射網防暴器引發與充氣裝置的改進

呼剛義，王 凱，關雄飛

(1.西安理工大學高等技術學院，陜西西安 710048;2.機械與精密儀器工程學院，陜西西安 710048)

0 引言

射網防暴器屬于非致命性武器，近年來這種非致命武器已在軍事、維護治安和野外勘察等多種領域得到廣泛應用。但在實際應用中仍存在一些問題，如發射等待時間較長、發射距離不穩定、高壓氣體密封效果不理想等［1］，因此需要開展相應的研究工作。

應某公司研究需求，針對原有射網防暴器發射等待時間過長進行研究，所設計的新機構要在產生的壓強不低于原來裝置的前提下發射時間有明顯的減少，預期設計新的機構性能和工作效率會有適當的提高。這樣可以為射網防暴器的優化設計提供合理的參考依據。

1 射網防暴器工作原理

高壓氣動捕捉網以壓縮氣體為傳遞媒介，利用氣體壓力能釋放產生動力。其過程是將氣體壓縮到鋼瓶中使其具有一定的壓力，利用空氣管里的針尖扎破鋼瓶，使高壓氣體釋放在整個空氣管和回帽里。然后將引發機構上的開關按鈕處于開的位置，打開保險鎖，摁下按鈕，讓高壓氣體穿過引發機構到發射架中，推動8個橡膠拉頭帶動捕捉網呈一定角度向前運動。網在運動過程中迅速張開，遇到前方目標時，捕捉網的橡膠拉頭由于慣性作用，自動盤罩目標，從而達到抓捕目標的效果。

2 射網防暴器引發與充氣裝置的設計

2.1 原射網防暴器的三維建模結構(圖1)

圖1 射網防暴器三維建模圖

2.2 原射網防暴器發射時間的測試

通過對已有射網防爆器的壓力測試，由圖2可知，在擰動回帽針尖扎破高壓氣瓶釋放高壓氣體后，時間為48 s后空氣管內的氣壓才能達到最大，即1.1 MPa。對于實際應用來說，這將會錯過最佳的發射時機，因此希望該時間越短越好。

圖2 氣壓與時間關系圖

2.3 原產品性能的不足及結構改進的設計

本產品的缺陷主要是:

1)需等待48 s后，空氣管內氣體壓強才能達到最大，這樣就很容易錯過最佳發射時間。

2)每次發射完成后需要更換高壓氣瓶。因此需要攜帶一定數量的高壓氣瓶，不很方便。

以上缺點使得裝置的作用不能得到很好地發揮。

鑒于當前常見的壓氣式氣槍是先將空氣壓入氣室，扣動扳機釋放壓縮空氣來實現氣槍彈的發射，它就像用氣筒打氣一樣，先向氣室內壓氣，根據所需初速大小，可壓一次氣也可壓多次氣。這樣可以提高初速，射擊時震動小，而且發射所耗時間較短［2］。

為了減短發射時間，決定采用壓氣式氣槍引發與充氣裝置來代替原引發充氣裝置。設計發射裝置的三維結構如圖3所示。

圖3 引發與充氣裝置的結構圖

引發機構如圖4所示，其中壓氣活塞壓縮氣體通過單向閥推動氣閥心向后運動，閥心推動撞捶向后運動頂住扳機阻鐵。當壓氣活塞壓氣停止時單向閥復位，此時氣室中充滿了高壓氣體并保持高壓狀態，設備處于待擊狀態，此時密封不好就容易漏氣泄壓。扣動扳機后撞捶立即被釋放，此時高壓氣體會快速推動氣閥心和撞捶向后運動，氣閥心的向后移動會讓氣閥座上的氣孔露出，高壓氣體通過氣孔流向空氣管并推動子彈射出。網發射出去以后空氣管內的氣壓下降，撞捶在彈簧力的作用下向前運動，這時松開扳機實現撞捶掛機。

圖4 引發裝置剖面圖

充氣過程如圖5所示，當拉桿向下拉動時，拉桿通過壓氣桿將壓氣活塞拉出此時空氣管內充滿空氣;當拉桿合上的時候拉桿通過壓氣桿推動壓氣活塞壓縮空氣。

圖5 充氣裝置剖面圖

3 壓力的計算

裝置是通過壓縮活塞將原本位于空氣管內的空氣壓入裝有單向閥的氣室中從而在氣室中形成高壓氣體。

理想氣體狀態方程一般指克拉珀龍方程:pV=nRT。其中p為壓強，V為體積，n為物質的量，R為普適氣體常量，T為絕對溫度(T的單位為開爾文(字母為K)，數值為攝氏溫度加273.15度，如0℃即為273.15 K)。當p，V，n，T的單位分別采用Pa(帕斯卡)，m3，mol，K時，R的數值為8.314。該方程嚴格意義上來說只適用于理想氣體，但近似可用于非極端情況(高溫低壓)的真實氣體(包括常溫常壓)。因此該計算可以使用理想氣體狀態方程［3］。

根據理想氣體狀態方程:

P——壓縮空氣后的壓力;

V——壓縮后氣體的體積即氣室的體積取V1;

N——壓縮后氣室中氣體的物質的量 :

R取8.314 mol·k，將參數帶入公式:

由實驗知射網防暴器采用CO2高壓氣瓶裝置時經過一段時間達到的最大壓力為1.1MPa，這說明該裝置可以提供比原裝置更大的動力。

4 結語

從結構的設計選擇與壓力計算可知，改進后的結構可以在產生不低于原有裝置壓力的情況下大大縮短發射時間。這說明改進后的結構對于射網防暴器的功效發揮更有效，此方案為射網防暴器的設計提供了有價值的參考依據。該結構涉及到的零件較多，對于零件加工精度要求高，密封件的密封性能要求也較高。

綜合考慮，本文設計的機構可以確保快速壓氣，并且氣壓能達到使用要求，不必攜帶儲氣設備，該設計方案具有一定的實用參考價值。

［1］揚延相.旋流噴嘴中空旋轉射流近區域流動的研究［N］.應用力學學報，2000(6):56-61.

［2］韓占忠.FLUENT流體工程仿真計算實例與分析［M］.北京理工大學出版社，2009.

［3］韓占忠，王敬，蘭小平.FLUENT流體工程仿真計算實例與應用［M］.2版.北京理工大學出版社，2010.