一种为水下兵器上浮系统提供快速充气的燃气发生器

摘要

一种为水下兵器上浮系统提供气源的气体发生装置，包括壳体，形成于壳体内的燃烧室和工作室，一个以上安装于壳体一端上的点火器；壳体内装有过滤套筒，过滤套筒包括大外筒、小内筒；燃烧室由小内筒内装低温燃气发生剂形成，工作室由大外筒内壁与小内筒外壁之间的腔室装低温产气药剂形成；壳体侧面设有多个排气口。本发明具有结构简单，重量轻、发生器内压低、出口压力稳定、粉尘少、出口燃气温度低等优点；可满足用于水下物品快速上浮、水上及空中救援等密闭囊体充气的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气发生器。

背景技术

水下兵器试验弹在试验过程中需要回收以获取试验数据，如果试验时带一根长绳下水，会影响到试验弹的弹道性能，长距离水平运动时，根本无法采用绳子回收，因此需要一种紧急上浮系统，该系统由控制器、燃气发生器、气囊等组成，能够安装在试验弹上，不影响试验弹的正常工作，当试验弹工作完后由水深控制器发出点火信号，启动燃气发生器，产生大量低温气体使囊体迅速膨胀获得浮力，将试验弹浮出水面。该系统要求燃气发生器具有发气量大、启动迅速快、燃气温度低、气体中固体颗粒少等特点。

目前烟火式气体发生器主要应用于汽车安全气囊，产气量小，气体温度高，不能满足于大气量、要求保压的密闭囊体充气要求。

发明内容

本发明为解决水下兵器试验过程需要带绳回收，影响弹道准确性等问题，而提供一种为水下兵器上浮系统提供快速充气的燃气发生器，结构简单，重量轻、发生器内压低、出口压力稳定、粉尘少、出口燃气温度。

本发明的技术方案是：包括壳体，形成于壳体内的燃烧室和工作室，一个以上安装于壳体一端上的点火器；壳体内装有过滤套筒，过滤套筒包括大外筒、小内筒；燃烧室由小内筒内装低温燃气发生剂形成，工作室由大外筒内壁与小内筒外壁之间的腔室装低温产气药剂形成；壳体侧面设有多个排气口。

所述点火器经引燃药与燃烧室连接。所述燃烧室与壳体底部之间设有一个引燃药环或引燃药盒。点火器出口端正对着引燃药环表面，可快速点燃引燃药环燃烧；点火器出口端与引燃药环表面之间留有一定的间隙，便于点火器的火焰与引燃药的燃气可以快速扩散。引燃药环燃烧后，会再次引燃在燃烧室内的低温燃气发生剂，低温燃气发生剂燃烧后形成的燃气通过燃烧室孔板进入工作室内，引燃低温产气药剂燃烧分解形成大量的低温气体，通过排气口排出发生器外。

所述工作室一端装有海绵垫、工作室容腔调节垫块。调节垫块是为了实现在工作室内装入不同量的低温产气药剂后，设定合适的垫块用于填充剩余空腔；海绵垫的作用是由于每个过滤套筒的工作室内的体积差异，在不同产品内装入同一装填量的低温产气药剂后，实现填充体积差异引起的多余空腔，可确保低温产气药剂稳固不晃动。

所述壳体为一端敞口、另一端封闭的筒状结构，端盖套入密封圈后，通过螺纹装于壳体的敞口处，所述工作室容腔调节垫块与端盖相抵，并在端盖旋入过程中通过调节垫块逐渐压紧海绵垫与低温产气药剂。

