CN109238004B - 一种带弹性件的电磁轨道炮电枢及电磁轨道炮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带弹性件的电磁轨道炮固体电枢，属于电磁轨道炮技术领域，解决了现有技术中为保证固体电枢和电磁轨道炮轨道的良好接触而增大固体电枢过盈量，导致在轨道中后段出现固体电枢和电磁轨道炮失接触而产生烧蚀的严重现象。本发明提供了一种带弹性件的电磁轨道炮电枢，包括固体电枢和弹性件，弹性件为绝缘体并设于固体电枢上；弹性件用于为固体电枢提供持续向外的支撑力。通过在固体电枢内部设置弹性件，在固体电枢运动过程中，固体电枢与电磁轨道炮保持良好接触，避免出现因固体电枢和电磁轨道炮轨道失接触而产生烧蚀和转捩的现象。

Description

一种带弹性件的电磁轨道炮电枢及电磁轨道炮

技术领域

本发明涉及电磁轨道炮电枢设计技术领域，尤其涉及一种带弹性件的电磁轨道炮电枢及电磁轨道炮。

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。图1是电磁轨道炮系统的原理简图。两电磁轨道炮轨道相互平行，发射组件沿着电磁轨道炮轨道轴线方向滑动，电枢的作用是传递两电磁轨道炮轨道间电流，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。发射时，电流在电磁轨道炮轨道的末端通入，沿一根电磁轨道炮轨道流动，通过电枢，沿另一根电磁轨道炮轨道流回，构成闭合回路。大电流流经电磁轨道炮轨道回路感应出强大的磁场，电枢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，当电枢到达炮口时，电枢和电枢前面的弹丸获得高速度，弹丸脱离电路或轨道，开始自由飞行。

为电枢和轨道有良好的电接触，在电流流过时必须保持电枢与轨道之间良好的金属-金属接触，这就需要电枢和轨道之间存在一定的接触力，通过增大电枢过盈量并将其强行塞进炮体后膛来产生初始接触力，这种方式加大了电枢与轨道间的摩擦阻力，导致摩擦产生的热量增大，同时在运动过程中电枢和电磁轨道炮轨道都会受到摩擦力而受损现象，导致施加的初始载荷下降，在轨道的中后段，轨道和电枢就会出现失接触，导致转捩等炮体受损情况的发生。因此电枢与轨道之间通过增大电枢过盈量的方式保持电枢与轨道之间接触力的情况不是一种好的方式。

电枢：电磁轨道炮发射时，电枢起到滑动开关导通电路和传递洛伦兹力加速弹丸的作用。电磁轨道炮的中转器，因为它将电磁能转化为弹丸的动能，电枢性能好坏，直接影响到电磁轨道炮系统的性能。电枢连同弹丸工作在轨道上，其工作环境非常苛刻，必须能够耐高温、高压、大电流；同时，电枢必须具有卓越的性能，比如能否具有高能量转换效率，能否克服烧蚀问题，能否使弹丸出口时达到预期速度。通常情况下，将电枢分为以下四类：固体电枢、等离子体电枢、固体和等离子体混合电枢、过度电枢。等离子体电枢加速弹丸的速度很高，但是会对电磁轨道炮轨道产生很强的烧蚀，不利于电磁轨道炮轨道的维护和重复发射。金属电枢与电磁轨道炮轨道紧密接触，与电磁轨道炮轨道间存在摩擦力，弹丸获得的速度相对较低，由于弹丸加速过程中电磁轨道炮轨道受到烧蚀的作用相对较小，因此当弹丸的速度要求不是很高时例如小于3km/s，通常使用金属电枢。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种带弹性外撑架的电磁轨道炮电枢，用以解决现有固体电枢与轨道间通过直接增加固体电枢过盈量的方式增加了摩擦力作用，导致摩擦产生的热量增大，同时在运动过程中电枢与轨道产生摩擦而受损，导致初始载荷下降，轨道和电枢的失接触导致转捩等炮体受损情况发生。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种带弹性件的电磁轨道炮电枢，包括固体电枢和弹性件，弹性件为绝缘体并设于固体电枢上；弹性件用于为固体电枢提供持续向外的支撑力。

优选地，固体电枢为U型结构，包括电枢端部、第一尾翼和第二尾翼，第一尾翼和第二尾翼与电枢端部一体成型。

优选地，弹性件为U型弹性外支撑架，U型弹性外支撑架设于U型固体电枢内并且开口方向与固体电枢一致，弹性外支撑架与固体电枢通过绝缘连接件连接。

优选地，U型弹性外支撑架内部设有第一凸块和第二凸块，第一凸块和第二凸块之间设有第一绝缘弹簧；第一绝缘弹簧始终处于压缩状态；第一绝缘弹簧中间设有第一拉压传感器；第一拉压传感器用于测试第一绝缘弹簧的弹性势能。

