)測(cè)試裝置的自主可控、自主保障,提高信息化復(fù)雜裝備系統(tǒng)的總裝集成、試驗(yàn)驗(yàn)證和基礎(chǔ)試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

4 總結(jié)

目前輕氣炮、空氣炮已大量應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室條件下模擬高速、超高速?zèng)_擊加載場(chǎng)合。美國是最早開始并深入研究輕氣炮、空氣炮沖擊碰撞加載裝置以及相關(guān)技術(shù)研究的國家。相比于國外研究,我國相關(guān)研究還存在一定差距。十八大以來的近十年,中國在模擬高速、超高速、高過載沖擊加載試驗(yàn)測(cè)試相關(guān)裝置的研究在不斷加強(qiáng),并取得了不小的成就。目前存在的主要問題:二級(jí)輕氣炮發(fā)射口徑大多在7.6～50 mm,發(fā)射速度一般在8 km/s以下[45-47]。對(duì)于一些模擬超過10 km/s以上的場(chǎng)合,我們?nèi)孕枥^續(xù)努力。對(duì)于實(shí)現(xiàn)高沖擊加速度模擬空氣炮裝置研究,需要進(jìn)一步研發(fā)滿足更高量程、更大脈寬的高能量沖擊加載試驗(yàn)特種裝置。由于極端復(fù)合環(huán)境加載的需求也日益凸顯,我國還應(yīng)進(jìn)一步研制出滿足極端邊界條件力熱耦合高低溫、高沖擊復(fù)合加載在位測(cè)試空氣炮試驗(yàn)裝置,以滿足高新武器對(duì)面向?qū)崙?zhàn)化的新型試驗(yàn)與測(cè)試技術(shù)的需求。本文較深入系統(tǒng)地分析了國內(nèi)外相關(guān)單位常溫條件、高低溫環(huán)境條件下的輕氣炮和空氣炮沖擊加載試驗(yàn)裝置研究現(xiàn)狀,并給出了重點(diǎn)發(fā)展方向的思考及建議,為輕氣炮、空氣炮的高能量沖擊加載裝置的研制提供了一定借鑒作用。