CN109059630B - 一种基于微锥型的电磁轨道炮轨道 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于微锥型的电磁轨道炮轨道，属于电磁轨道炮领域，解决了现有技术中电枢在轨道末端会发生失接触的问题。轨道包括第一轨道和第二轨道，电磁轨道炮的电枢在第一轨道和第二轨道之间运动；靠近炮口端的轨道间距小于远离炮口端的轨道间距。在轨道炮发射过程中，上述设计能够增加枢轨的有效接触面积，减少轨道中后段中因枢轨脱离而导致的打火烧蚀等情况，减少了炮膛内热量的产生，对轨道起到了很好的保护作用。

Description

一种基于微锥型的电磁轨道炮轨道

技术领域

本发明涉及电磁轨道炮技术领域，尤其涉及一种基于微锥型的电磁轨道炮轨道。

背景技术

电磁轨道炮由两条平行连接的大电流的固定导轨和一个与导轨保持良好电接触、能够沿着轨道轴线方向滑动的电枢组成。当接触电源时，电流沿着一条轨道流经电枢，再由另一条轨道流回，从而构成闭合回路。当大电流流经两条平行轨道时，在两轨道之间产生强磁场，这个磁场与流经电枢的电流相互作用，产生电磁力，推动电枢和置于电枢前面的弹丸沿着轨道加速运动，从而获得高速度。发射过程中，轨道将承受电磁扩张力的作用。

根据电枢运动过程分析，枢轨间的接触面存在着相对高速运动造成的材料软化、材料形变等，还存在着由于大电流导致的电弧热，电阻热，焦耳温升和摩擦热等电磁学的行为，导致枢轨的接触表面温度急剧上升，造成电枢烧蚀、电弧侵蚀、刨削、转捩、槽蚀等各种情况，使得枢轨接触面发生摩擦磨损。刨削、转捩和槽蚀是轨道损伤现象的三个主要方面，而轨道损伤是影响发射器寿命的核心因素。

在电磁炮发射过程中，电枢随着加速距离的增大，产生的热量也越来越多，导致电枢两翼被磨损和烧蚀，电枢的尺寸随着运动距离的加大而变小，导致在轨道的中后段，电枢与轨道失接触而出现枢轨间空气被击穿而打火烧蚀的情况。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于微锥型的电磁轨道炮轨道，用以解决现有技术中电枢在轨道末端会发生失接触的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明实施例提供一种基于微锥型的电磁轨道炮轨道，轨道包括第一轨道和第二轨道，电磁轨道炮的电枢在第一轨道和第二轨道之间运动；

靠近炮口端的轨道间距小于远离炮口端的轨道间距。

本发明实施例中，轨道间距的差值为1-2mm。

本发明实施例中，第一轨道和第二轨道与电枢接触的导向面上设有曲面凸起，曲面凸起沿轨道轴线方向设置。

本发明实施例中，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。

本发明实施例中，曲面凸起沿垂直于轨道轴线的截面形状的高与弦长的比为0.2-0.3。

另一方面，本发明另一实施例提供一种电磁轨道炮，电磁轨道炮采用前述实施例的基于微锥型的电磁轨道炮轨道。

本发明实施例中，电磁轨道炮还包括：脉冲电源和电枢；

电磁轨道炮电枢设置在轨道之间；脉冲电源为轨道提供电流；电流依次通过第一轨道、电枢和第二轨道，回到脉冲电源，形成闭合回路。

本发明实施例中，电枢为U形，且包括第一外侧面、第二外侧面、第一内侧面和第二内侧面；第一外侧面设有第一曲面凹陷，第二外侧面设有第二曲面凹陷；第一内侧面和第二内侧面不平行，且夹角的开口朝向与U形的开口方向相同。

本发明实施例中，第一曲面凹陷和第二曲面凹陷关于电枢中轴面相互对称；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。

本发明实施例中，第一曲面凹陷、第二曲面凹陷的截面形状、截面尺寸、位置均与轨道的导向面的曲面凸起一致。

本发明实施例的有益效果是：

1、本发明实施例突破性的采用非平行轨道，使两条轨道之间保持微小夹角，用以平衡电枢在轨道上运动造成的磨损和烧蚀，保证电枢在轨道的末端依然能够与轨道良好接触，减少了炮膛内焦耳热的产生，对轨道起到了很好的保护作用；

