1.本发明属于水动力学实验领域，具体涉及一种非回转体结构物入水试验的偏心推动弹。
背景技术：2.结构物高速入水研究的工程应用极为广泛，与我们的生活息息相关，从飞机的水上迫降到水中兵器的高速入水，无一不体现了该研究的现实应用价值。结构物高速入水是复杂的气、液、固三相耦合力学过程，除理论分析与数值仿真以外，实验研究也是一种重要的研究方法，可以更直观地得到相应的物理参数的变化规律。
3.现有技术中公开了一种高速入水发射装置，包括了高压气室、电磁阀、法兰、发射管、直线轴承部、电动推杆连接环、电动推杆、角度调节支撑、气炮底座、高压气室安装板、可拆卸支撑架和气炮底座支撑，达到对细长体的高速发射入水的效果，可实现对弹体入水角度的精确控制，并能够方便、快捷的安装实验弹体，提高实验效率。该装置为典型的空气炮入水发射装置，实验对象多针对回转体形状的细长体，发射管为圆形管。同时，在结构物入水的实验中，发射装置使用高压气对结构物进行加速，在发射过程中有气密性的要求，因此对结构物的形状和大小有一定的限制，要求结构物的尺寸不能超过发射管的内径，且外形最好为回转体形状，这就为非回转体形状结构物入水实验的顺利开展带来了困难。采用推动发射的方式可以很好地解决这个难题，发射装置通过高压气对推动弹进行加速，然后推动弹推着结构物使其在滑轨上加速，加速结束后二者分离。这种方式可以摆脱发射管对于结构物外形的限制。需要注意的是，非回转体结构物的重心位置一般不与发射管轴线重合，这就导致采用推动发射的方式会给非回转体形状结构物一个力矩的作用，这对轴向尺度明显小于径向(例如带翼形)或者质量较小的非回转体形状结构物是不利的，特别是当其重心位置高于发射管轴线时，该力矩会使非回转体形状结构物上仰产生入水攻角甚至发生翻转事故等不良影响。对于回转体结构物，虽然重心也不能保证与发射管轴线重合，但是加速过程在发射管内进行，发射管壁将提供径向的约束，因此无需考虑该问题。针对此问题，需要设计一种适配现有实验条件和需求的偏心推动弹结构，通过前顶块的偏心设置，使偏心推动弹的力的作用线过回转体的重心，通过长杆的偏心设置，消除偏心推动弹的横滚影响，实现稳定推动的目的。
4.在推动发射前，需要对偏心推动弹进行固定，防止发射管角度抬升后偏心推动弹在重力作用下下滑，同时，需要考虑发射前偏心推动弹和结构物的稳定接触和加速结束后两者的快速分离。在推动加速过程中，需要考虑气密性和加速行程，还需要考虑推动加速过程的稳定性。因此本发明提出了一种适配现有发射装置的推动发射方式下的偏心推动弹结构。
技术实现要素：5.要解决的技术问题：
6.为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，包括密封连接模块、加强模块、偏心模块和增稳模块。通过偏心模块的长杆布置降低偏心推动弹整体的重心高度，增加发射过程中的横滚稳定性；通过加强模块增加偏心推动弹的抗弯能力；通过增稳模块来消除推动力矩，增加结构物加速过程中的稳定性。通过长杆实现减重的目的并保证了偏心推动弹对非回转体结构物的推动行程。通过底座的回转体外形保证了发射的气密性。
7.本发明的技术方案是：一种非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，包括密封连接模块、加强模块、偏心模块和增稳模块；所述偏心模块的尾部通过加强模块与密封连接模块连接，其头部安装有增稳模块；
8.通过所述密封连接模块将推动弹与发射管尾部固定连接，并保证发射时的气密性；
9.通过所述加强模块增加偏心推动弹的抗弯能力；
10.通过所述偏心模块降低偏心推动弹整体的重心高度，增加发射过程中的横滚稳定性；
11.通过所述增稳模块消除推动力矩，增加结构物加速过程中的稳定性。
12.本发明的进一步技术方案是：所述密封连接模块包括底座和拉断螺栓，底座的外周型面与发射管的内周型面一致，并为间隙配合，能够相对滑动并保证发射时的气密性；所述底座的外端面通过拉断螺栓与发射管尾部固定连接，保证发射前的定位以及发射后及时分离。
