射网防暴器引发与充气装置的改进

呼刚义，王 凯，关雄飞

(1.西安理工大学高等技术学院，陕西西安 710048;2.机械与精密仪器工程学院，陕西西安 710048)

0 引言

射网防暴器属于非致命性武器，近年来这种非致命武器已在军事、维护治安和野外勘察等多种领域得到广泛应用。但在实际应用中仍存在一些问题，如发射等待时间较长、发射距离不稳定、高压气体密封效果不理想等［1］，因此需要开展相应的研究工作。

应某公司研究需求，针对原有射网防暴器发射等待时间过长进行研究，所设计的新机构要在产生的压强不低于原来装置的前提下发射时间有明显的减少，预期设计新的机构性能和工作效率会有适当的提高。这样可以为射网防暴器的优化设计提供合理的参考依据。

1 射网防暴器工作原理

高压气动捕捉网以压缩气体为传递媒介，利用气体压力能释放产生动力。其过程是将气体压缩到钢瓶中使其具有一定的压力，利用空气管里的针尖扎破钢瓶，使高压气体释放在整个空气管和回帽里。然后将引发机构上的开关按钮处于开的位置，打开保险锁，摁下按钮，让高压气体穿过引发机构到发射架中，推动8个橡胶拉头带动捕捉网呈一定角度向前运动。网在运动过程中迅速张开，遇到前方目标时，捕捉网的橡胶拉头由于惯性作用，自动盘罩目标，从而达到抓捕目标的效果。

2 射网防暴器引发与充气装置的设计

2.1 原射网防暴器的三维建模结构(图1)

图1 射网防暴器三维建模图

2.2 原射网防暴器发射时间的测试

通过对已有射网防爆器的压力测试，由图2可知，在拧动回帽针尖扎破高压气瓶释放高压气体后，时间为48 s后空气管内的气压才能达到最大，即1.1 MPa。对于实际应用来说，这将会错过最佳的发射时机，因此希望该时间越短越好。

图2 气压与时间关系图

2.3 原产品性能的不足及结构改进的设计

本产品的缺陷主要是:

1)需等待48 s后，空气管内气体压强才能达到最大，这样就很容易错过最佳发射时间。

2)每次发射完成后需要更换高压气瓶。因此需要携带一定数量的高压气瓶，不很方便。

以上缺点使得装置的作用不能得到很好地发挥。

鉴于当前常见的压气式气枪是先将空气压入气室，扣动扳机释放压缩空气来实现气枪弹的发射，它就像用气筒打气一样，先向气室内压气，根据所需初速大小，可压一次气也可压多次气。这样可以提高初速，射击时震动小，而且发射所耗时间较短［2］。

为了减短发射时间，决定采用压气式气枪引发与充气装置来代替原引发充气装置。设计发射装置的三维结构如图3所示。

图3 引发与充气装置的结构图

引发机构如图4所示，其中压气活塞压缩气体通过单向阀推动气阀心向后运动，阀心推动撞捶向后运动顶住扳机阻铁。当压气活塞压气停止时单向阀复位，此时气室中充满了高压气体并保持高压状态，设备处于待击状态，此时密封不好就容易漏气泄压。扣动扳机后撞捶立即被释放，此时高压气体会快速推动气阀心和撞捶向后运动，气阀心的向后移动会让气阀座上的气孔露出，高压气体通过气孔流向空气管并推动子弹射出。网发射出去以后空气管内的气压下降，撞捶在弹簧力的作用下向前运动，这时松开扳机实现撞捶挂机。

图4 引发装置剖面图

充气过程如图5所示，当拉杆向下拉动时，拉杆通过压气杆将压气活塞拉出此时空气管内充满空气;当拉杆合上的时候拉杆通过压气杆推动压气活塞压缩空气。

图5 充气装置剖面图

3 压力的计算

装置是通过压缩活塞将原本位于空气管内的空气压入装有单向阀的气室中从而在气室中形成高压气体。

理想气体状态方程一般指克拉珀龙方程:pV=nRT。其中p为压强，V为体积，n为物质的量，R为普适气体常量，T为绝对温度(T的单位为开尔文(字母为K)，数值为摄氏温度加273.15度，如0℃即为273.15 K)。当p，V，n，T的单位分别采用Pa(帕斯卡)，m3，mol，K时，R的数值为8.314。该方程严格意义上来说只适用于理想气体，但近似可用于非极端情况(高温低压)的真实气体(包括常温常压)。因此该计算可以使用理想气体状态方程［3］。

根据理想气体状态方程:

P——压缩空气后的压力;

V——压缩后气体的体积即气室的体积取V1;

N——压缩后气室中气体的物质的量 :

R取8.314 mol·k，将参数带入公式:

由实验知射网防暴器采用CO2高压气瓶装置时经过一段时间达到的最大压力为1.1MPa，这说明该装置可以提供比原装置更大的动力。

4 结语

从结构的设计选择与压力计算可知，改进后的结构可以在产生不低于原有装置压力的情况下大大缩短发射时间。这说明改进后的结构对于射网防暴器的功效发挥更有效，此方案为射网防暴器的设计提供了有价值的参考依据。该结构涉及到的零件较多，对于零件加工精度要求高，密封件的密封性能要求也较高。

综合考虑，本文设计的机构可以确保快速压气，并且气压能达到使用要求，不必携带储气设备，该设计方案具有一定的实用参考价值。

［1］扬延相.旋流喷嘴中空旋转射流近区域流动的研究［N］.应用力学学报，2000(6):56-61.

［2］韩占忠.FLUENT流体工程仿真计算实例与分析［M］.北京理工大学出版社，2009.

［3］韩占忠，王敬，兰小平.FLUENT流体工程仿真计算实例与应用［M］.2版.北京理工大学出版社，2010.