优选地，弹性件为第二绝缘弹簧，第二绝缘弹簧的第一端和第二端分别与U型固体电枢的第一尾翼和第二尾翼可拆卸连接；第二绝缘弹簧始终处于压缩状态；第二绝缘弹簧中间设有拉压传感器；第二拉压传感器用于测试第二绝缘弹簧的弹性势能。

优选地，固体电枢材料为铝合金或者铜。

优选地，固体电枢的第一尾翼和第二尾翼的导向面均设有均布的两个曲面凹槽，曲面凹槽沿固体电枢的轴线设置；曲面凹槽沿垂直于轨道轴线的截面形状均相同。

本发明还提供了一种电磁轨道炮，采用以上任一项的固体电枢，电磁轨道炮的电磁轨道的导向面设有两个曲面凸起，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。

优选地，固体电枢的导向面的曲面凹槽的截面形状、截面尺寸、位置与电磁轨道的导向面的曲面凸起相对应。

优选地，电磁轨道炮轨道材料为铜合金或者紫铜。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的带有弹性件的固体电枢通过在固体电枢上加设绝缘弹性外撑架或者绝缘弹簧的方式，使得固体电枢始终受到一个向外的撑力，在固体电枢运动过程中，固体电枢与电磁轨道炮接触良好且保持不变，在电流流过固体电枢时，弹性件能够保持固体电枢与电磁轨道炮轨道之间始终保持良好的接触；从而避免了现有技术中的固体电枢通过加大固体电枢的两个尾翼尺寸并将其强行塞进后膛来产生初始接触力，这种方式加大了固体电枢与电磁轨道炮轨道间的摩擦力作用，导致摩擦产生的热量增大。同时在运动过程中固体电枢会受到与电磁轨道炮轨道的摩擦而受损现象，导致施加的初始载荷下降，电磁轨道炮轨道和固体电枢的失接触导致烧蚀和转捩等炮体受损情况的发生。

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的原理图；

图2为本发明提供的固体金属电枢；

图3为本发明提供的固体金属电枢和白色弹性支撑架；

图4为本发明提供的带弹性外撑架的固体电枢；

图5为本发明提供的带绝缘弹簧的固体电枢；

图6为设有曲面凹槽带弹性件的固体电枢；

附图标记：

1-电磁轨道炮轨道；2-固体电枢；3-弹丸；4-电源G；5-开关S；6-磁场；7-弹性外撑架；8-凯夫拉线；9-第一尾翼；10-第二尾翼；11-第二绝缘弹簧。

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。

本发明提供了一种带弹性件的电磁轨道炮电枢，包括固体电枢2和弹性件，弹性件为绝缘体并设于固体电枢2上；弹性件用于为固体电枢2提供持续向外的支撑力。

具体地，本发明提供了一种带弹性件的电磁轨道炮电枢，包括固体电枢2和弹性件，弹性件设置在固体电枢2内部，并能够持续的给固体电枢2提供向外的支撑力，受到弹性件支撑力的固体电枢2与其两侧的电磁轨道炮轨道1能够形成紧密的接触；在电磁轨道炮运动过程中，电流在电磁轨道炮轨道1的末端通入，并沿一根电磁轨道炮轨道1流动，通过固体电枢2沿另一根电磁轨道炮轨道1流回，构成闭合电路；当大电流流经由电磁轨道炮轨道1和固体电枢2形成的闭合回路时产生强大的磁场6，固体电枢2和该强大磁场6产生相互作用，产生了非常高的推动弹丸3向前做加速运动的电磁力，当电枢到达炮口时，固体电枢2和固体电枢2前面的弹丸3获得高速度，弹丸3脱离固体电枢2或电磁轨道炮轨道1，开始自由飞行。固体电枢2运动中，由于受到弹性件支撑力的固体电枢2与其两侧的电磁轨道炮轨道1能够形成紧密的接触；固体电枢2与电磁轨道炮轨道1接触力将保持不变，弹性件的存在避免了因固体电枢2与电磁轨道炮失接触而烧蚀和转捩的现象发生。