13.本发明的进一步技术方案是：所述底座为圆盘结构，其内端面为减重结构，设置有安装凸台。
14.本发明的进一步技术方案是：所述加强模块包括后座和加强块；
15.所述后座为柱状结构，其底面是与发射管内下壁面一致的圆弧面，安装时与下壁面贴合；后座的后端与底座前端面的下方安装凸台固定连接，前端与偏心模块固定连接；
16.所述加强块一端与底座前端面的上方安装凸台固定连接，另一端与后座上端面前缘处固定连接，用于增强连接强度。
17.本发明的进一步技术方案是：所述后座的上端面后方设置有凹槽结构，便于安装固定螺栓和减重。
18.本发明的进一步技术方案是：所述增稳模块包括前座、前顶块和磁铁；
19.所述前座为柱状结构，其底面是与发射管内下壁面一致的圆弧面，安装时与下壁面贴合；前座的后端与偏心模块连接，前端与前顶块连接；
20.所述前顶块包括平板和悬臂，其平板固定于前座的前端面上，悬臂垂直固定于平板前侧面的上方，高度适配结构物的重心；
21.所述磁铁固定于悬臂的前端，用于结构物发射前的初始定位和发射过程中的稳定吸附。
22.本发明的进一步技术方案是：所述前顶块的平板后端面垂直固定有连接板，所述连接板与前座上端面固定连接，用于增强连接强度。
23.本发明的进一步技术方案是：所述磁铁开有中心孔，螺栓穿过其中心孔固定于悬臂的前端。
24.本发明的进一步技术方案是：所述偏心模块为长杆，前端通过螺栓与前座同轴固定连接，后端通过螺纹与后座同轴固定连接；长杆的中心线位于发射管中心线的下方。
25.本发明的进一步技术方案是：所述长杆的长度与发射管的长度相对应，保证了所述推动弹在发射管中能够全程对结构物进行加速。
26.本发明的进一步技术方案是：所述推动弹中各部分之间的固定连接均通过螺栓实现。
27.有益效果
28.本发明的有益效果在于：使用本发明一种非回转体结构物入水试验的偏心推动弹开展非回转体结构物入水实验时，在发射前，通过拉断螺栓和铁丝的配合将偏心推动弹固定于发射管尾部，非回转体结构物尾端面吸附于偏心推动弹前端面磁铁上，实现了偏心推动弹和非回转体结构物整体在发射管提升发射角的过程中不会在重力作用下下滑。加速过程中，底座的外形保证了气密性，长杆的长度对应了发射管的长度，保证了偏心推动弹可以全程对结构物的加速，偏心推动弹的偏心布置使得自身横滚稳定性增强，通过加工不同的前顶块，调整悬臂的高度以保证推动弹能正对不同非回转体结构物的重心，实现了偏心推动弹与结构物间传力平稳，加上磁铁的吸附作用，实现了结构物的稳定加速过程。
29.通过偏心推动弹的偏心设计，消除可能带来的横滚影响；通过加强块来消除因偏心设计带来的弯矩，增加偏心推动弹的抗弯能力；通过前顶块对准结构物的重心，消除推动加速过程中可能产生的力矩，增加了推动过程的稳定性；通过长杆连接前座与后座，既能减轻偏心推动弹整体的重量，又能使无法放入发射管的非回转体结构物在偏心推动弹加速的全过程都能受到前顶块的推力，保证了偏心推动弹对结构物的推动行程。底座既为其它零件的固连提供了基座，又因为回转体的外形而得以保证发射的气密性。本发明的结构简单、安装便捷、成本低，可为非回转体结构物的高速入水实验提供稳定的推动加速功能。
附图说明
30.图1是整体结构示意图；
31.图2是底座结构示意图；
32.图3是后座结构示意图；
33.图4是前座结构示意图；
34.图5是加强块结构示意图；
35.图6是长杆结构示意图；
36.图7是前顶块结构示意图；
37.图8是磁铁结构示意图；
38.图9是拉断螺栓结构示意图；
39.附图标记说明：1—底座，2—后座，3—前座，4—加强块，5—长杆，6—前顶块，7—磁铁，8—拉断螺栓，9—前座孔，10—悬臂，11—后座固定螺栓，12—加强块固定螺栓，13—稳固螺栓，14—端螺纹，15—长杆固定螺栓，16—顶块固定螺栓，17—磁铁固定螺钉，18—后座螺纹孔。
具体实施方式
40.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.如图1所示，本实施例一种非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，它包括了底座1、后座2、前座3、加强块4、长杆5、前顶块6、磁铁7和拉断螺栓8。
