一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置

1.本发明属于破冰技术领域，具体涉及一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置。


背景技术：

2.随着北极航道以及北极资源的开发，破冰技术成为紧迫的研究问题。传统的破冰方法是依靠船舶自身结构强度与冰层直接碰撞，依靠自身动力与自重碾压冰块，破冰效率较低且易损坏船舶。连续高压气体破冰是一种与传统破冰不同的方法，它的原理是在冰层下方不断地喷射高压气体，使之在水中快速扩散并释放能量，产生爆炸效应，形成冲击波和空泡射流，对冰层造成持续性的破坏。这种破冰方法具有高效优势，不仅能提高航运的经济性，还能节约能源，减少温室效应的影响。
3.通过连续高压气体破冰机理实验研究该过程中的流固耦合问题，得到合理的压力载荷与冰层损伤模式，对于提高破冰船型的结构设计水平和航行安全性，具有重要的工程应用意义和科学理论价值。
4.在高压气体破冰实验中，高压气源的稳定控制、定量释放与连续释放是关键。在已知产生气动脉冲装置实验技术中专利申请号为201910228272.x“一种用于水下高压气体破冰实验的气枪装置“通过传动连杆将电磁活塞与密封活塞连接，密封活塞通过高压气缸与外部的内外压力差实现装置密封。由于两不同材质的活塞通过传动轻杆连接，对加工精密度要求较高，加工难度大，安装过程比较繁琐。专利申请号为“201811169354.3”一种电磁控制的水下高压气泡源装置通过一个电磁铁控制杠杆结构，在弹簧作用下产生水下气动脉冲。然而，该装置未考虑重复实验的需求，每次实验后需要人工复原装置。同时，杠杆卡扣的设计使整套装置结构复杂，稳定性低，不利于进行长期大量对比实验。
5.在已有的水下高压气体实验技术中，专利申请号为201910228272.x“一种用于水下高压气体破冰实验的气枪装置”,专利申请号为202110461437.5“一种用于高速回转体水下破冰的驱动系统”同样为高压气泡破冰装置，但仅可产生单发高压气枪泡，无法定量定频产生高压气泡，破冰能力有限。现有的气体破冰实验装置存在许多不足：
6.(1)气枪产生高压气泡为单一气泡影响破冰效果；
7.(2)机构复杂，大多需要杠杆机械机构或多个电磁阀同时工作，对控制精度需求高；
8.(3)无法定量定频产生气泡，影响实验精度与效率。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置。
10.一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置，包括推进头、枪体外壳、枪口和阻断器；所述枪体外壳内部空间由左侧推进管道、中部枪口通道和右侧压缩气体通道组成；所述枪口开设在枪口通道上端；所述压缩气体通道内部设有夹层，夹层中部开设有通气口，
夹层将压缩气体通道分割为左侧压缩气体进阻室和稳压压缩气体室，稳压压缩气体室通过接入口与外部稳压气体源连接；所述推进头设置在推进管道内，推进头与推进管道的壁面之间密封滑动，推进头左端通过推进轴与外部动力源连接；所述推进管道内左右两端面上设有减震弹簧；所述阻断器安装在连接杆上，且布置在压缩气体进阻室内，阻断器的右端通过进阻弹簧与夹层连接；所述连接杆左端伸入推进管道内，连接杆的尺寸与夹层的通气口适配，连接杆可伸入并密闭夹层的通气口。
11.进一步地，所述夹层在压缩气体通道中的位置可调，通过调节夹层改变压缩气体进阻室的容积，实现气枪装置的单次定量输出。
12.进一步地，所述推进头上设有第一限位器，与推进管道的壁面上对应位置安装的第二限位器配合，用于防止推进头过度撞击。
13.进一步地，使用气枪装置时，按预设想输出气量与气泡频率调节外部动力源，控制推进头的推进距离与频率；开启外部稳压气体源，使高压气体充满压缩气体通道；开启外部动力源后，推进头撞击连接杆，进而推动阻断器压缩进阻弹簧的同时，连接杆右端伸入并密闭夹层的通气口，实现高压气体的定量输出；高压气体输出后，阻断器被进阻弹簧回弹，阻断器将压缩气体进阻室与枪口通道之间分隔开；外部动力源按照设定频率继续输入，进入新的循环，实现高压气体的连续输出。
14.本发明的有益效果在于：
15.本发明通过调节外部动力源的输入动力频率，控制推进头撞击连接杆压缩进阻弹簧的频率，即可调节高压气泡输出频率，通过控制阻断器压缩进阻弹簧的距离来控制输出气体体积，实现定量定频连续输出；本发明通过调节夹层改变压缩气体进阻室的容积，在进行单次实验时将压缩气体进阻室内全部气体释放，实现单次释放压缩气体时的定量可控。
附图说明
16.图1为一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置的示意图。
17.图2为一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置处于释放状态的结构图。
18.图3为一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置处于密闭状态的结构图。
