CN101021396B - 一种电磁轨道炮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁轨道炮，该电磁轨道炮的结构为：在第一导轨与第二导轨之间置有绝缘材料，在两根导轨上分别开有对称的V形槽，V形槽的张角a为30～60度，在第一导轨与第二导轨之间放置固体电枢，固体电枢的结构为，两个相对称的侧翼从本体向两侧伸展，侧翼前端的形状、大小与V形槽相匹配，两个侧翼前端的上、下表面与V形槽滑动接触构成固体电枢与导轨的电接触表面，在两个V形槽的开口处两个侧翼的后端分别与两根导轨相分离。本发明电磁轨道炮能有效控制转捩电弧的危害，在获得更高的发射速度(>3km/s)的同时尽量延长轨道炮的使用寿命，具有广阔的应用前景。

Description

一种电磁轨道炮

技术领域

本发明属于电磁发射武器，具体涉及一种电磁轨道炮。

背景技术

电磁轨道炮是一种新概念武器，包括两条平行的导轨，在两条导轨之间放置一个与两条导轨保持良好的电接触又能沿着导轨滑动的质量较小的物体作为弹丸，弹丸可自由滑动，弹丸后部有一导流电枢。

在电磁轨道炮技术的发展过程中，出现过各种各样的电枢结构，总体来说，可分为三种类型：等离子体电枢、固体电枢和混合电枢。

等离子体电枢可以获得极高的发射速度，电磁轨道发射的速度纪录就是在等离子体电枢电磁轨道发射装置上获得的。但是等离子体电枢烧蚀轨道炮内膛，严重影响轨道炮使用寿命，加之等离子体阻抗大、等离子体不稳定、二次电弧以及等离子体窜漏等导致等离子体电枢的电效率十分低下，极大地限制了等离子体电枢的实用性。

固体电枢的最大优势在于发射时几乎不损伤导轨，轨道炮可以获得较高的使用寿命，且具有较高的电效率，因而成为近年来电磁轨道发射的主流电枢技术。但发射时导轨刨削、转捩现象的出现使得固体电枢的发射速度受到极大的限制。截至目前，在各种固体电枢结构中，性能最优的C型电枢在小孔尺寸(10mm)、中孔尺寸(40mm)上无转捩初速在2km/s左右，而在大孔尺寸(90mm)上炮口初速在1.5～1.8km/s时出现转捩。固体电枢固然具有使用寿命长的优势，但相应的代价是牺牲其发射速度。显然，即使能实现长期稳定无转捩高初速发射，该发射最大初速度也不过2km/s，仅仅略高于常规火炮，优势并不明显突出。

固体电枢与导轨之间是一种大电流高速滑动电接触，极易引发电弧，从而发生金属-金属向金属-等离子体-金属的电接触的转化，称为转捩现象。转捩现象的存在是固体电枢发射速度不能进一步提高的根本原因。近年来的研究表明，转捩的发生除因失压之外，还与伴随高速滑动出现的高磨损、电流分布的速度趋肤效应，以及伴随大电流的电热效应、磁锯效应、负di/dt效应等诸多因素有关。由此可见，对转捩现象的控制十分困难，几乎不可能实现长期稳定的无转捩高初速发射。

混合电枢是由一个金属本体加上两边的等离子体电刷构成。混合电枢具有与等离子体电枢比拟甚至更高的发射速度的潜力；允许选择较小的电枢长度以降低等离子体对导轨等结构材料的烧蚀；混合电枢电效率虽然略高于等离子体电枢，但仍然远低于固体电枢，并且由于等离子体电刷的烧蚀，其使用寿命仍然难以满足实际应用的要求。

总之，等离子体电枢和混合电枢具有比固体电枢更高的发射初速，但电效率低下，等离子体电弧对导轨和内膛损伤严重，极大限制了电磁炮的使用寿命。而固体电枢可以获得较高的使用寿命，却牺牲了发射初速。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提出一种电磁轨道炮。本发明电磁轨道炮能提高电磁炮发射的电效率，获得高发射初速的同时能降低转捩现象带来的危害，从而有效地提高电磁炮的使用寿命。

为达到上述目的，本发明一种电磁轨道炮采用的技术方案是，在第一导轨与第二导轨之间置有绝缘材料，在第一导轨、第二导轨上分别开有第一V形槽、第二V形槽，第一V形槽的张角a为30～60度，第二V形槽与第一V形槽相对称；在第一导轨与第二导轨之间放置固体电枢，固体电枢的结构为，第一侧翼、第二侧翼从本体向两侧伸展，第二侧翼与第一侧翼相对称，第一侧翼的前端形状、大小与第一V形槽相匹配，第一侧翼前端的上、下表面与第一V形槽滑动接触构成固体电枢与第一导轨的电接触表面，第二侧翼前端的上、下表面与第二V形槽滑动接触构成固体电枢与第二导轨的电接触表面，在第一V形槽、第二V形槽的开口处第一侧翼、第二侧翼的后端分别与第一导轨、第二导轨相分离。

