专利名称：高速列车动模型气体炮方案实验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速列车动模型气体炮方案实验系统。
背景技术：
高速列车动模型实验中，需要高速发射模型并使模型在轨道上滑动。目前，成功应 用于轨道滑行的模型发射方法，是使用橡皮筋弹射。比如英国列车研究中心的缩比1/25质 量为10kg的模型，速度最高达到55m/s ；我国中南工业大学高速列车空气动力研究中心使 用缩比1/20质量为30kg的模型，最高滑行速度达到61m/s。随着高速列车的发展，速度不 断提高，在高速列车空气动力学的研究中，要求动模型的试验速度达到100m/S以上，模型 缩比达到1/10，模型重量一般要求在100kg以上。如果仍然用橡皮筋弹射，弹射力远不能满 足要求。因此，采用发射能力很强的气体驱动是很好的方法。我国西南交通大学和日本高 铁中心都是通过空气驱动模型在绳索上滑行，虽然滑行速度很高(达到100m/S)，但模型质 量很小，最大缩比也只有1/80，并且只应用在研究列车过隧道时的空气动力学问题。到目前为止，关于气体驱动模型在轨道上高速滑行的研究只有中科院力学所陈宏 等人的专利中提到的，用普通的气体炮驱动，包括高压气体产生源、炮管，运动部件。炮管 包括加速段，开缝段和减速段，加速段通过运动部件带动列车模型运动；运动部件上包括加 速活塞，中间滑块，驱动滑座和减速活塞，中间用长杆连接；减速段的一端封闭，采用气体压 缩的方式对运动部件进行制动；要保证减速段有足够的长度，以确保运动部件成功制动，还 要保证从加速开始到运动部件制动结束，加速活塞始终在加速段内，驱动滑座始终在开封 段内，这就要会使运动部件的连杆长度过长，会产生长杆穿刺效应；专利中还提到，可以进 行列车交会气体动力学试验，这使得主炮室的外径不会太大，驱动气体的体积较小，显然不 能满足大质量高速的列车模型的发射要求；此外，在实际实验过程中，密封性不可能达到 100%，会产生轻微的漏气，显然专利中的气体炮充气方式有可能会由于漏气的原因造成空 气炮的突然发射，形成突发事件，造成事故。综上原因，显然专利中所提到的空气炮驱动系 统完全是作者的一种理想化的概念，实际中实验中很难实现。

发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高速列车动模型气体炮方 案实验系统，该系统采用空气炮驱动原理，对炮体结构进行改进，使得它的驱动质量与速度 大为提高，提高了实际实验中的安全性，且通过炮管结构的设计使其与列车模型有机的结 合，满足了高速列车空气动力学研究的需要。为实现上述目的，本发明高速列车动模型气体炮方案实验系统，包括依次连通设 置的副炮室、主炮室和炮管，其中，主炮室上连通设置有储气罐，副炮室内设置有副活塞、主 炮室内设置有主活塞、炮管内设置有驱动活塞，副活塞和主活塞之间通过连杆固定连接，主 活塞向前运动将抵靠在主炮室出气口上，并将主炮室出气口密封，副炮室和储气罐内充有 高压气体，副炮室上设置有出气开关，开启该出气开关泄压，副活塞在压差作用下带动主活塞向后运动，以将主炮室出气口打开，储气罐内气体将充入炮管内，以推动驱动活塞运动， 并由驱动活塞来驱动放置在炮管内的列车模型向前运动。进一步，所述副炮室、主炮室和炮管设置在同一水平轴线上。进一步，所述副炮室与储气罐之间通过充气管道连接，充气管道中设置有第一控 制阀和压力表。进一步，所述副炮室上设置有进气管道，该进气管道中设置有第二控制阀，进气管 道与充气气源连接。进一步，所述储气罐上设置有泄压口，该泄压口上设置有第三控制阀。进一步，所述炮管的进口端设置有密封台阶，主活塞的后部上固定设置有主炮室 出气口密封盖，该密封盖与密封台阶相配使用，密封盖抵靠在主炮室出气口上，能够将主炮 室出气口密封。进一步，所述炮管内腔的下部设置有与炮管轴线平行的槽道，该槽道的尺寸与列 车模型运行轨道的尺寸相匹配。进一步，所述驱动活塞的外形尺寸与所述炮管内腔尺寸相匹配。进一步，所述炮管的出口端沿其轴线方向顺延设置有轨道。本发明的有益效果是能发射大质量、高速度的列车模型，能保证在实际实验操作 过程中的安全性，能使列车模型在轨道上沿着正确的方向运行。


图1为本发明的结构示意图；图2为图1俯视示意图；图3为炮管截面示意图。
具体实施例方式如图1、图2、图3所示，本发明高速列车动模型气体炮方案实验系统，包括依次连 通设置的副炮室6、主炮室7和炮管10，副炮室6、主炮室7和炮管10设置在同一水平轴线 上，其中，主炮室7上通过连接法兰11连通设置有储气罐1，副炮室6与储气罐1之间 通过充气管道18连接，充气管道18中设置有第一控制阀2和压力表19，第一控制阀2控制 储气罐1充气口的关闭，压力表19用于监控储气罐1内的气体压力。副炮室6上设置有进 气管道4，进气管道中设置有第二控制阀5，第二控制阀5控制副炮室6充气口的关闭，进气 管道4与充气气源连接。打开第一控制阀2和第二控制阀5，副炮室6和储气罐1处于连通 状态，充气气源可同时对副炮室6和储气罐1充入高压气体。副炮室6上设置有出气开关 3，开启出气开关3，副炮室6内可迅速泄压。