19.图4为一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置的立体示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明做进一步描述。
21.本发明提供了一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置，由连续推进区，气体进阻区，储气区三部分组成。其中，连续推进区用来输入持续的、规定频率的、固定功率的动力，气体进阻区用来控制气体的输出和切断，储气区用来储存大量稳压压缩气体。本发明提供的实验装置有效地实现了水下连续定频定量释放高压气体泡破冰，操作简便安全，结构简单可靠。
22.一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置，包括推进头5、枪体外壳6、枪口10和阻断器11；所述枪体外壳6内部空间由左侧推进管道8、中部枪口通道和右侧压缩气体通道组成；所述枪口10开设在枪口通道上端；所述压缩气体通道内部设有夹层14，夹层14中部开设有通气口，夹层14将压缩气体通道分割为左侧压缩气体进阻室13和稳压压缩气体室
15，稳压压缩气体室15通过接入口16与外部稳压气体源连接；所述推进头5设置在推进管道8内，推进头5与推进管道8的壁面之间密封滑动，推进头5左端通过推进轴2与外部动力源连接；所述推进管道8内左右两端面上设有减震弹簧3；所述阻断器11安装在连接杆9上，且布置在压缩气体进阻室13内，阻断器11的右端通过进阻弹簧12与夹层14连接；所述连接杆9左端伸入推进管道8内，连接杆9的尺寸与夹层14的通气口适配，连接杆9可伸入并密闭夹层14的通气口。
23.所述夹层14在压缩气体通道中的位置可调，通过调节夹层14改变压缩气体进阻室13的容积，实现气枪装置的单次定量输出。
24.所述推进头5上设有第一限位器4，与推进管道8的壁面上对应位置安装的第二限位器7配合，用于防止推进头5过度撞击。
25.使用气枪装置时，按预设想输出气量与气泡频率调节外部动力源，控制推进头5的推进距离与频率；开启外部稳压气体源，使高压气体充满压缩气体通道；开启外部动力源后，推进头5撞击连接杆9，进而推动阻断器11压缩进阻弹簧12的同时，连接杆9右端伸入并密闭夹层14的通气口，实现高压气体的定量输出；高压气体输出后，阻断器11被进阻弹簧12回弹，阻断器11将压缩气体进阻室13与枪口通道之间分隔开；外部动力源按照设定频率继续输入，进入新的循环，实现高压气体的连续输出。
26.本发明以往高压气体破冰装置不同的地方在于，本发明可以定量定频连续发射高压气体泡。本发明通过调节外部动力源的输入动力频率，控制推进头5撞击连接杆9压缩进阻弹簧12的频率，即可调节高压气泡输出频率，以往的高压气泡破冰装置仅可发射一次高压气体泡，无法连续且可控频率。
27.此外，本发明可调节连接杆9被撞击后压缩进阻弹簧12的距离，后根据每次推进的时间，每次推进的距离，高压气体输出通道截面面积来计算每次推进后释放的高压气体体积，实现高压气体体积释放的可控性，以往的高压气泡破冰装置仅可释放缸内的全部气体，无法实现释放量的可控性。
28.本发明增加了可调节位置的不锈钢夹层14，通过调节夹层14可改变压缩气体进阻室13的容积，在进行单次实验时，可将阻断器11压缩至贴近夹层14，将压缩气体进阻室13内全部气体释放，实现单次释放压缩气体时的定量可控。
29.实施例1：
30.如图1所示，本发明提供了一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置，包括推进柄1，推进轴2，减震弹簧3，限位器4，推进头5，装置外壳6，限位器7，推进管道8，连接杆9，枪口10，阻断器11，进阻弹簧12，压缩气体进阻室13，可滑动不锈钢夹层14，稳压压缩气体室15，稳压气体源接入口16；
31.所述的推进轴2带有螺纹，用于连接推进柄1与推进头5，减震弹簧3连接在装置壁用于减震；所述的推进头5上与装置外壳6内均装有限位器4限位器7；所述的推进头5与推进管道8装置壁密封滑动；所述的连接杆9带有螺纹连接阻断器11，阻断器11与滑动不锈钢夹层14采用进阻弹簧12相连接，装置外壳6右侧外接稳压气体源接入口16；所述的滑动不锈钢夹层14可左右调节控制压缩气体进阻室13容积，滑动不锈钢夹层14中心孔洞可被连接杆9密闭。本发明提供的气枪装置有效的实现了水下定频定量释放高压气体泡破冰，操作简便安全，结构简单可靠。
32.由推进柄1，推进轴2，推进头5连接外部电机撞击连接杆9压缩进阻弹簧12推移阻断器11实现动力输入，根据调节推进柄1和阻断器11之间的距离，控制外接外部电机调整推动距离，根据公式可计算出每次输出气量，调节外部电机推进频率，可控制气泡连续输出频率。稳压压缩气缸外壳通过稳压气体源接入口16将稳压气体充入气缸，在阻断器11被推进头向右侧推进时气体从稳压气缸流入喷气输出通道，实现高压气体输出，连续式推进装置回弹后，阻断器11和连接杆9被进阻弹簧12向左侧推移贴紧枪壳内部刚体实现回位密封。
