水刀超高壓水炮原理。氮氣腔充滿一定壓力的氮氣。壓力油由a口進入，通過缸壁上的多個周向孔進入滑套前端油腔，這時壓力油推動滑套往右運動，將窗口關閉，滑套前端油腔的壓力油還通過活塞套與滑套之間的間隙進入油腔；緊接著油腔油壓升高（這時窗口已關閉），推動活塞向右運動壓縮氮氣，直至活塞尾端與氮氣腔端部相碰。活塞桿隨活塞向右運動，水隨之從6口進入，使活塞桿前端充水，接著快速泄油閥迅速泄油。在此瞬間，油腔中的壓力油推動滑套迅速打開窗口，油從c口排出，油腔油壓急速降低；與此同時，氮氣膨脹，推動活塞向左產生加速運動，使活塞桿把水窗口封住。活塞的動能迅速傳遞給活塞桿前端的水柱，使水柱（水炮的一發炮彈）壓力急速升高至680MPa，活塞繼續運動至預期位置時，水柱從噴嘴發射出去，稱之水炮。緊接著，壓力油再次注入缸壁上的多個周向孔進入滑套前端油腔。于是水炮將水柱間斷有序地發射出去。
這里，氮氣初始壓力為10MPa，氮氣工作壓力為15MPa，在變升壓過程中，水炮把低效率動能轉換成了高效率動能，打擊力約100kN。即通過直接應用氣體壓力，借助于自由活塞的作用，把水速加速到相當的速度．然后直接射向一定形狀的收縮噴嘴，而噴嘴的作用則使發射時射流前端的小部分液體基本包含了所有的能量。這樣得到的射流滯止壓力甚至可以比最堅硬的巖石強度高許多倍，從而用于隧道和煤礦的掘進等。
油壓、氣壓、水壓依次形成，水壓與活塞極端面積比和水壓的梯度有著直接關系。
直接蓄能式水炮實現了30MPa水炮采煤，每次噴水量4-8L,噴射頻率10-20次/min，氮氣室容積llL。這是一種實用性很強的超高壓水炮。原理同上。
該水炮結構示意圖。其動作原理是：A室充氮氣到需要壓力，D室充以根據每次噴射水量確定的油量，高壓水由進水口E進入，推動活塞7，D室液體及活塞6同時左移，并壓縮氮氣，當活塞6碰到炮筒5上凸肩時即推動炮筒5左移，在炮筒左移時帶動閥體8左移，并打開闊體與閥環間的密封錐面，這樣C室變為高壓，在壓差作用下，迅速打開噴口，B室高壓水在氮氣推動活塞擠壓下由內噴口高速流出，經穩流管由噴嘴1噴射出。當噴射快終了時，活塞帶動炮筒和閥體右移，直到密封錐面嚴密封住，即完成一次炮擊，以后重復進行。該結構特點是采用雙活塞夾液體，有利于水、氣密封。
若保持這一特點，且將高壓進水改在前端，即發炮機構與炮主體分開，就有了另一種結構。這里，C室充氮，D室充油，A口進高壓水推動活塞5，使活塞6間接壓縮氮氣，當B室達到調定壓力時，壓力控制發炮機構5的“變壓室”打開內噴口，高壓水便經噴嘴1形成炮擊。
水刀水炮性能曲線即打擊力與靶距關系曲線。陰影區為壓力llMPa、噴嘴直徑19. 5mm的連續水射流打擊力；I、Ⅱ則為上述兩圖所示結構的試驗曲線。
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