一种综合式中大型水火箭一体化装填发射平台

1.本发明属于水火箭发射系统设计技术领域，具体涉及一种综合式中大型水火箭一体化装填发射平台。


背景技术：

2.水火箭是一个利用质量比和气压作用而设计的玩具，主要应用于教学、科普演示和航空航天模型比赛中，又称气压式喷水火箭、水推进火箭，其主体分为动力舱、箭体、箭头、尾翼、降落伞几部分。水火箭科技含量高，深受广大青少年喜爱，可以让人们更直观地了解导弹、运载火箭的发射升空和回收过程，理解导弹与飞机飞行的原理及其不同点。
3.全国航空航天科研模型锦标赛暨中国国际飞行器设计挑战赛(cadc)是中国规模最大、水平最高、竞争最激烈的科研和最具影响力的航空航天科技竞赛之一。与美国sae国际航空设计大赛(sae aero design competition)、欧洲大学生载重飞机挑战赛(acc)并称为飞行器设计类比赛的三大国际顶级赛事。在cadc赛事中模型水火箭助推航天器项目即为主要依托于水火箭的竞赛，竞赛要求通过水火箭无人工控制地将滑翔机送入空中，滑翔机飞行两分钟后准确着陆于预定落点且火箭伞降箭体不能有损伤。该项目中水火箭及其发射系统的设计重要性极大，直接决定了滑翔机是否能正常起飞、是否有足够的高度滑翔两分钟。赛事对入场至发射也有时限要求，因此设计一套稳定、简易合理的发射系统是竞赛中不可或缺的部分，也极大程度上提高了日常训练效率。
4.现有常用的水火箭发射技术中通常需要先取下水火箭加水，加够一定水量之后放入接头内锁紧，最后通过打气筒的方式加气至8个大气压左右解锁放飞。这种方式的发射流程主要有以下缺点：
5.1、加好水之后安装到发射架的过程会产生漏水的状况，一是影响发射时的箭内水量，也就直接影响了水火箭的发射高度与载重；二是漏下的水极大概率会流到火箭下挂的滑翔机上，影响飞机配重与气动特性，还有可能浸湿飞机航电系统导致滑翔机在空中不可控。
6.2、通过打气筒加气的方法仅适用于小型水火箭，小型水火箭通常指一至二个500ml碳酸饮料瓶组合而成的水火箭，长度一般在300mm以内，几乎没有载重能力，发射高度在50m以内，常为30m左右，最大承压2个大气压；对于大型比赛用水火箭来说这种方法过于浪费时间且不稳定，原因是大型比赛用水火箭多为大型水火箭，我们所用的大型水火箭由5个2l容量秋林格瓦斯瓶拼接而成，长度在1000mm左右，火箭瓶身经过特殊环氧基树脂玻纤缠覆，最大承压可达21.2个大气压，在11个大气压的情况下载重可达2kg，飞行高度为90m左右，采用人力打气筒加气的方法难以保障在短短数分钟内完成一系列准备以及发射工作，且气压不可稳定控制。在稍作改进的方案中有不少学校的参赛队伍选择了气泵加气，这样也存在缺陷：气泵的功率是有限制的，这也使得水火箭内的最高气压有了限制，在我们的初代方案中选择的便是气泵，经过数次实践证明采用气泵加气最高压仅能加至12个大气压，可以满足比赛要求，但是并没有达到大型水火箭的极限承压21.2个大气压，因此仍有较大
的提升空间。
7.3、当前水火箭发射的主流方式是靠发射员拉动闸线带动快速接头解锁从而放飞火箭，这种发射方式在面对瓶内至少8个大气压情况下喷出的水柱来说仍具有一定的危险，使用2-3米长的闸线，发射员在发射时仍需防爆盾牌等装备保护，且较长的闸线使系统故障率也上升了不少。
8.因此，需要对现有中大型水火箭发射系统进行优化设计(所述中型水火箭通常指3个左右2l碳酸饮料瓶组合而成的水火箭，长度一般在300-600mm，有500g以内的载重能力，发射高度可在50-70m，最大承压一般在5个大气压的水火箭)，实现水火箭安装到发射架后再进行加水和加气操作，避免带水安装带来的漏水现象；优化气路系统和发射系统，满足大型水火箭极限承压的要求，保障加水、加气的稳定性，节约发射准备时间，保障操作安全性。


技术实现要素：

9.要解决的技术问题：
