CN105423810A - 一种电磁推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁推进装置，包括电磁轨道炮和温差发电装置，所述电磁轨道炮包括两个发射轨道，以及设置于发射轨道之间电枢，所述温差发电装置包括冷端基板、设置于发射轨道上的热端基板以及设置于冷端基板和热端基板之间的热电模块，所述热端基板用于对发射轨道导热，所述冷端基板用于提供低温冷源，所述热电模块用于热冷与电能之间的转换。本发明提供的电磁推进装置，在电磁轨道炮上设置温差发电装置，利用热端基板对发射轨道导热，降低了发射轨道的温度，在一定程度上防止了发射导轨过热而造成损失，同时，热电模块将热量转换成电能，有效提高电磁轨道炮的电能转化率。

Description

一种电磁推进装置

技术领域

本发明属于电磁发射技术领域，具体涉及一种电磁推进装置。

背景技术

电磁轨道炮是一种能够将弹丸加速至超高速的新型发射装置，其利用电磁能驱动弹丸转换为机械能，这项技术同样应用于加速火箭、卫星等。电磁轨道炮由两根平行的导电轨道，一个高功率脉冲电源，一个开关，一个接触导电性能良好的电枢组成。电磁轨道炮与其他发射装置相比，其拥有更高的发射速度，弹丸拥有更大的动能，响应快、能够精确控制等优点。但电磁轨道炮现在存在以下问题：1、较低的电能转换效率，能源系统庞大，能量利用率低下，提高能量利用率和减小能源体积、重量是其利用主要面临的问题；2、发射时，较高的导轨温度容易对轨道及其周围附属器件产生破坏。

热电材料可以实现热能与电能相互转换。温差发电应用热电材料的塞贝克效应，直接将热能转换为电能，由热电材料制成的P、N结通过热端、冷端之间的温差工作，工作时无噪声，并且无污染，是一种新型绿色的功能材料，已经应用于热能发电领域。对于电磁轨道炮而言，其在发射阶段由于电枢与导轨之间的摩擦以及导轨自身的“趋肤效应”产生的大量热量是电磁轨道炮电能转换效率不高的原因之一。而热电材料由于其性质，正好可以把这一部分废热利用起来发电，新的电能应用于各方面从而提高电能转换效率。发射后的导轨焦耳热占系统能量的约20％，以200kA峰值电流计算，导轨温度可高达200℃以上，当峰值电流更高或者连续发射条件下导轨温度将会更高。因此温差发电器件能够在一定程度上帮助电磁轨道炮散热并产生电能提高其电能转换率。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种电能转换效率高的电磁推进装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电磁推进装置，包括电磁轨道炮和温差发电装置，所述电磁轨道炮包括两个发射轨道，以及设置于发射轨道之间的电枢，所述温差发电装置包括冷端基板、设置于发射轨道上的热端基板以及设置于冷端基板和热端基板之间的热电模块，所述热端基板用于对发射轨道导热，所述冷端基板用于提供低温冷源，所述热电模块用于热冷与电能之间的转换。

优选地，所述热电模块包括由P型半导体和N型半导体组成的若干对PN连结，相邻PN连结之间串联连接。

优选地，所述P型半导体和N型半导体采用热电材料制成。

优选地，所述热电材料为碲化铋或碲化铅。

优选地，所述电磁推进装置还包括外接电路，所述外接电路分别以位于冷端基板一侧的P型半导体和位于冷端基板6另一侧的N型半导体作为温差发电装置的正极和负极，用于输出温差发电装置产生的电能。

优选地，所述发射轨道为长方体结构。

优选地，所述热端基板设置于发射轨道除设有电枢的其他所有表面上。

本发明的有益效果是：本发明提供的电磁推进装置，在电磁轨道炮上设置温差发电装置，在不影响电磁轨道炮正常发射的情况下，利用热端基板对发射轨道导热，降低了发射轨道的温度，在一定程度上防止了发射导轨过热而造成损失，同时，热电模块将热量转换成电能，有效提高电磁轨道炮的电能转化率。进一步的，温差发电装置本身无污染、无噪音，无机械运动部件、无化学反应、体积小、质量轻、使用寿命长。若电磁轨道炮连续发射，温差发电装置可持续进行热电转化，伴随电磁轨道炮规格越大，发射后发射轨道的温度越高，则电磁推进装置的电能转化的效率会更高，相应的，整个电磁推进装置能量利用率得到有效提高，减少能源的浪费，值得在业内推广。

