CN109029092B - 一种电磁轨道炮轨道、电枢及电磁轨道炮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁轨道炮轨道、电枢及电磁轨道炮，属于电磁轨道炮技术领域，解决了现有技术中轨道和电枢烧蚀严重的问题。轨道的导向面设有均布的2个曲面凸起，曲面凸起沿轨道轴线方向设置；曲面凸起沿垂直于轨道轴线的截面形状相同，且截面形状的高与弦长的比为0.2‑0.3。电枢的导向面的曲面凹陷的截面形状、截面尺寸、位置与轨道的导向面的曲面凸起均相互配合。本发明更好的利用了趋肤效应和临近效应，因此该轨道中电流的分布相对较均匀，最大电流密度值较小，有利于减轻轨道表面的烧蚀现象，避免了轨道在边角处烧蚀严重的情况。

Description

一种电磁轨道炮轨道、电枢及电磁轨道炮

技术领域

本发明涉及电磁炮技术领域，尤其涉及一种电磁轨道炮轨道、电枢及电磁轨道炮。

背景技术

电磁轨道炮的工作原理是根据物理学中的电磁感应定律制成。两轨道相互平行，发射组件沿着轨道轴线方向滑动，电枢一词来源于直流电动机，它的作用是传递两轨道间电流，并接受洛伦兹力的作用，推动弹丸向炮口做加速运动，将电磁能转换成动能。

轨道和电枢是电磁发射中的核心组成部分，在电磁轨道炮发射过程中，轨道起到传导电流和导向电枢和弹丸的作用。为了保证电路的良好接触，轨道与电枢紧密接触，发射时表现为高速滑动电接触过程，轨道中流过的电流幅值很大，兆安级的电流使轨道表面温度很高，因此轨道采用的是耐磨损和抗烧蚀的金属材料。发射过程中，通电的轨道处于高强磁场中，受到向外的斥力，为了防止轨道变形，采用防护装置对轨道进行固定和支撑。

现有的轨道通常为三种截面形状，平面型轨道、凸面型轨道和凹面型轨道。平面轨道和凹面轨道结构的电枢角部电流密度很大，这容易造成电枢的边角处温升过大，可能会成为造成烧蚀问题的原因之一；且角部所受向外的电磁力和应力较大，可能会造成边角脱落，或者会啃蚀轨道造成刨削现象。而凹面轨道中的电流分布是三种轨道形状中均匀性最差的、凸型轨道是一种较理想的轨道形状，但是无论选择哪种类型的轨道，在实际使用时均会出现或多或少的烧蚀现象。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种电磁轨道炮轨道、电枢及电磁轨道炮，用以解决现有装置中的烧蚀现象明显的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明的一个实施例中，一种电磁轨道炮轨道，轨道的导向面设有均布的2个曲面凸起，曲面凸起沿轨道轴线方向并行设置；曲面凸起沿垂直于轨道轴线的截面形状相同，且截面形状的高与弦长的比为0.2-0.3。

本发明的一个实施例中，曲面凸起沿垂直于轨道轴线的截面形状为圆弧或椭圆弧或抛物线。

本发明的一个实施例中，曲面凸起与轨道的导向面之间设有过度圆弧面，且圆弧面的半径小于或等于曲面凸起沿垂直于轨道轴线的截面形状的高的1/2。

本发明的一个实施例中，一种电磁轨道炮电枢，电枢的导向面设有均布的2个曲面凹陷，曲面凹陷沿电枢的轴线设置；曲面凹陷沿垂直于轨道轴线的截面形状均相同，且截面形状的高与弦长的比为0.2-0.3。

本发明的一个实施例中，电枢为U形，外侧面均设有曲面凹陷，内侧面设有夹角，且夹角的开口朝向与U形的开口方向相同。

本发明的一个实施例中，曲面凹陷关于电枢的中轴面相互对称；曲面凹陷沿垂直于轨道轴线的截面形状为圆弧或椭圆弧或抛物线。

本发明的一个实施例中，曲面凹陷与电枢的导向面之间设有过度圆弧面，且圆弧面的半径小于或等于曲面凹陷沿垂直于轨道轴线的截面形状的高度的1/2。

本发明的一个实施例中，一种电磁轨道炮，电磁轨道炮的轨道为本发明某实施例的轨道；

电磁轨道炮的电枢为本发明某实施例的电枢。

本发明的一个实施例中，电枢的导向面的曲面凹陷的截面形状、截面尺寸、位置与轨道的导向面的曲面凸起一致。

本发明的一个实施例中，轨道设有平行的2根，且2根轨道的曲面凸起相向设置；电枢设置在2根轨道之间，且电枢的导向面分别与2根轨道的导向面贴合。

本发明的有益效果是：

1、本发明在轨道的导向面上设置了曲面凸台，更好的利用了趋肤效应和临近效应，因此该轨道中电流的分布相对较均匀，最大电流密度值较小，有利于减轻轨道表面的烧蚀现象，避免了轨道在边角处烧蚀严重的情况，分散电流密度避免其集中的曲面型枢轨接触面形状；