所述壳体中部设有贯穿于燃烧室和工作室、端盖内用于传送电缆及信号线的中心管。

所述壳体与过滤套筒之间预留有间隙，间隙形成便于气体均匀地从各气孔排出的环形空腔。

所述壳体外套有环状囊体或球状囊体。

所述壳体两端分别设有多个法兰盘，环状囊体或球状囊体装于其中的两个或一个法兰盘上。

所述过滤套筒的大外筒、小内筒由复合孔板形成，大外筒、小内筒通过底板焊接成为一体结构。

所述复合孔板由孔板、筛网和金属毡三层组成；或者复合孔板由孔板和金属毡二层组成；或者复合孔板由孔板和金属丝复合压制而成。调节孔板的孔径和通气面积、筛网孔径以及金属毡的过滤精度及厚度可有效调节过滤装置内外压差，以达到在保证燃气过滤精度的同时尽量降低内外压差的目的，提高发生器的结构可靠性和工作可靠性。燃气发生器两端分别设有螺栓固定位置，其中的一端螺栓孔加工在发生器底部，另一端加工在最外侧法兰盘上。

本发明可满足用于水下物品快速上浮、水上及空中救援等密闭囊体充气的需求，水下兵器试验弹深水回收紧急上浮系统。本发明采用低温燃气发生剂与低温产气药剂，燃烧形成的气体温度较低（气体温度最高只有300℃以下）、形成的燃气量大、工作时间可以根据需要调节为0.2s~2s，不需要通过物理或化学降温措施，将形成的大量燃气直接充入气囊中而不会烫伤或烧伤气囊；相同体积的发生器可产生更多的气量；其主要用于水下不同深度(主要为10m~250m，也可以根据需要调整为更大的工作深度)回收装置中，也可用于陆地上的高空抛物缓冲气囊，火星着陆系统等。与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1、本发明针对低温粒状产气药剂设计，结构简单，产气量大，产气温度低；不需要通过物理或化学降温措施，可满足无热防护密闭囊体充气要求；

2、发生器重量轻，体积小，与气袋安装密封简便；

3、发生器内压低，充气速度块，工作压力及发气量稳定性好；

4、发生器内部组件装配简便，固定可靠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是燃气发生结构组件安装图。

图3是燃烧室、工作室、过滤装置组合焊接件。

图4是工作室容腔调节垫块。

图5是实施例一密闭容器压强－时间、温度－时间曲线。

图6是实施例二密闭容器压强－时间、温度－时间曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明

图1、2、3中，壳体4、端盖1和过滤套筒（也称过滤装置）5构成发生器主体。壳体4为圆筒状，排气口16均布于密封法兰20之间的壳体4圆周向，排气口孔径为Φ1mm～Φ5mm，孔径大小以及孔数量根据产气量进行调节。壳体4内装过滤装置5，过滤装置5将壳体内部分隔为燃烧室18和工作室17。工作室17由外圈过滤网、内圈燃烧室外壁和壳体组成，内部填充低温产气药剂，用来产生大量低温气体；壳体与过滤装置5外壁之间的环形空腔是为了实现燃气均压作用，通过侧面孔均匀地排出。燃烧室18位于过滤装置5轴向的中心，沿轴向放置低温燃气发生剂15，燃烧室18与壳体4底部之间设有引燃药7，壳体4底部上至少有一个点火器8，若设置两个点火器，可提高点火可靠度，点火器8激发点燃引燃药7和低温燃气发生剂15，引燃药7和低温燃气发生剂15燃烧后迅速引燃工作室17中低温产气药剂14。通过轴向布置的多根长条状低温燃气发生剂药条，可实现药条大面积快速燃烧，将燃气均匀、迅速地充入及引燃低温入产气药剂14，使发生器建立初始压力快、工作压强稳定，适应性强。引燃药7可以采用高燃速固体燃料或黑火药、硼/KNO₃点火药等制成引燃药环或引燃药盒，采用此设计可降低点火器点火能量，快速引燃燃烧室内低温燃气发生剂，有效降低发生器启动时间。壳体4轴向中心部位可留有一个穿电缆及信号线的中心管13，用于传送电缆及信号线，可以根据需求设计孔径大小，一般为Φ10mm~Φ30mm；如无通信/通电要求时，可取消该孔结构。中心管13与壳体4通过焊接为一体，中心管13与端盖1的连接采用1~2个橡胶密封圈实现密封。壳体4两端设计有囊体装配密封用法兰盘20，也可根据需要在壳体4上设计1~3个法兰盘用于结构安装装配。壳体4底部均布间隔的2~6个螺纹盲孔，用于发生器安装固定，端盖1有2~4个螺纹盲孔，用于发生器端盖装配。