附图说明

图1是本发明电磁推进装置的立体结构示意图；

图2是本发明电磁推进装置的俯视图。

附图标记说明：1、电枢；2、发射轨道；3、热端基板；4、P型半导体；5、N型半导体；6、冷端基板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1-2所示，本发明的电磁推进装置，包括电磁轨道炮和温差发电装置。电磁轨道炮包括两个平行设置的发射导轨2，两个发射导轨2之间设有电枢1。温差发电装置包括热端基板3、冷端基板6以及热电模块，热电模块设置于热端基板3和冷端基板6之间，热端基板3设置于发射轨道2上，用于对发射轨道2导热，冷端基板6用于提供低温冷源，热电模块用于热冷与电能之间的转换。在本实施例中，发射轨道2采用长方体结构，热端基板3铺设于两个发射轨道2外侧的表面上。需要说明的，热端基板3还可铺设于发射轨道2除设有电枢1的其他所有表面上，增加热端基板3的铺设面积，可以提高热端基板3对发射轨道2的导热效率。进一步的，发射轨道2还可采用其它的结构，如截面为半圆形的结构。

热电模块包括由P型半导体4和N型半导体5组成的若干对PN连结，相邻PN连结之间串联连接。

磁推进装置还包括外接电路，分别以置于冷端基板6一侧的P型半导体4和位于冷端基板6另一侧的N型半导体5作为温差发电装置的正极和负极，所述外接电路连接所述正极和负极，用于输出温差发电装置产生的电能。

本实施例中，P型半导体4和N型半导体5采用热电材料制成，如碲化铋或碲化铅。可以根据电磁轨道炮发射时发射轨道2的温度而定，温度低于400℃可用碲化铋类半导体，温度大于700℃，可使用碲化铅类半导体。进一步，热端基板3和冷端基板6采用高绝缘、导热好的材料。

值得说明的是，本发明的电磁推进装置，其电磁轨道炮和温差发电装置，不以本实施例所描述的结构为限制。本发明的目的是为了解决电磁轨道炮在发射过所产生的废热利用问题，设计了该电磁推进装置，利用温差发电装置将电磁轨道炮产生的废热转换成电能，所转化的电能可用于其它设备，也可再次应用于电磁轨道炮上。

以下对本发明的电磁轨道炮的性能做更详细的描述，以进一步展示本发明的原理和优点：两个宽为14mm、间距为14mm、长为2m的互相平行的铜金属发射轨道2，两发射轨道2之间设置尺寸为14mm*14mm*28mm的铝合金电枢1，在加速过程中产生的总焦耳热为81.5kJ，约占输入轨道炮系统能量(0.4MJ)的20％，根据铜的比热为0.38kJ/(kg.K)，单次发射后铜导轨温度可达257℃。现有技术中热电材料的热电转换效率可以达到15％～20％，故在电磁轨道炮的发射轨道2外面设置包含有热电材料的温差发电装置，将热能转换为电能，可以将能量利用率至少提高3％～4％，若是连续发射，导轨温度维持在257℃，甚至更高，此时温差发电装置将源源不断的将热能转换为电能，并且随着电磁轨道炮规格越来越大，发射后导轨温度越来越高，热电装换装置的效率将会更高。

本发明的提供的电磁推进装置，通过温差发电装置将电磁轨道炮发射后产生的巨大废热循环利用，提高了整个电磁推进装置能量利用率，环保且减少了能源的浪费。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电磁推进装置，其特征在于：包括电磁轨道炮和温差发电装置，所述电磁轨道炮包括两个发射轨道(2)，以及设置于发射轨道(2)之间的电枢(1)，所述温差发电装置包括冷端基板(6)、设置于发射轨道(2)上的热端基板(3)以及设置于冷端基板(6)和热端基板(3)之间的热电模块，所述热端基板(3)用于对发射轨道(2)导热，所述冷端基板(6)用于提供低温冷源，所述热电模块用于热能与电能之间的转换。

2.根据权利要求1所述的电磁推进装置，其特征在于：所述热电模块包括由P型半导体(4)和N型半导体(5)组成的若干对PN连结，相邻PN连结之间串联连接。

3.根据权利要求2所述的电磁推进装置，其特征在于：所述P型半导体(4)和N型半导体(5)采用热电材料制成。

4.根据权利要求3所述的电磁推进装置，其特征在于：所述热电材料为碲化铋或碲化铅。

5.根据权利要求1所述的电磁推进装置，其特征在于：所述电磁推进装置还包括外接电路，所述外接电路分别以位于冷端基板(6)一侧的P型半导体(4)和位于冷端基板(6)另一侧的N型半导体(5)作为温差发电装置的正极和负极，用于输出温差发电装置产生的电能。

6.根据权利要求1所述的电磁推进装置，其特征在于：所述发射轨道(2)为长方体结构。

7.根据权利要求1-6任一所述的电磁推进装置，其特征在于：所述热端基板(3)设置于发射轨道(2)除设有电枢(1)的其他所有表面上。