10.为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，适用于中大型水火箭发射，对水火箭气路系统和发射台进行了优化设计。优化后的气路中包含了加水与加气的全过程，将加水、加气采用两道气路，气路转换通过气路开关即可实现，使水火箭的装填与发射一体化完成，无需额外拆卸气路；优化后的气路系统在保障了加水、加气的稳定性同时大大节约了准备时间；优化后的发射台摒弃了使用闸线发射，通过电磁推拉杆和相关辅助组件，使发射员可以在更安全的距离完成遥控发射，保障了发射员的人身安全，同时较短小精悍的发射台触发系统使得整个发射系统的稳定性也大大提升。
11.本发明的技术方案是：一种综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，包括发射架1、发射台2、气路系统3；所述发射架1为型材框架结构，用于安装发射台2和支撑待发射水火箭；
12.所述发射台2包括快速接头21、电磁推拉杆22、台体24和辅助组件；所述台体24固定于发射架1，用于承载安装快速接头21和辅助组件；所述快速接头21贯穿安装于台体24，用于锁紧或解锁水火箭，其上端与水火箭喷口连接，其下端为输入端，连接气路系统3；所述电磁推拉杆22为解锁水火箭提供动力；所述辅助组件在电磁推拉杆22和快速接头21之间提供力的机械传动，实现快速接头21解锁；
13.所述气路系统3作为水火箭的动力源，为水火箭加水和加气。
14.本发明的进一步技术方案是：所述发射架1包括底座11、第一支撑架12、第二支撑架13；所述底座11水平设置于最底部；所述第一支撑架12为t型结构，其短边通过合页14与底座铰接，其长边为两根固定在短边并平行设置的型材，长边用于固定发射台2；所述第二支撑架13为两根平行型材，其两端分别通过活动铰链15与底座11和第一支撑架12铰接，通过调整第二支撑架13与第一支撑架12的连接位置，实现发射角度的调整。
15.本发明的进一步技术方案是：所述辅助组件包括：下压框23、卡环25、基台26、u型基座27；所述基台26为环状，与快速接头21的活动外圈固定连接；所述u型基座27固定在台体24上表面，位于快速接头21的一侧；所述卡环25与u型基座27铰接，卡环25位于基台26正上方，其后端设有与u型基座27铰接的连接轴，其两侧下表面设有与基台26上表面接触的下
压点251，通过下压卡环25，两侧压点251下压基台26，实现快速接头21对水火箭的解锁；
16.所述下压框23为矩形框架结构，位于卡环25的上端面，其一端固定有转轴231和推板232，所述推板232固定在转轴231的中间位置；下压框23通过转轴231和活动铰链15铰接于第一支撑架12；所述下压框23与第一支撑架12铰接位置的下方固定有支撑平台28；所述电磁推拉杆22安装在支撑平台28上端面，通过电磁推拉杆22的推杆向上推动推板232，转轴231转动，下压框23下压卡环25，进而下压基台26。
17.本发明的进一步技术方案是：所述台体24与第一支撑架12的连接处设有螺纹孔，通过螺栓、螺母将其固定于第一支撑架12。
18.本发明的进一步技术方案是：所述支撑平台28为木板，通过型材、型材角件、螺栓、螺母固定于第一支撑架12。
19.本发明的进一步技术方案是：所述电磁推拉杆22通过远程操控使其推杆推出。
20.本发明的进一步技术方案是：所述快速接头21的输入端设有一段金属管211，金属管211一端与快速接头21气密连接，另一端与气路系统3气密连接。
21.本发明的进一步技术方案是：所述气路系统3包括气路开关31、气瓶32、气压表33、水箱34和管线37；若干所述管线将快速接头21的输入端分别和气瓶32、气压表33、水箱34连接；所述气路开关31包括气路开关s、气路开关s1、气路开关s2、气路开关s3、气路开关s4、气路开关s5、气路开关s6，用于控制各管线的通断；
