CN106595389A - 基于尾翼分层降低涡流的电枢转捩抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁轨道发射装置电枢转捩抑制方法，该方法可以降低电磁轨道发射装置驱动电流下降段电枢尾翼内部的涡流强度，抑制电枢转捩。该方法设计了尾翼分层、层间填充绝缘耐高温材料的C形电枢，其中，电枢主体结构采用6061铝合金加工制成，用于传导驱动电流，层间绝缘材料采用环氧树脂玻璃纤维材料制成，用于阻断涡流流动的路径。相对于目前常用的单体C形电枢该电枢具有较大的涡流阻抗，在驱动电流下降段，电枢尾翼内部的涡流强度得到有效降低，减小了电枢与轨道接触力的下降速度，能够保持电枢与轨道良好的电接触状态，抑制电枢转捩的发生。本发明适用性强、易于实现，为抑制电磁轨道发射装置电枢转捩提供了一种有效的解决途径。

Description

基于尾翼分层降低涡流的电枢转捩抑制方法

技术领域

本发明属于轨道式电磁发射技术领域，是一种抑制驱动电流下降段涡流引起电枢转捩的方法。

背景技术

电枢转捩一般发生在驱动电流下降段，当驱动电流下降较快时，电枢两臂内部会产生涡流，在电枢内侧表面形成反向电流，其结果是电枢和轨道间的接触压力快速下降，甚至可能使电枢尾部弯向炮膛内部，进而电枢转捩发生。电枢转捩时的电弧引起电枢和轨道烧蚀，并导致发射参数变化，因此电枢转捩是电磁轨道发射装置一项急需解决的问题。抑制电枢转捩有利于减小电枢发射时电枢与轨道间电弧对电枢和轨道的烧蚀，最终达到提高发射精度、延长轨道使用寿命的目的。抑制电枢转捩的方法主要有驱动电流波形的优化、轨道结构的特殊设计等。

有研究表明，转捩多发生在电流下降到峰值电流的80％～90％的区间，因此可以通过提高电流等级的方法来避免转捩，即在电流下降至峰值电流90％之前电枢出膛，实验结果表明，这种条件下未发生转捩。但是这种方式使电路中剩余的磁能增加，不利于系统效率的提高。(陈允，徐伟东，袁伟群.电磁发射中铝电枢与不同材料导轨间的滑动电接触特性[J].高电压技术，2013,4(30)：937-942.)

Glushkov I S,Kareev Yu A等人研究了间断嵌入绝缘材料轨道抑制转捩的方法，轨道的内表面开槽后镶嵌绝缘材料，这种轨道结构能够使电枢的导电区域循环变化，实验结果表明这种轨道结构对电枢转捩有一定抑制作用，但是这种轨道结构的接触电阻较大，不利于电磁轨道发射装置效率的提升。(Glushkov I S,Kareev Yu A.Investigation oftechniques to increase armature transition velocity[J].IEEE transactions onmagnetic,1997,33(1):549-553.)

M.Cowan等人用炮口引入电流方法代替传统的后膛引入电流的电磁轨道发射装置，这种引入电流的方式降低了速度趋肤效应给电流分布带来的影响，从而抑制熔化波的形成，达到抑制转捩的目的，但是由于内外轨道电流反向，降低了总磁场，因此相同电流下这种电磁轨道发射装置电磁力小于传统电磁轨道发射装置。(M.Cowan.Solid-armaturerailguns without the velocity-skin-effect,IEEE transactions onmagnetics.1993,29(1):385-390.)