43.如图2、9所示，底座1为回转体外形，前端面进行了减重处理，只保留了安装其它零件的凸台；后端面为平面，中心有安装拉断螺栓8的螺纹孔。通过使用细铁丝穿过拉断螺栓尾部的通孔，并将铁丝两端挂在发射管尾部的卡槽中的方式对偏心推动弹进行发射前的软固定。
44.如图3、4、5、6所示，后座2与前座3的下端面为可与发射管内壁贴合的圆弧面。后座2前端为与长杆5连接的螺纹孔，前座3后端为与长杆5连接的前座孔9。加强块4一端与底座1前端面的上方安装凸台固定连接，另一端与后座2上端面前缘处固定连接，用于增强连接强度。长杆5的中心线位于发射管中心线的下方。
45.如图7所示，前顶块6的悬臂10高度适配结构物的重心，在悬臂10前端有安装磁铁7的螺纹孔。通过加工不同的前顶块，调整悬臂的高度以保证推动弹能正对不同非回转体结构物的重心，实现了偏心推动弹与结构物间传力平稳，加上磁铁的吸附作用，实现了结构物的稳定加速过程。
46.拉断螺栓8通过末端螺纹与底座1上的螺纹孔固连；后座2通过2颗后座固定螺栓11与底座1固连；加强块4通过2颗加强块固定螺栓12与底座1固连，加强块4通过2颗稳固螺栓13与后座2固连；长杆5一端通过端螺纹14与后座2进行固连，另一端插入前座孔9中，通过3颗穿过前顶块6、前座3和长杆5的长杆固定螺栓15将三者固定；前顶块6通过2颗顶块固定螺栓16固定于前座3前端面；磁铁7通过1颗磁铁固定螺钉17固连于前顶块6悬臂10前端。
47.下面结合附图说明本发明的安装及使用过程。
48.安装时，首先用2颗后座固定螺栓11将后座2固定于底座1上；然后将加强块4放置于底座1与后座2之间，用2颗加强块固定螺栓12将加强块4与底座1固连，用2颗稳固螺栓13将加强块4与后座2固连；接着将前顶块6用2颗顶块固定螺栓16固定于前座3上，将长杆5带3个螺纹孔一端插入前座孔9中，并旋转长杆5使3个螺纹孔对齐前座3上表面的3个孔，用3颗长杆固定螺栓15将前顶块6、前座3和长杆5三者固定；然后将长杆5另一端的端螺纹14旋入后座螺纹孔18中，旋入一定深度后须保证前顶块6悬臂10前端面能对准结构物重心；最后用1颗磁铁固定螺钉17将磁铁7固连于前顶块6悬臂10前端，将拉断螺栓螺纹端旋入底座1。
49.实验时，将安装好的偏心推动弹放入发射管，将结构物放置在滑轨上，确保前顶块6悬臂10前端面与结构物接触，使磁铁7能吸附住结构物，然后用细铁丝穿过拉断螺栓8尾部的通孔，并将铁丝两端挂在发射管尾部的卡槽中，将偏心推动弹暂时固定于发射管尾，这样偏心推动弹和结构物整体在发射管和滑轨提升发射角时不会受重力下滑。发射时，高压气
作用在偏心推动弹的底座1上，偏心推动弹受力前进，细铁丝受力弯曲，脱离卡槽，偏心推动弹推着非回转体结构物在滑轨上前进，在偏心推动弹完全出管之前持续对结构物进行加速。偏心推动弹出管之后，结构物也脱离滑轨，此时偏心推动弹还在滑轨上，结构物受重力作用与偏心推动弹分离。整个过程可以实现非回转体结构物的稳定加速过程，由于结构简单，造价低廉，可重复使用，所以本发明在现有实验条件下，为非回转体结构物入水实验的开展提供了便利。
50.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
技术特征：1.一种非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，其特征在于：包括密封连接模块、加强模块、偏心模块和增稳模块；所述偏心模块的尾部通过加强模块与密封连接模块连接，其头部安装有增稳模块；通过所述密封连接模块将推动弹与发射管尾部固定连接，并保证发射时的气密性；通过所述加强模块增加偏心推动弹的抗弯能力；通过所述偏心模块降低偏心推动弹整体的重心高度，增加发射过程中的横滚稳定性；通过所述增稳模块消除推动力矩，增加结构物加速过程中的稳定性。2.