22.所述气瓶32与水箱34之间的连接管线上设有气路开关s1，水箱34与快速接头21输入端的连接管线上依次设有气路开关s2、气路开关s；与水箱34并联的管线上设有气路开关s5，并联管线的分出口位于气路开关s1和气瓶32之间的管线上，并入口位于气路开关s2和气路开关s之间的管线上；所述气压表33通过管线、三通阀接入气路开关s，其接入管线上依次设有气路开关s6和气路开关s3；所述气路开关s6和气路开关s3之间的管线上接出一段管线作为排气口36，并设有气路开关s4控制排气。
23.本发明的进一步技术方案是：所述气路系统3还包括开关箱35，所述气路开关s1、s5、s6、s4位于开关箱35内部，使气路系统3整洁便于操作。
24.有益效果
25.本发明的有益效果在于：本发明综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，整合简化了原有复杂的气路系统，改变了原有水火箭在加水和加气之间需要拆换气路的复杂过程，一方面解决了水火箭先加好水之后再安装到发射架时产生的漏水现象，另一方面节约了水火箭发射准备时间；优化了发射台，设计了下压框结构，采用电磁推拉杆遥控触发快速接头解锁，保障了发射员的人身安全，提高了发射稳定性。
26.本发明优化设计的气路中包含了加水与加气的全过程，将加水、加气采用两道气路，气路转换通过气路开关即可实现。在准备阶段仅需将水火箭安装在快速接头上，根据操作流程便可一次性安全地完成加水和加气的全过程，在保障了加水、加气的稳定性同时大大节约了准备时间。现有一般方案中同规格水火箭发射准备时间通常在5分钟左右，在本发明气路安排中，准备过程被压缩到了2分钟以内。优化后的气路采用气瓶，不但解决了传统人力打气和气泵不能满足大型水火箭的极限承压要求，也节约了打气时间，将水火箭加压加到11个大气压采用传统的人力打气筒用时约3分钟，采用气泵用时约1分半种，采用气瓶仅需半分钟至一分钟即可完成。
27.本发明优化设计的发射系统，摒弃了传统的闸线发射结构，采用电磁推拉杆向上推动下压框的推板，使下压框的框架下压卡环，实现快速接头对水火箭的解锁发射。对于电磁推拉杆的动作控制，发射员可以在更安全的距离遥控操作，避免了近距离发射过程中高压水柱造成危险，更能保证发射员的人身安全。同时，优化后的发射系统短小精悍，稳定性也大幅提升，解决了原有闸线控制中存在的闸线过长故障率高、闸线过短操作人员不安全的问题。
附图说明
28.图1为本发明大型水火箭一体化装填发射平台整体示意图；
29.图2为本发明发射架和气路主要部件标示图；
30.图3为本发明气路系统布局示意图；
31.图4为本发明气路系统结构示意图；
32.图5为本发明发射架安装示意图；
33.图6为图5中a处活动铰链与型材的连接示意图；
34.图7为本发明发射台安装图；
35.图8为图7中隐藏第一支撑架的示意图；
36.图9为本发明发射台安装侧视图；
37.图10为图9隐藏下压框的示意图；
38.图11为本发明发射台后视示意图。
39.附图标记说明：1.发射架 11.底座 12.第一支撑架 13.第二支撑架 14.合页 15.活动铰链 2.发射台 21.快速接头 211.金属管 22.电磁推拉杆 23.下压框 231.转轴 232.推板 24.台体 25.卡环 251.压点 26.基台27.u型基座 28.支撑平台 3.气路系统 31.气路开关 32.气瓶 33.气压表 34.水箱 35.开关箱 36.排气口 37.管线。
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。