2、本发明突破了传统设计中只设置一个曲面凸台并对该曲面凸台的形状进行改进的思维定式，将曲面凸台设置为2个，在保证了使轨道截面四角处的电流密度不会过大的前提下，还能使曲面凸台内的电流密度不会过大，进一步提高了轨道内电流的均匀性；

3、本发明将曲面凸台的个数优选为2个，当个数多于2个时，单个曲面凸台的截面尺寸变小，会削弱曲面凸台对轨道内电流均匀性的影响，而且增加了加工的复杂程度，所以曲面凸台设置为2个，既能保证轨道内良好的电流均匀性，也不会过多的增加结构的复杂程度。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1-1为平面型轨道示意图；

图1-2为图面型轨道示意图；

图1-3为凹面型轨道示意图；

图2为本发明实施例的轨道示意图；

图3为本发明实施例的电枢示意图；

图4为本发明实施例的轨道和电枢配合示意图；

图5为本发明实施例的电磁轨道炮的原理图；

附图标记：

1-轨道；2-电枢；3-弹丸；4-电源；5-开关；6-磁场。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

电磁发射中的核心组成部分，在电磁轨道炮发射过程中，轨道1起到传导电流和导向电枢2和弹丸3的作用。为了保证电路的良好接触，轨道1与电枢2紧密接触，发射时表现为高速滑动电接触过程，轨道1中流过的电流幅值很大，兆安级的电流使轨道1表面温度很高，因此轨道1采用的是耐磨损和抗烧蚀的金属材料。发射过程中，通电的轨道1处于高强磁场6中，受到向外的斥力，为了防止轨道1变形，采用防护装置对轨道1进行固定和支撑。

现有的轨道1通常为三种截面形状，平面型轨道1、凸面型轨道1和凹面型轨道1。平面轨道1和凹面轨道1结构的角部电流密度很大，这容易造成电枢2的边角处温升过大，可能会成为造成烧蚀问题的原因之一；且角部所受向外的电磁力和应力较大，可能会造成边角脱落，或者会啃蚀轨道1造成刨削现象。而凹面轨道1中的电流分布是三种轨道1形状中均匀性最差的。凸型轨道1内侧凸面和棱边处的电流密度是属于此消彼长的关系，即内侧凹面处的电流密度值越大，内侧棱边处的最大电流密度值越小。与平面型和凹型轨道1相比，凸型轨道1利用了趋肤效应和邻近效应，因此凸型轨道1中电流的分布相对较均匀，最大电流密度值较小，有利于减轻轨道1表面的烧蚀现象。相对来说，凸型轨道1是一种较理想的轨道1形状。

本发明的一个实施例中，一种电磁轨道炮轨道1，轨道1的导向面设有均布的2个曲面凸起，曲面凸起沿轨道1轴线方向设置。

本领域中，均采用在轨道1的导向面上设置一个截面尺寸较大的曲面凸起的形式，几乎所有的改进点全都在于曲面凸起的截面形状和尺寸。

本发明实施例，突破了本领域的思维壁垒，将曲面凸起设置为2个，具备了三大优点：第一，2个曲面凸起可以分别对轨道1导向面对应的两角的电流进行平衡，使得轨道1内的电流密度更加均匀，改善轨道1在边角处烧蚀烟冲的问题；第二，为了得到与本发明相同的效果，只设置1个曲面凸起时，需要增加曲面尺寸，但是如果简单的增加去面凸起的截面尺寸，那么很容易出现虽然轨道1导向面对应的两角处电流密度正常，而曲面凸起内的电流密度过大的问题，反而得不偿失，因此，本发明实施例也可以回避此类问题；第三，只设置一个曲面凸起时，曲面凸起的截面尺寸要大于同等状态下的2个曲面凸起所需的截面尺寸的总和，节省了整个轨道1的用料。

此外，本发明实施例中2个曲面凸台的设计同样优于3个或3个以上的曲面凸台设计。当轨道1的尺寸确定的情况下，曲面凸台的个数越多，那么单个曲面凸台的尺寸会明显减小，因此曲面凸台对轨道1导向面对应的两角的电流密度平衡效果越差，而且，除了两端的曲面凸台意外，中间的1个或多个曲面凸台反而会造成对应的曲面凸台内电流密度的增加，对整个轨道1内的电流的均匀性产生负面影响。所以，本发明实施例中，曲面凸台优选为2个。

为了进一步提高本发明实施例中轨道1电流的均匀性，曲面凸起沿垂直于轨道1轴线的截面形状相同，且截面形状的高度与弦长的比为0.2-0.3，在此比例下能够使曲面凸起，不会因为高度过高而使曲面凸起内的电流密度过大。

处于同样的目的来考虑，曲面凸起需要保证尽量圆滑的形状，因此曲面凸起沿垂直于轨道1轴线的截面的形状为圆弧或椭圆弧或抛物线，曲面凸起与轨道1的导向面之间设有过度圆弧面，且圆弧面的半径小于或等于曲面凸起沿垂直于轨道1轴线的截面的形状的高的1/2。