本发明与现有技术相比具有的优点：

(1)常规电磁炮导轨电枢电接触面通常采用简单的平面(方形口径)或者圆弧面(圆形口径)，电接触面积大小由电磁炮口径的大小决定，即接触面上面电流分布的宽度受到电枢高度的制约。在本发明中，固体电枢两侧各向外伸出一个分别与两根导轨V形槽紧密配合的侧翼，使得导轨和电枢的电接触局限于V形槽内，因而无需改变电磁轨道炮口径，就可以实现更大的电接触面积。在总电流不变的条件下，增大电接触面积，可以减小接触面上的电流密度，从而达到抑制电接触电弧的发生，固体电枢在大部分的加速时间或者在内膛绝大部分行程中无转捩发生，有利于轨道炮电效率以及电磁炮使用寿命的提高。

(2)本发明能有效地抑制转捩带来的危害。

由于固体电枢与两根导轨的电接触发生在V形槽内，当转捩发生时电弧将被局限于V形槽中，以尽量减小对主膛孔的烧蚀，降低电弧对导轨表面、弹丸主体的损伤，特别是间于两根导轨之间的绝缘材料的损伤，在获得更高的发射速度(>3km/s)的同时尽量延长轨道炮的使用寿命。

另一方面，转捩发生后固体电枢实质上变成了混合电枢，这种情形称为转捩混合电枢，转捩混合电枢同样具有比固体电枢更高的发射速度潜力。

附图说明

图1为本发明一种电磁轨道炮一种实施例的结构示意图。

图2为图1中导轨与固体电枢的立体装配图。

图3为图1中固体电枢的立体图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

由图1～图3所示，一种电磁轨道炮的结构为，第一导轨1与第二导轨2相平行，在第一导轨1与第二导轨2之间置有绝缘材料，以及外部支持结构，在第一导轨1、第二导轨2上分别开有第一V形槽3、第二V形槽4，第一V形槽3的深度与轨道炮口径相若，其尾部和开口处均倒成圆角，第一V形槽3的张角a为30～60度，第二V形槽4与第一V形槽3相对称；在第一导轨1与第二导轨2之间放置固体电枢5，固体电枢5的结构为，第一侧翼7、第二侧翼8从本体6向两侧伸展，第二侧翼8与第一侧翼7相对称，第一侧翼7的前端形状、大小与第一V形槽3相匹配，第一侧翼7前端的上、下表面与第一V形槽3滑动接触构成固体电枢5与第一导轨1的电接触表面，第二侧翼8前端的上、下表面与第二V形槽4滑动接触构成固体电枢5与第二导轨2的电接触表面，在第一V形槽3、第二V形槽4的开口处第一侧翼7、第二侧翼8的后端分别与第一导轨1、第二导轨2相分离，迫使两根导轨流向固体电枢5以及固体电枢5流向两根导轨的电流分布在V形槽底部或者侧翼的尾端。

当第一导轨1、第二导轨2接入电源时，电流通过第一导轨1流向弹丸，并经弹丸底部的固体电枢5流向第二导轨2。流过两根导轨的电流产生一个强磁场，该磁场给流过固体电枢5的电流一个很大的作用力——洛仑兹力，迫使弹丸沿导轨运动。由于第一导轨1、第二导轨2采用V形槽结构，两根导轨与固体电枢5的电接触面积比常规电磁炮的大，因而可以承受更大的工作电流，产生更大的电磁力，使得固体电枢5在炮膛内获得更高的出膛速度。

Claims (1)

1. 一种电磁轨道炮，在第一导轨(1)与第二导轨(2)之间置有绝缘材料，其特征在于：

在第一导轨(1)、第二导轨(2)上分别开有第一V形槽(3)、第二V形槽(4)，第一V形槽(3)的张角a为30～60度，第二V形槽(4)与第一V形槽(3)相对称；

在第一导轨(1)与第二导轨(2)之间放置固体电枢(5)，固体电枢(5)的结构为，第一侧翼(7)、第二侧翼(8)从本体(6)向两侧伸展，第二侧翼(8)与第一侧翼(7)相对称，第一侧翼(7)的前端形状、大小与第一V形槽(3)相匹配，第一侧翼(7)前端的上、下表面与第一V形槽(3)滑动接触构成固体电枢(5)与第一导轨(1)的电接触表面，第二侧翼(8)前端的上、下表面与第二V形槽(4)滑动接触构成固体电枢(5)与第二导轨(2)的电接触表面，在第一V形槽(3)、第二V形槽(4)的开口处第一侧翼(7)、第二侧翼(8)的后端分别与第一导轨(1)、第二导轨(2)相分离。

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