33.参考图2和图3，需要输出连续高压气泡时，将推进柄1与外部电机相连，按预想输出气量与气泡频率调整外部电机推进距离与频率；将稳压压缩气体源通过装置外壳右侧的稳压气体源接入口16接入，使高压气体充满储气区；打开电机，外部电机动力通过连续推进装置接入装置，使推进头5撞击连接杆9压缩进阻弹簧12，推动阻断器11实现高压气体输出；高压气体输出后，外部电机动力回收，连接杆9和阻断器11被进阻弹簧12向左回弹实现密封断阻气体；外部电机动力继续输入，装置进入新的循环，可再次释放等量高压气体。
34.进行单次定容高压气体释放时，将推进柄1与外部电机相连，将稳压压缩气体源通过装置外壳右侧的稳压气体源接入口16接入，按预想输出气量使高压气体充满储气区；可通过调节滑动不锈钢夹层14改变压缩气体进阻室13内容积，将进阻器11通过动力输入装置压缩至贴近右侧滑动不锈钢夹层14壁面，完全释放压缩气体进阻室13内的压缩气体，实现定量释放；外部电机动力回收，连接杆9和阻断器11被进阻弹簧12向左回弹实现密封断阻气体。
35.本发明提供的一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置，是对以往装置进一步优化，将推进装置运用简单可调节的机械结构连接，并将推进输入口外置与外部电机连接，可任意调节输出气体频率与气量，可连续输出高压气体，降低加工和组装的难度，装置运行时减震弹簧会进行缓冲与方向修正，可增强使用寿命。本发明在推进轴与连接杆使用了密封螺纹，再增加气密性的同时又可调节动力输入的距离，降低动力输入的要求，增加对输出气体量的可控性。本发明通过控制连接外部电机通过连接柄1撞击连接杆9压缩进阻弹簧12的频率来控制输出气泡频率，通过控制压缩进阻弹簧12的距离来控制输出气体体积，实现定量定频连续输出；在输出单次压缩气体时，可通过调节滑动不锈钢夹层14改变压缩气体进阻室13容积，实现单次气体可定量输出。
36.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置，其特征在于：包括推进头(5)、枪体外壳(6)、枪口(10)和阻断器(11)；所述枪体外壳(6)内部空间由左侧推进管道(8)、中部枪口通道和右侧压缩气体通道组成；所述枪口(10)开设在枪口通道上端；所述压缩气体通道内部设有夹层(14)，夹层(14)中部开设有通气口，夹层(14)将压缩气体通道分割为左侧压缩气体进阻室(13)和稳压压缩气体室(15)，稳压压缩气体室(15)通过接入口(16)与外部稳压气体源连接；所述推进头(5)设置在推进管道(8)内，推进头(5)与推进管道(8)的壁面之间密封滑动，推进头(5)左端通过推进轴(2)与外部动力源连接；所述推进管道(8)内左右两端面上设有减震弹簧(3)；所述阻断器(11)安装在连接杆(9)上，且布置在压缩气体进阻室(13)内，阻断器(11)的右端通过进阻弹簧(12)与夹层(14)连接；所述连接杆(9)左端伸入推进管道(8)内，连接杆(9)的尺寸与夹层(14)的通气口适配，连接杆(9)可伸入并密闭夹层(14)的通气口。2.根据权利要求1所述的一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置，其特征在于：所述夹层(14)在压缩气体通道中的位置可调，通过调节夹层(14)改变压缩气体进阻室(13)的容积，实现气枪装置的单次定量输出。3.根据权利要求1所述的一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置，其特征在于：所述推进头(5)上设有第一限位器(4)，与推进管道(8)的壁面上对应位置安装的第二限位器(7)配合，用于防止推进头(5)过度撞击。4.根据权利要求1所述的一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置，其特征在于：使用气枪装置时，按预设想输出气量与气泡频率调节外部动力源，控制推进头(5)的推进距离与频率；开启外部稳压气体源，使高压气体充满压缩气体通道；开启外部动力源后，推进头(5)撞击连接杆(9)，进而推动阻断器(11)压缩进阻弹簧(12)的同时，连接杆(9)右端伸入并密闭夹层(14)的通气口，实现高压气体的定量输出；高压气体输出后，阻断器(11)被进阻弹簧(12)回弹，阻断器(11)将压缩气体进阻室(13)与枪口通道之间分隔开；外部动力源按照设定频率继续输入，进入新的循环，实现高压气体的连续输出。

技术总结
本发明属于破冰技术领域，具体涉及一种用于水下连续高压气体破冰实验的气枪装置。本发明通过调节外部动力源的输入动力频率，控制推进头撞击连接杆压缩进阻弹簧的频率，即可调节高压气泡输出频率，通过控制阻断器压缩进阻弹簧的距离来控制输出气体体积，实现定量定频连续输出；本发明通过调节夹层改变压缩气体进阻室的容积，在进行单次实验时将压缩气体进阻室内全部气体释放，实现单次释放压缩气体时的定量可控。量可控。量可控。


技术研发人员：武奇刚 于泽蕊 倪宝玉 薛彦卓 韩端锋 袁广宇 王作程 刘鹏 钟凯
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/8/4