本发明的另一个实施例提供了一种电磁轨道炮电枢2。基于与轨道1同样的理由，电枢2的导向面设有均布的2个曲面凹陷，曲面凹陷沿电枢2的轴线设置；曲面凹陷沿垂直于轨道1轴线的截面的形状均相同，且截面的形状的高与弦长的比为0.2-0.3。曲面凹陷相互对称；曲面凹陷沿垂直于轨道1轴线的截面形状为圆弧或椭圆弧或抛物线。曲面凹陷与电枢2的导向面之间设有过度圆弧面，且圆弧面的半径小于或等于曲面凹陷沿垂直于轨道1轴线的截面形状的高度的1/2。

考虑到电枢2在电磁轨道炮中是在两条轨道1内运动，电枢2的结构不能阻碍其运动，而且要使电流能够顺利流过，电枢2为U形，外侧面均设有曲面凹陷，内侧面设有夹角，且夹角的开口朝向与U形的开口方向相同。

在实际使用轨道1和电枢2时，不排除轨道1和电枢2可以单独使用的情况，通常作为电磁轨道炮的零部件使用，本发明的另一个实施例提供了一种电磁轨道炮，电磁轨道炮的轨道1为本发明上述实施例中的轨道1；

电磁轨道炮的电枢2为本发明上述实施例中的电枢2。

实际使用时，电枢2需要与轨道1相互配合，所以电枢2的导向面的曲面凹陷的截面形状、截面尺寸、位置与轨道1的导向面的曲面凸起一致。轨道1设有平行的2根，且一根轨道1的曲面凸起与另一根轨道1的曲面凸起相向设置；电枢2设置在2根轨道1之间，且电枢2的导向面分别与2根轨道1的导向面贴合。

本发明实施例的工作过程为：

发射时，闭合开关5，电源4提供电流，电流在一根轨道1的末端通入，沿该轨道1流动，通过电枢2，沿另一根轨道1流回，构成闭合回路。大电流流经轨道1回路感应出强大的磁场6，电枢2中的电流和这个磁场6相互作用，产生了非常高的推动发射组件和弹丸3向前做加速运动的电磁力，当电枢2到达炮口时，电枢2和电枢2前面的弹丸3获得高速度，弹丸3脱离电路或轨道1，开始自由飞行。

综上所述，本发明实施例提供了一种电磁轨道炮轨道1、电枢2及电磁轨道炮，本发明在轨道1的导向面上设置了曲面凸台，使得轨道1在通电时，轨道1截面四角处的电流密度不会过大，提高了轨道1内电流的均匀性；本发明突破了传统设计中只设置一个曲面凸台并对该曲面凸台的形状进行改进的思维定式，将曲面凸台设置为2个，在保证了使轨道1截面四角处的电流密度不会过大的前提下，还能使曲面凸台内的电流密度不会过大，进一步提高了轨道1内电流的均匀性；本发明将曲面凸台的个数优选为2个，当个数多于2个时，单个曲面凸台的截面尺寸变小，会削弱曲面凸台对轨道1内电流均匀性的影响，而且增加了加工的复杂程度，所以曲面凸台设置为2个，既能保证轨道1内良好的电流均匀性，也不会过多的增加结构的复杂程度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电磁轨道炮，其特征在于，所述电磁轨道炮的轨道(1)导向面设有均布的2个曲面凸起，所述曲面凸起沿所述轨道(1)轴线方向并行设置；所述曲面凸起沿垂直于所述轨道(1)轴线的截面形状相同，且所述截面形状的高与弦长的比为0.2-0.3；

所述曲面凸起沿垂直于所述轨道(1)轴线的截面形状为抛物线；

所述曲面凸起与所述轨道(1)的导向面之间设有过渡圆弧面，且所述过渡圆弧面的半径小于或等于所述曲面凸起沿垂直于所述轨道(1)轴线的截面形状的高的1/2；所述电磁轨道炮的电枢(2)的导向面设有均布的2个曲面凹陷，所述曲面凹陷沿所述电枢(2)的轴线设置；所述曲面凹陷沿垂直于所述轨道(1)轴线的截面形状均相同，且所述截面形状的高与弦长的比为0.2-0.3；

所述电枢(2)为U形，外侧面均设有曲面凹陷，内侧面设有夹角，且夹角的开口朝向与U形的开口方向相同；

所述曲面凹陷关于所述电枢(2)的中轴面相互对称；所述曲面凹陷沿垂直于所述轨道(1)轴线的截面形状为抛物线；

所述曲面凹陷与所述电枢(2)的导向面之间设有过渡圆弧面，且所述过渡圆弧面的半径小于或等于所述曲面凹陷沿垂直于所述轨道(1)轴线的截面形状的高度的1/2；

所述电枢(2)的导向面的曲面凹陷的截面形状、截面尺寸、位置与所述轨道(1)的导向面的曲面凸起一致；

所述轨道(1)设有平行的2根，且所述2根轨道(1)的曲面凸起相向设置；所述电枢(2)设置在2根轨道(1)之间，且所述电枢(2)的导向面分别与2根轨道(1)的导向面贴合。

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