42.参阅图1-11，本发明一种综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，包括发射架1、发射台2、气路系统3。所述发射架1为采用20铝方搭建的型材框架，用于安装发射台2和支撑待发射水火箭；发射架1具体包括底座11、第一支撑架12、第二支撑架13；底座11水平设置于最底部；第一支撑架12为t型结构，其短边通过合页14与底座11铰接，其长边为两根固定在短边且平行设置的型材，长边用于固定发射台2；第二支撑架13为与第一支撑架12的长边对应设置的两根平行型材，其两端均通过活动铰链15与底座11和第一支撑架12铰接，通过调整第二支撑架13与第一支撑架12的连接位置，实现发射角度的调整。
43.活动铰链15为铝型材标准配件，既能成对使用，也能单件使用，本发明中两个型材铰接处的活动铰链15均成对使用。需要调节发射角度时，通过调整安装在第一支撑架12上的活动铰链15的位置实现，具体的，松开用于安装活动铰链15的调节螺栓，转动第一支撑架12、第二支撑架13，将第一支撑架12上的活动铰链15调整至合适的位置，当角度合适时，再拧紧调节螺栓，从而实现发射角度的调整。
44.所述发射台2安装于第一支撑架12上，发射台2包括快速接头21、电磁推拉杆22、台体24、下压框23、卡环25、基台26、u型基座27；台体24固定于第一支撑架12长边的中间位置，台体24与第一支撑架12的连接处设有螺纹孔，通过螺栓、螺母将其固定在第一支撑架12一侧；快速接头21采用常规快速接头，用于锁紧或解锁水火箭，快速接头21贯穿安装于台体24，其上端与水火箭喷口连接，其下端为输入端，输入端设有一段金属管211，通过金属管211气密连接气路系统3。快速接头21在锁紧状态下其内部的滚珠伸出，限制水火箭喷口离开，当其活动外圈受向下压力时，滚珠回缩，解除对水火箭喷口的限制。
45.电磁推拉杆22为解锁水火箭提供动力，下压框23、卡环25、基台26、u型基座27为一套辅助组件，通过辅助组件将电磁推拉杆22的推力转化为解锁快速接头21的压力，进而实现水火箭的发射。具体的，基台26为环状，与快速接头21的活动外圈固定连接；u型基座27固定在台体24上表面，位于快速接头21的一侧；卡环25与u型基座27铰接，卡环25位于基台26正上方，其后端设有与u型基座27铰接的连接轴，其两侧下表面设有与基台26上表面接触的下压点251，通过下压卡环25，两侧压点251下压基台26，使得快速接头21的活动外圈下压，从而对水火箭解锁。
46.通过下压框23将电磁推拉杆22的推力转化为对卡环25的压力，具体的，下压框23为矩形框架结构，位于卡环25的上端面，其一端固定有转轴231和推板232，推板232固定在转轴231的中间位置；下压框23通过转轴231和活动铰链15铰接于第一支撑架12背向台体24的一侧；下压框23与第一支撑架12铰接位置的下方固定有支撑平台28，支撑平台28为一块板材，通过型材、型材角件、螺栓、螺母固定于第一支撑架12，电磁推拉杆22安装在支撑平台28上端面；工作时，通过远程遥控电磁推拉杆22，其推杆向上推动推板232，转轴231转动，下压框下压卡环25，进而下压基台26实现水火箭的解锁。
47.本发明中所述气路系统3作为水火箭的动力源，为水火箭加水和加气。气路系统3包括气路开关31、气瓶32、气压表33、水箱34和管线37；若干所述管线将快速接头21的输入端分别和气瓶32、气压表33、水箱34连接；气路开关31包括气路开关s、气路开关s1、气路开关s2、气路开关s3、气路开关s4、气路开关s5、气路开关s6，用于控制各管线的通断，其中气路开关s为总开关。
48.气瓶32与水箱34之间的连接管线上设有气路开关s1，水箱34与快速接头21输入端的连接管线上依次设有气路开关s2、气路开关s；与水箱34并联的管线上设有气路开关s5，并联管线的分出口位于气路开关s1和气瓶32之间的管线上，并入口位于气路开关s2和气路开关s之间的管线上；气压表33通过管线、三通阀接入气路开关s，其接入管线上依次设有气路开关s6和气路开关s3，在气路开关s6和气路开关s3之间的管线上接出一段管线作为排气口36，并设有气路开关s4控制排气。为了使气路系统3整洁便于操作，本发明在气路系统3中设置了开关箱35，将气路开关s1、气路开关s5、气路开关s6、气路开关s4归置于开关箱35内部。