2、本发明实施例通过在轨道上设置曲面凸起保证了轨道内电流密度的均匀性，提高了整个电磁轨道炮的电能利用率。

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为本发明实施例的电磁轨道炮原理示意图；

图2为本发明实施例的轨道角度示意图；

图3为本发明实施例的轨道和电枢结构示意图；

图4为本发明实施例的轨道设置2个曲面凸起时的结构示意图；

附图标记：

1-轨道；2-电枢；3-脉冲电源。

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。

从电磁轨道炮的基本原理分析来看，它等效为单匝电流动机，是一个借助电磁力推进电枢2和弹丸加速的发射器，整个电磁轨道炮体系的工作原理如图1所示。

电磁轨道炮由两条平行连接的大电流的固定导轨和一个与导轨保持良好电接触、能够沿着轨道1轴线方向滑动的电枢2组成。当接触电源时，电流沿着一条轨道1流经电枢2，再由另一条轨道1流回，从而构成闭合回路。当大电流流经两条平行轨道1时，在两轨道1之间产生强磁场，这个磁场与流经电枢2的电流相互作用，产生电磁力，推动电枢2和置于电枢2前面的弹丸沿着轨道1加速运动，从而获得高速度。发射过程中，轨道1将承受电磁扩张力的作用。

根据电枢2运动过程分析，枢轨间的接触面存在着相对高速运动造成的材料软化、材料形变等，还存在着由于大电流导致的电弧热，电阻热，焦耳温升和摩擦热等电磁学的行为，导致枢轨的接触表面温度急剧上升，造成电枢2烧蚀、电弧侵蚀、刨削、转捩、槽蚀等各种情况，使得枢轨接触面发生摩擦磨损。刨削、转捩和槽蚀是轨道1损伤现象的三个主要方面，而轨道1损伤是影响发射器寿命的核心因素。

“刨削”是指电枢2在轨道1上高速滑动过程中在轨道1表面出现水滴状损伤的现象。

在发射过程中也会由于温度作用，致使轨道1损伤，如使枢轨接触面发生液化甚至汽化的现象，导致枢轨由固-固接触转化为固-液接触，甚至电枢2与轨道1不接触发生转捩，转捩会导致轨道1表面电弧烧蚀受损和枢轨失接触。轨道1和电枢2间的接触压力不足，速度趋肤效应使得枢轨接触面间温度过高，造成枢轨材料的相变，也是枢轨发生转捩的原因，一般转捩发生在轨道1的中后段。

槽蚀现象的出现是随着发射次数的增加，从电枢2起始后一段距离开始发生，沿着电枢2滑动方向，在轨道1表面出现规则划痕及槽蚀的累积损伤现象。随着发射次数的增加，轨道1与电枢2接触边缘处槽蚀越严重，它会直接影响电枢2与轨道1的电接触特性和轨道1的寿命。在枢轨界面上产生的金属液化层和铜导轨之间的相互作用是产生槽蚀的主要原因。金属液化层主要来自于枢轨接触界面上电枢2材料的融化，其热源包括，摩擦热、接触电阻热和电枢2滑动中枢轨电接触产生的热。

本发明目的在于在电磁炮发射过程中，电枢2随着加速距离的增大，产生的热量也越来越多，导致电枢2两翼被磨损和烧蚀，电枢2的尺寸随着运动距离的加大而变小，导致在轨道1的中后段，电枢2与轨道1失接触而出现枢轨间空气被击穿而打火烧蚀的情况。

本发明实施例提供一种基于微锥型的电磁轨道炮轨道，轨道1包括第一轨道和第二轨道，电磁轨道炮的电枢2在第一轨道和第二轨道之间运动；靠近炮口端的轨道间距小于远离炮口端的轨道间距。在炮体设计中两轨道1设计成微锥型，能够加大电枢2在运动过程中枢轨的接触。如图2所示，炮尾的两轨道1间距要略大于炮口的两轨道1间距，炮尾两轨道1的间距为L,炮口两轨道1的间距减少了ΔL，ΔL要根据轨道1的总长度分析，并得到合适的值。这保证了在电枢2运动的过程中，电枢2与轨道1一直存在过盈量，保证了枢轨的良好接触，这一设计减少了在电枢2运动到轨道1的中后段部分时电枢2与轨道1失接触导致转捩等损伤导轨的情况。

本发明实施例中，如果ΔL过大，那么电枢2在运动至炮口处时会受到较大的摩擦力，反而降低了弹丸的发射速度，甚至会导致电枢2卡在两条轨道1之间。通过反复的试验和修正，本发明实施例中，轨道间距的差值ΔL为1-2mm。

实际使用时，轨道1的边棱处由于趋肤效应和邻近效应电流密度较大，很容易对轨道1表面产生烧蚀现象。如图3所示，本发明实施例中，第一轨道和第二轨道与电枢2接触的导向面上设有曲面凸起，曲面凸起沿轨道1轴线方向设置。曲面凸起和棱边处的电流密度是属于此消彼长的关系，即曲面凸起处的电流密度值越大，内侧棱边处的最大电流密度值越小，因此该设计能够使轨道1内的电流密度更加均匀，提高电能的利用率，有利于减轻轨道1的烧蚀现象。

