高压气固两相流喷射器进气增压设计

王正蓝 牛鹏宇 张金泉

摘 要：为了解决背负式防暴喷雾驱散器高压气体利用率不高的问题，对驱散器进行进气增压设计，并通过实验研究了喷射器进气增压设计前后近喷口流场射流变化情况，发现经过增压改进，可以提高射装备气体利用率，增强装备的驱散战术性能。

关键词：气固两相流喷射器;进气增压;流场变化

背负式防暴喷雾驱散器是武警部队用来处置大规模群体性事件的最常用非致命武器之一，由于其具有结构简单、性能可靠、驱散效果好的特点，自配发部队以来，受到基层官兵很高的评价。但是在使用过程中发现该装备在使用完毕后气瓶内仍贮存有大量高压气体未被充分利用，为此，本文为该喷射器设计了进气增压结构，以提高推进气体的利用率，增大装备的驱散效能。

1 背负式防暴喷雾驱散器

背负式防暴喷雾驱散器的枪体由进气管、气阀、喷管、喷头、扳机、握把、扳机护圈、保护壳等部分构成，其结构如图1所示。

1.喷头  2.喷管  3.扳机  4.握把  5.外壳  6.气阀  7.进气管  8.扳机护圈

图1 背负式防暴喷雾驱散器喷枪结构图

2 喷射器进气增压设计

为了便于观察对比设置进气增压装置前后射流的变化效果，在原有模型试验的喷枪枪管中部实施进气增压改进，喷枪部分结构如图2所示。

图2进气增压接口结构尺寸图

3 设置增压结构前后射流喷射性能分析

3.1 射流发展过程对比

实验安排：在相同实验条件下，用高速摄影系统分别采集增压前和增压后的喷射器流场变化情况，并对相同时间的射流进行对比，对比效果如图3所示。

a 集束射流阶段高速摄影图

b 集束射流阶段高速摄影图

a羽流形成阶段高速摄影图

b 羽流形成阶段高速摄影图

a 稳定弥散阶段高速摄影图

b 稳定弥散阶段高速摄影图

图3增压前实验拍摄的高速图像和增压后实验拍摄的高速图像

设置进气增压结构后，流场发展速度加快，射流在空气中开始进入“羽化形成”阶段比非加压时提前，但是可以看出射流继续发展进入“稳定弥散”阶段的时间并没有明显的变化。

3.2 设置增压结构前后流场扩散角随时间变化关系

表1设置进气增压前后射流扩散角随时间变化图

工况         0            50ms            100ms            150ms             200ms            250ms             300ms

增压前        0            2.1°              2.5°               15.8°               20.8°              22.3°               22.4°

增压后       0            2.6°                5.3°               18.1°               23.0°              24.8°               24.5°

由实验结果可以看出，设置进气增压机构以后，射流近口发散角高于未增压时射流扩散角度，这是由于枪管中接入进气增压机构以后，原始的射流被增压空气稀释，固相颗粒在喷管处受其它颗粒的束缚作用减小，射流在出枪口之前热膨胀非常不充分，喷出枪口压力迅速降低，固相粉体在气体的携带下向四周的低压区快速扩散，烟雾总体密度相对原来比较小，也更容易受到空气阻力的影响。

3.3 设置增压结构前后射流前端速度随时间变化关系

表2设置进气增压前后射流前端速度随时间变化图

工况          0         50ms         100ms         150ms         200ms         250ms         300ms         350ms

增压前   21.0m/s   32.3 m/s     27.3 m/s      22.3 m/s     18.2 m/s      14.8 m/s      10.1 m/s     7.9 m/s

增压后  26.0 m/s   37.2 m/s     32.4 m/s      27.4 m/s     28.3 m/s      19.1 m/s      17.6 m/s       9.5 m/s

设置进气增压装置后气粉流以较高的喷射速度向前喷出：未设置前的出口速度为21.0m/s，设置增压机构后的出口速度为26.0m/s。两种工况下的前端速度都有相似的变化规律：“集束射流”时期的射流速度增加明显，“羽流形成”时的运动速度增加显著，以及“稳定弥散”时期的气流有效推动力增大，扩散速度也较未设置增压前有较大的提高。

4 结语

本文对背负式防暴喷雾驱散器进行了进气增压结构的设计，并对增压前后的射流扩散角、射流运动速度进行了实验研究。由实验结果可以看出，改进型的进气增压结构射流扩散角大，射流速度快，可以更加迅速的完成刺激剂烟雾的播撒，形成更大的驱散作用面积，整体改进后性能提升较大。

参考文献：

[1] 陈汉理.背负式防暴喷雾驱散器设计中的人机工程学分析[J].武警工程学院学报.2009（06）：39-41.

[2] 刘禄胜 ，常淑珍.警用防暴喷射器[J].轻兵器.2003（09）：17-19.

[3] 李国良，郭三学.手持式喷射自卫器设计中人机工程学分析[J].国防技术基础.2004（04）：6-7.

[4] 吴月先.沙坪场气田开发工程圆满结束[J].石油矿场机械.2001（03）：6.

[5] 陈胜森.东方1-1气田开发工程方案优化[J].中国海上油气.工程.

2003（05）：1-4.

[6] 李治平，袁士义，姚恒生.气田开发风险设计的理论与方法[J].天然气工业.2004（04）：108-110.

[7] 舒萍，门广田，刘启.汪家屯气田地质再认识与开发动态分析[J].天然气工业.2004（09）：108-110.

[8] 杨德伟，林日亿，王弥康，等.利用喷射器技术输送低压气层天然气[J].油气田地面工程.2005（04）：10-12.

[9] 李国良，郭三学.手持式喷射自卫器设计中人机工程学分析[J].国防技术基础.2004（04）：6-7.

[10] 张新征，李海鹰.“大数据”对美陆军信息系统建设的影响[J].轻兵器.2012（19）：10-12.

[11] 张学林，韩存江.利比亚战事前缘后果[J].轻兵器.2011（08）：10-14.

[12] 袁承军.软质防弹材料现状及防弹衣发展趋势[J].轻兵器.2005

（10）：8-9.

[13] 文武，杨晓波.Draganfly四旋翼微型飞行器[J].轻兵器.2011（03）：

18-21.

[14] 杨梭和.警用38mm车载式15管防暴发射器问世[J].轻兵器.1997

（04）：45.

[15] 陈波 ，李晓楠 ，王进.警用机器人一览——2005中国（北京）国际警用装备及反恐技术装备展览会参观纪实[J].轻兵器.2005（12）：28-29.

[16] 袁安.中国警用捕捉网及发射器系统[J].兵器知识.2002（08）：43-44.

[17] 王斌.WF-06型警用强光电筒[J].轻兵器.2006（20）：19-21.