根据权利要求1所述非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，其特征在于：所述密封连接模块包括底座和拉断螺栓，底座的外周型面与发射管的内周型面一致，并为间隙配合，能够相对滑动并保证发射时的气密性；所述底座的外端面通过拉断螺栓与发射管尾部固定连接，保证发射前的定位以及发射后及时分离。3.根据权利要求2所述非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，其特征在于：所述底座为圆盘结构，其内端面为减重结构，设置有安装凸台。4.根据权利要求1所述非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，其特征在于：所述加强模块包括后座和加强块；所述后座为柱状结构，其底面是与发射管内下壁面一致的圆弧面，安装时与下壁面贴合；后座的后端与底座前端面的下方安装凸台固定连接，前端与偏心模块固定连接；所述加强块一端与底座前端面的上方安装凸台固定连接，另一端与后座上端面前缘处固定连接，用于增强连接强度。5.根据权利要求4所述非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，其特征在于：所述后座的上端面后方设置有凹槽结构，便于安装固定螺栓和减重。6.根据权利要求1所述非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，其特征在于：所述增稳模块包括前座、前顶块和磁铁；所述前座为柱状结构，其底面是与发射管内下壁面一致的圆弧面，安装时与下壁面贴合；前座的后端与偏心模块连接，前端与前顶块连接；所述前顶块包括平板和悬臂，其平板固定于前座的前端面上，悬臂垂直固定于平板前侧面的上方，高度适配结构物的重心；所述磁铁固定于悬臂的前端，用于结构物发射前的初始定位和发射过程中的稳定吸附。7.根据权利要求6所述非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，其特征在于：所述前顶块的平板后端面垂直固定有连接板，所述连接板与前座上端面固定连接，用于增强连接强度。8.根据权利要求1所述非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，其特征在于：所述偏心模块为长杆，前端通过螺栓与前座同轴固定连接，后端通过螺纹与后座同轴固定连接；长杆的中心线位于发射管中心线的下方。9.根据权利要求8所述非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，其特征在于：所述长杆的长度与发射管的长度相对应，保证了所述推动弹在发射管中能够全程对结构物进行加速。10.根据权利要求1-9任一项所述非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，其特征在
于：所述推动弹中各部分之间的固定连接均通过螺栓实现。
技术总结本发明一种非回转体结构物入水试验的偏心推动弹，属于水动力学实验领域；包括密封连接模块、加强模块、偏心模块和增稳模块；所述偏心模块的尾部通过加强模块与密封连接模块连接，其头部安装有增稳模块；通过所述密封连接模块将推动弹与发射管尾部固定连接，并保证发射时的气密性；通过所述加强模块增加偏心推动弹的抗弯能力；通过所述偏心模块降低偏心推动弹整体的重心高度，增加发射过程中的横滚稳定性；通过所述增稳模块消除推动力矩，增加结构物加速过程中的稳定性。本发明通过偏心推动弹的偏心设计，消除可能带来的横滚影响；结构简单、安装便捷、成本低，可为非回转体结构物的高速入水实验提供稳定的推动加速功能。速入水实验提供稳定的推动加速功能。速入水实验提供稳定的推动加速功能。
技术研发人员：施瑶 赵海瑞 潘光 宋保维 鱼怡澜 黄桥高
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2022.06.06
技术公布日：2022/11/1