49.本发明所述综合式中大型水火箭一体化装填发射平台的使用操作步骤如下：
50.s1.调整发射架1的角度：松开活动铰链15在第一支撑架12上的连接螺栓，调整第二支撑架13与第一支撑架12的连接位置，进而调整发射架1的发射角度，角度合适后紧固连接螺栓；
51.s2.加水：打开气路开关s1、气路开关s2、气路开关s，其余气路开关保持关闭，打开气瓶32阀门，加水至水火箭箭体1/3处后关闭气路开关s以及气瓶32阀门；
52.s3.泄压：打开气路开关s3、气路开关s4，排尽管线内余水余压后关闭气路开关s1、气路开关s2、气路开关s4；
53.s4.加气：打开气路开关s5、气路开关s6、气路开关s，此时接通气压表33可读取水火箭箭体内气压，打开气瓶32加压至指定气压，关闭气路开关s以及气瓶32阀门，打开气路开关s3、气路开关s4泄余压；
54.s5.发射：遥控电磁推拉杆22，其推杆弹出顶起下压框23的推板232，形成力矩使快速接头21受压解锁水火箭，完成发射。
55.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：
1.一种综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，其特征在于：包括发射架(1)、发射台(2)、气路系统(3)；所述发射架(1)为型材框架结构，用于安装发射台(2)和支撑待发射水火箭；所述发射台(2)包括快速接头(21)、电磁推拉杆(22)、台体(24)和辅助组件；所述台体(24)固定于发射架(1)，用于承载安装快速接头(21)和辅助组件；所述快速接头(21)贯穿安装于台体(24)，用于锁紧或解锁水火箭，其上端与水火箭喷口连接，其下端为输入端，连接气路系统(3)；所述电磁推拉杆(22)为解锁水火箭提供动力；所述辅助组件在电磁推拉杆(22)和快速接头(21)之间提供力的机械传动，实现快速接头(21)解锁；所述气路系统(3)作为水火箭的动力源，为水火箭加水和加气。2.根据权利要求1所述综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，其特征在于：所述发射架(1)包括底座(11)、第一支撑架(12)、第二支撑架(13)；所述底座(11)水平设置于最底部；所述第一支撑架(12)为t型结构，其短边通过合页(14)与底座铰接，其长边为两根固定在短边并平行设置的型材，长边用于固定发射台(2)；所述第二支撑架(13)为两根平行型材，其两端分别通过活动铰链(15)与底座(11)和第一支撑架(12)铰接，通过调整第二支撑架(13)与第一支撑架(12)的连接位置，实现发射角度的调整。3.根据权利要求2所述综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，其特征在于：所述辅助组件包括：下压框(23)、卡环(25)、基台(26)、u型基座(27)；所述基台(26)为环状，与快速接头(21)的活动外圈固定连接；所述u型基座(27)固定在台体(24)上表面，位于快速接头(21)的一侧；所述卡环(25)与u型基座(27)铰接，卡环(25)位于基台(26)正上方，其后端设有与u型基座(27)铰接的连接轴，其两侧下表面设有与基台(26)上表面接触的下压点(251)，通过下压卡环(25)，两侧压点(251)下压基台(26)，实现快速接头(21)对水火箭的解锁；所述下压框(23)为矩形框架结构，位于卡环(25)的上端面，其一端固定有转轴(231)和推板(232)，所述推板(232)固定在转轴(231)的中间位置；下压框(23)通过转轴(231)和活动铰链(15)铰接于第一支撑架(12)；所述下压框(23)与第一支撑架(12)铰接位置的下方固定有支撑平台(28)；所述电磁推拉杆(22)安装在支撑平台(28)上端面，通过电磁推拉杆(22)的推杆向上推动推板(232)，转轴(231)转动，下压框(23)下压卡环(25)，进而下压基台(26)。