为了使电流不会在曲面凸起处过于集中，本发明实施例中，曲面凸起沿垂直于轨道1轴线的截面形状为圆弧或椭圆弧或抛物线；曲面凸起沿垂直于轨道1轴线的截面形状的高与弦长的比为0.2-0.3。

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。

如图4所示，本发明实施例中，曲面凸起优选设置为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。

该设计同样优于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。

本发明的另一个实施例提供一种电磁轨道炮，电磁轨道炮的轨道1采用前述实施例中的电磁轨道炮的轨道1。

电磁轨道炮还包括：脉冲电源3和电磁轨道炮电枢2；电磁轨道炮电枢2设置在轨道1之间；脉冲电源3为轨道1提供电流；电流依次通过第一轨道、电枢2和第二轨道，回到脉冲电源3，形成闭合回路。

本发明实施例的原理为：

电路导通，脉冲电源3提供电流，电流依次通过第一轨道、电枢2和第二轨道，回到脉冲电源3，大电流流经导轨回路感应出强大的磁场，电枢2中的电流和这个磁场相互作用，产生了非常高的推动发射组件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前面的弹丸获得高速度，弹丸脱离电路或轨道1，开始自由飞行。

为了使电流的传输更加有效，电枢2为U形，且包括第一外侧面、第二外侧面、第一内侧面和第二内侧面；第一外侧面设有第一曲面凹陷，第二外侧面设有第二曲面凹陷；第一内侧面和第二内侧面不平行，且夹角的开口朝向与U形的开口方向相同；第一曲面凹陷和第二曲面凹陷关于电枢2中轴面相互对称；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；第一曲面凹陷、第二曲面凹陷的截面形状、截面尺寸、位置均与轨道1的导向面的曲面凸起一致；电磁轨道炮电枢2第一外侧面与第一轨道的导向面贴合，第二外侧面与第二轨道的导向面贴合。

综上所述，本发明实施例提供了一种基于微锥型的电磁轨道炮轨道，本发明实施例突破性的采用非平行轨道，使两条轨道之间保持微小夹角，用以平衡电枢在轨道上运动造成的磨损和烧蚀，保证电枢在轨道的末端依然能够与轨道良好接触，减少了炮膛内焦耳热的产生，对轨道起到了很好的保护作用；本发明实施例通过在轨道上设置曲面凸起保证了轨道内电流密度的均匀性，提高了整个电磁轨道炮的电能利用率。

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，所述电磁轨道炮包括基于微锥型的电磁轨道炮轨道；

所述轨道(1)包括第一轨道和第二轨道，电磁轨道炮的电枢(2)在所述第一轨道和第二轨道之间运动；

靠近炮口端的轨道间距小于远离炮口端的轨道间距，目的在于：平衡电枢在轨道上运动造成的磨损和烧蚀；

所述基于微锥型的电磁轨道炮轨道用于，推动电枢(2)和置于电枢(2)前面的弹丸沿着轨道(1)加速运动；

所述轨道间距的差值为1-2mm；

所述第一轨道和第二轨道与电枢(2)接触的导向面上设有曲面凸起，所述曲面凸起沿所述轨道(1)轴线方向设置；所述第一轨道和所述第二轨道的导向面上曲面凸起的数量均为2个；

所述曲面凸起沿垂直于所述轨道(1)轴线的截面形状为圆弧或椭圆弧或抛物线；

所述曲面凸起沿垂直于所述轨道(1)轴线的截面形状的高与弦长的比为0.2-0.3；

所述电磁轨道炮还包括：脉冲电源(3)和电枢(2)；

所述电枢(2)设置在所述轨道(1)之间；所述脉冲电源(3)为所述轨道(1)提供电流；电流依次通过第一轨道、电枢(2)和第二轨道，回到脉冲电源(3)，形成闭合回路；

所述电枢(2)为U形，且包括第一外侧面、第二外侧面、第一内侧面和第二内侧面；第一外侧面设有第一曲面凹陷，第二外侧面设有第二曲面凹陷；第一内侧面和第二内侧面不平行，且第一内侧面和第二内侧面所成夹角的开口朝向与U形的开口方向相同；

所述第一曲面凹陷和第二曲面凹陷关于电枢(2)中轴面相互对称；所述第一曲面凹陷和第二曲面凹陷沿垂直于所述轨道(1)轴线的截面形状为圆弧或椭圆弧或抛物线；

所述第一曲面凹陷、第二曲面凹陷的截面形状、截面尺寸、位置均与所述轨道(1)的导向面的曲面凸起一致。

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