当发生器接到点火信号后，点火器8激发，点燃引燃药7继而引燃燃烧室内低温燃气发生剂15，引燃药7和低温燃气发生剂燃烧后的热燃气喷入工作室17，引燃工作室17中低温产气药剂14产生大量低温气体，低温燃气通过过滤网及筒壁排气口充入囊体。

图4中，过滤装置5包括大外筒、小内筒；燃烧室18由小内筒内装低温燃气发生剂形成；工作室17由大外筒内壁与小内筒外壁之间的腔室装低温产气药剂形成。过滤装置5的大外筒、小内筒由复合孔板（即过滤网）形成，大外筒、小内筒通过金属底板焊接成为一体结构，即燃烧室18和工作室17通过金属底板焊接成为一体。燃烧室18位于径向中心部位，呈轴向圆筒状，圆筒的长短及直径根据燃气发生剂的装填药量和工作室17的设计长度可进行调整，但总长度不应短于工作室17的40％。大外筒的筒壁由孔板、金属筛网和金属毡三层或者孔板和金属毡二层组成，用于过滤燃气；小内筒的筒壁可由金属筛网和孔板二层或单层孔板组成，用于隔离两类药剂。孔板的通气面积在30％~70%，金属筛网孔径为1mm~3mm；金属毡过滤精度小于50μm。

过滤装置5底板和顶部均设计有密封槽，采用O形橡胶密封圈6与壳体4及端盖1间密封，可有效控制燃气流的流通方向，稳定燃烧室工作压强。过滤装置与中心管、端盖、和壳体通过螺纹及螺栓紧固组合为整体燃气发生器。这样不但有效利用了发生器内部空间，而且结构简单紧凑，零部件少，方便发生器的装配。

图5中，工作室17中可配制海绵垫10、工作室容腔调节垫块11，根据装填产气药剂装填量的不同，以方便调节工作室空间的大小，用于提供不同产气量的发生器。垫块的材料可选择木制、橡胶、酚醛树脂或工程塑料等耐高温材料。

实施例1

参照附图1，将装有5g黑火药及硼硝酸钾的引燃药7和密封圈6粘接在过滤装置5的底板上，将100g低温燃气发生剂药条15均匀粘接在燃烧室18内壁上。将装配好的过滤装置5底板向下放入发生器内，在工作室中装入800g粒状低温产气药剂颗粒14，并用海绵垫10将工作室剩余空间填满。将密封圈3放入过滤装置，密封圈2、12装入端盖1后，利用端盖装配孔将端盖1与壳体装配好。将点火器8装配到发生器底部上，完成发生器装配。

在58L密闭容器中用电流激发点火测试。数据如图5所示。容器内最大压强为1.75MPa，产气量达到1015L，容器内最高温度为295℃，达到最高压强的时间为可以控制在0.4s~1.5s。

实施例2

参照附图1，将12g引燃药环和密封圈6粘接在过滤装置5的底板上，将80g低温燃气发生剂药条15均匀粘接在燃烧室内壁上。将装配好的过滤装置5底板向下放入发生器内，在工作室中装入620g粒状低温产气药剂颗粒14，将工作室容腔调节垫块11装入工作室，产气药剂与垫块间用海绵垫10隔离。将密封圈3放入过滤装置，密封圈2、12装入端盖1后，利用端盖装配孔将端盖与壳体装配好。将点火器装配到发生器底部上，完成发生器装配。

在58L密闭容器中用电流激发点火测试。数据如图6所示。容器内最大压强为1.21MPa，产气量达到702L，容器内最高温度为280℃，达到最高压强的时间为0.4~1.5s。