4.根据权利要求3所述综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，其特征在于：所述台体(24)与第一支撑架(12)的连接处设有螺纹孔，通过螺栓、螺母将其固定于第一支撑架(12)。5.根据权利要求3所述综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，其特征在于：所述支撑平台(28)为木板，通过型材、型材角件、螺栓、螺母固定于第一支撑架(12)。6.根据权利要求3所述综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，其特征在于：所述电磁推拉杆(22)通过远程操控使其推杆推出。7.根据权利要求3所述综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，其特征在于：所述快速接头(21)的输入端设有一段金属管(211)，金属管(211)一端与快速接头(21)气密连接，另一端与气路系统(3)气密连接。8.根据权利要求1所述综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，其特征在于：所述气
路系统(3)包括气路开关(31)、气瓶(32)、气压表(33)、水箱(34)和管线(37)；若干所述管线将快速接头(21)的输入端分别和气瓶(32)、气压表(33)、水箱(34)连接；所述气路开关(31)包括气路开关s、气路开关s1、气路开关s2、气路开关s3、气路开关s4、气路开关s5、气路开关s6，用于控制各管线的通断；所述气瓶(32)与水箱(34)之间的连接管线上设有气路开关s1，水箱(34)与快速接头(21)输入端的连接管线上依次设有气路开关s2、气路开关s；与水箱(34)并联的管线上设有气路开关s5，并联管线的分出口位于气路开关s1和气瓶(32)之间的管线上，并入口位于气路开关s2和气路开关s之间的管线上；所述气压表(33)通过管线、三通阀接入气路开关s，其接入管线上依次设有气路开关s6和气路开关s3；所述气路开关s6和气路开关s3之间的管线上接出一段管线作为排气口(36)，并设有气路开关s4控制排气。9.根据权利要求8所述综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，其特征在于：所述气路系统(3)还包括开关箱(35)，所述气路开关s1、s5、s6、s4位于开关箱(35)内部，使气路系统(3)整洁便于操作。

技术总结
本发明一种综合式中大型水火箭一体化装填发射平台，属于水火箭发射系统技术领域；包括发射架、发射台、气路系统；发射架采用型材框架，用于安装发射台和支撑待发射水火箭，能调整发射角度；发射台包括快速接头、电磁推拉杆、台体和辅助组件；台体固定于发射架，快速接头贯穿安装于台体，快速接头连接水火箭，其输入端连接气路系统；电磁推拉杆为解锁水火箭提供动力，通过辅助组件实现快速接头解锁水火箭；气路系统包括气瓶、气压表、气路开关、水箱和管线，为水火箭加水和加气。本发明所述发射平台实现了水火箭的装填与发射一体化完成，保障了加水、加气的稳定性，节约了发射准备时间，可遥控式发射台保障了发射员的人身安全。控式发射台保障了发射员的人身安全。控式发射台保障了发射员的人身安全。


技术研发人员：李易 张扬 张耀中 汪明晗
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/9/19