副炮室6内设置有副活塞14、主炮室7内设置有主活塞8、炮管10内设置有驱动活 塞9，副活塞14和主活塞8之间通过连杆15固定连接，炮管10的进口端设置有密封台阶， 主活塞8的后部上固定设置有主炮室出气口密封盖17，密封盖17与密封台阶相配使用，密 封盖17抵靠在主炮室7出气口上，能够将主炮室7的出气口 16密封。为了能使列车模型 在轨道上沿着正确的方向运行，炮管10内腔的下部设置有与炮管10轴线平行的槽道12，槽道12的尺寸与列车模型运行轨道的尺寸相匹配；驱动活塞9的外形尺寸与炮管10内腔尺 寸相匹配，列车模型放置在驱动活塞9的前方。本发明高速列车动模型气体炮方案实验系统，工作时先打开第一控制阀2，一段 时间后，再打开第二控制阀5，在进气管道4处充入气体。由于副炮室6与储气罐1先连通， 然后在进行充气，就保证了副炮室6中的气体压强不会比主炮室中7的压强高太多，由于管 路原因存在的轻微压强差，既能保证副炮室6中的气体能够推动主活塞8向主炮室7方向 运动，压紧主炮室7的出气口 16，又不会由于压强差太大产生压死现象。充气完毕后，先关 闭第二控制阀5，一段时间后再关闭第一控制阀2，保证主炮室7与副炮室6内气体压强相 等。打开出气开关3，副炮室6气体迅速流出，其内压强迅速降低，由于主炮室7与副炮室6 之间压强差，主炮室7中的气体推动主活塞8向副炮室6方向运动，主炮室7的出气口 16 打开，储气罐1内的高压气体将进一步推动驱动活塞9，并由驱动活塞9来驱动放置在炮管 10内的列车模型向前运动，完成驱动过程。炮管10的出口端沿其轴线方向顺延设置有轨道 13，完成实验后，列车模型可缓冲减速，并停止在轨道13上。储气罐1上设置有泄压口 20， 泄压口 20上设置有第三控制阀21，完成实验后，打开第三控制阀21可排出储气罐1内的多 余气体。本发明高速列车动模型气体炮方案实验系统，克服了现有气体炮驱动技术中驱动 气体体积较小，充气方式易造成事故，运动部件过长的不足；采用空气炮驱动原理，对炮体 结构进行改进，使得它的驱动质量与速度大为提高，提高了实际实验中的安全性，且通过炮 管结构的设计使其与列车模型有机的结合，满足了高速列车空气动力学研究的需要。
权利要求
高速列车动模型气体炮方案实验系统，其特征在于，该系统包括依次连通设置的副炮室、主炮室和炮管，其中，主炮室上连通设置有储气罐，副炮室内设置有副活塞、主炮室内设置有主活塞、炮管内设置有驱动活塞，副活塞和主活塞之间通过连杆固定连接，主活塞向前运动将抵靠在主炮室出气口上，并将主炮室出气口密封，副炮室和储气罐内充有高压气体，副炮室上设置有出气开关，开启该出气开关泄压，副活塞在压差作用下带动主活塞向后运动，以将主炮室出气口打开，储气罐内气体将充入炮管内，以推动驱动活塞运动，并由驱动活塞来驱动放置在炮管内的列车模型向前运动。
2.如权利要求1所述的高速列车动模型气体炮方案实验系统，其特征在于，所述副炮 室、主炮室和炮管设置在同一水平轴线上。
3.如权利要求2所述的高速列车动模型气体炮方案实验系统，其特征在于，所述副炮 室与储气罐之间通过充气管道连接，充气管道中设置有第一控制阀和压力表。
4.如权利要求3所述的高速列车动模型气体炮方案实验系统，其特征在于，所述副炮 室上设置有进气管道，该进气管道中设置有第二控制阀，进气管道与充气气源连接。
5.如权利要求2所述的高速列车动模型气体炮方案实验系统，其特征在于，所述储气 罐上设置有泄压口，该泄压口上设置有第三控制阀。
6.如权利要求2所述的高速列车动模型气体炮方案实验系统，其特征在于，所述炮管 的进口端设置有密封台阶，主活塞的后部上固定设置有主炮室出气口密封盖，该密封盖与 密封台阶相配使用，密封盖抵靠在主炮室出气口上，能够将主炮室出气口密封。
7.如权利要求2所述的高速列车动模型气体炮方案实验系统，其特征在于，所述炮管 内腔的下部设置有与炮管轴线平行的槽道，该槽道的尺寸与列车模型运行轨道的尺寸相匹 配。
8.如权利要求7所述的高速列车动模型气体炮方案实验系统，其特征在于，所述驱动 活塞的外形尺寸与所述炮管内腔尺寸相匹配。
9.如权利要求2所述的高速列车动模型气体炮方案实验系统，其特征在于，所述炮管 的出口端沿其轴线方向顺延设置有轨道。
全文摘要
本发明公开了一种高速列车动模型气体炮方案实验系统，包括副炮室、主炮室和炮管，主炮室上连通设置有储气罐，副炮室内设置有副活塞、主炮室内设置有主活塞、炮管内设置有驱动活塞，副活塞和主活塞之间通过连杆固定连接，主活塞向前运动将抵靠在主炮室出气口上，并将主炮室出气口密封，副炮室和储气罐内充有高压气体，副炮室上设置有出气开关，开启该出气开关泄压，副活塞在压差作用下带动主活塞向后运动，以将主炮室出气口打开，储气罐内气体将充入炮管内，推动驱动活塞运动，由驱动活塞来驱动列车模型向前运动。本发明能发射大质量、高速度的列车模型，能保证在实际实验操作过程中的安全性，能使列车模型在轨道上沿着正确的方向运行。
文档编号G01M9/08GK101865760SQ20101019481
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者杨国伟 申请人:中国科学院力学研究所