发明内容

本发明的一种用于电磁轨道发射装置发射时的电枢转捩抑制方法是一种基于电枢结构改进的方法，目的是降低电磁轨道发射装置驱动电流下降段电枢尾翼内部的涡流，降低电枢与轨道接触力的下降速度，保持电枢与轨道良好的电接触状态，抑制电枢转捩。

本发明的目的是这样实现的：

设计的尾翼分层电枢在普通C形电枢涡流路径上开若干条狭缝，在狭缝中填入绝缘材料，狭缝的方向与电枢内部电流线方向一致，不阻碍驱动电流的通过。电枢主体材料为铝合金材料，填充材料选择具有耐高温、绝缘性能好的环氧树脂玻璃纤维材料通过高温浇铸而成，使得各层之间彼此绝缘，在结构上又相互连接，保证电枢具有较好的机械强度。在满足绝缘要求的前提下，狭缝宽度可以尽量小，减小狭缝对驱动电流路径及电阻的影响。狭缝数量要适当，狭缝数量过多则电枢尾翼强度下降，发射过程中容易发生损坏。狭缝数量也不宜过少，过少则抑制涡流的效果有限。电枢头部的涡流无需限制，且电枢头部承载电磁推力，电枢头部仍保持块状结构，保持电枢头部较大的机械强度。在上述设计情况下，涡流不能穿过绝缘材料而被限制在电枢尾翼各层内流动，增加了涡流回路长度，从而增加涡流回路电阻，涡流总强度要显著降低，从而抑制反向电磁力的产生，达到抑制电枢转捩的目的。

本发明的优势是：

(1)电枢转捩抑制效果好。尾翼分层电枢可降低驱动电流下降段电枢与轨道接触压力的下降速度，保持良好的电接触状态，电枢与轨道间接触电阻小，不易起弧，具有良好的电枢转捩抑制效果。

(2)不对电磁轨道发射装置电源、轨道等其他部分进行改变，电枢加工难度低，方法易于实现。本发明在电枢结构上进行改进，通过电枢尾翼分层加入绝缘材料阻断涡流的路径，电枢加工难度低，不对电磁轨道发射装置电源、轨道等其他部分进行改变，不对已有电磁轨道发射装置带来不利影响，方法简便易行。

附图说明

图1本发明的尾翼分层降低电枢内部涡流原理示意图；

图2本发明的尾翼分层电枢的结构示意图；

具体实施方式

结合附图对本发明的基于尾翼分层降低涡流的电枢转捩抑制方法做进一步详细描述。

本发明的尾翼分层降低电枢内部涡流原理示意图如图1所示。本发明在现有C形电枢基础上将电枢尾翼改为分层结构1，层间为耐高温耐高压的环氧树脂玻璃纤维材料2，环氧树脂玻璃纤维材料2能够阻断涡流3的路径，将涡流3限制在导电层的狭窄区域内，使得涡流3的强度降低，减小了涡流3引起的反向电磁力，电枢尾翼与轨道4接触压力下降速度降低，尾翼分层电枢1与轨道4保持良好的电接触状态。环氧树脂玻璃纤维材料2与驱动电流线5的走向近似平行，对驱动电流5的大小几乎无影响，对尾翼分层电枢1的电磁力无影响。

本发明的尾翼分层电枢结构示意图如图2所示。尾翼分层电枢1在电枢尾翼上开有三条狭缝2，电枢主体1材料为6061铝合金，狭缝2内部填充环氧树脂玻璃纤维材料。

Claims (2)

1.一种基于尾翼分层降低涡流的电枢转捩抑制方法，其特征在于其采用了尾翼分层电枢降低了驱动电流下降段电枢尾翼内部的涡流强度，铝合金C形电枢主体尾翼上开有若干狭缝，狭缝中填充环氧树脂玻璃纤维绝缘层，狭缝的开口均匀分布于电枢尾翼的接触面，狭缝的方向与电枢尾翼内部的驱动电流线走向大致相同。

2.工作时，电枢尾翼内部通过脉冲大电流，电枢尾翼的绝缘层长度方向与电枢内部电流方向基本一致，不阻碍驱动电流的通过，驱动电流在电枢尾翼内通过时产生电磁力，该电磁力垂直于电枢与轨道接触面的分量将电枢尾翼压向轨道接触面，使电枢与轨道保持良好的接触状态；电流下降段，电枢内部涡流被环氧树脂玻璃纤维层阻断，涡流只能在电枢尾翼内部层间流动，电枢尾翼内部涡流强度被显著降低，从而抑制电枢转捩的发生。