为了更好的固定弹丸3并与电磁轨道炮形成紧密接触，固体电枢2为U型结构，包括电枢端部、第一尾翼9和第二尾翼10，第一尾翼9和第二尾翼10与电枢端部一体成型。

为了更好的对固体电枢2提供持续的向外的支撑力，如图2至图4所示，弹性件为U型弹性外支撑架，U型弹性外支撑架设于U型固体电枢2内并且开口方向与固体电枢2一致，弹性外支撑架与固体电枢2通过绝缘连接件连接；其中，U型弹性外支撑架可以采用G10环氧板或者G1环氧板，其中G10环氧板和G1环氧板的阻燃等级为UL94-VO级，高温下机械性能好，具有良好的加工性能与绝缘性能。

为了将U型弹性外支撑架牢固的固定在固体电枢2的第一尾翼9和第二尾翼10中间，绝缘连接件为凯夫拉线8或者斯百克线；其中，凯夫拉线8是一种强度高达20.92cN/dtex的纤维，凯夫拉线8不仅强度高，还具有高耐磨、高抗撕裂性、耐热阻燃和绝缘性；斯百克线是目前世界上强度最高的纤维，其强度比凯夫拉线8还约高出40％，比碳纤维高两倍；凯芙拉线和斯百克线的高强度和绝缘性能够将U型弹性外支撑架牢固的固定于固体电枢2上，使其能够为固体电枢2提供持续向外的支撑力，保证固体电枢2与电磁轨道炮轨道1形成紧密接触，进而使固体电枢2与电磁轨道炮轨道1接触力保持不变，避免因固体电枢2与电磁轨道炮失接触而烧蚀和转捩的现象发生。

同样地，为了更好的对固体电枢2提供持续的向外的支撑力，U型弹性外支撑架内部设有第一凸块和第二凸块，第一凸块和第二凸块之间设有第一绝缘弹簧，第一绝缘弹簧始终处于压缩状态。

具体地，在U型外支撑架的内侧中部位置分别设有第一凸块和第二凸块，第一凸块和第二凸块与U型外支撑架螺纹连接，第一绝缘弹簧的两端同样通过螺纹连接固定在第一凸块和第二凸块之间并向第一凸块和第二凸块提供持续向外的支撑力，该支撑力与U型外支撑架产生的向外的支撑力共同作用于固体电枢2，使固体电枢2与电磁轨道炮轨道1始终保持紧密的接触，避免了通过直接增大固体电枢2过盈量导致的使电磁轨道炮炮体受损的现象产生。

同样地，为了更好的对固体电枢2提供持续的向外的支撑力，固体电枢2中的弹性件为第二绝缘弹簧11，如图5所示，第二绝缘弹簧11的第一端和第二端分别与U型固体电枢2的第一尾翼9和第二尾翼10可拆卸连接，第二绝缘弹簧11始终处于压缩状态；第二绝缘弹簧11使固体电枢2与电磁轨道炮轨道1始终保持紧密的接触，避免了通过增大固体电枢2过盈量导致的使电磁轨道炮炮体受损的现象产生。

为了保证固体电枢2的导线性和强度方面的要求，本发明采用的固体电枢2材料为铝合金或者铜；需要说明的是，固体电枢2的使用材料强度只要小于电磁轨道炮轨道1材料的强度，都可以采用，这是由于固体电枢2只使用一次，而电磁轨道炮轨道1需要多次使用；在通过固体电枢2加速弹头元件时，由于电磁轨道炮轨道1材料较强，因此不会受到磨损或者受到非常小的磨损；确保电磁轨道炮轨道1可以多次进行试验使用。

为了提高固体电枢2的适用性，本发明提供的固体电枢2的第一尾翼9和第二尾翼10的导向面可以设有均布的两个曲面凹槽，曲面凹槽沿所述固体电枢2的轴线设置，如图6所示；曲面凹槽沿垂直于所述轨道轴线的截面形状均相同。具体地，在使用电磁轨道炮加速弹丸3时，为了使电磁轨道炮轨道1与固体电枢2形成更均匀的电流，电磁轨道炮可能设计成不同的形状，此时，固体电枢2就需要设计成与电磁轨道炮相对应的形状，进而保证两者接触紧密，例如，可以将固体电枢2的第一尾翼9和第二尾翼10的导向面设计为均布两个曲面凹槽的形状。

另一方面，本发明还提供了一种电磁轨道炮，该电磁轨道炮可以采用以上任一项固体电枢2，电磁轨道炮轨道1的导向面设有两个曲面凸起，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。具体地，为了使电磁轨道炮轨道1与固体电枢2形成良好的紧密接触，电磁轨道炮轨道1的导向面的两个曲面凸起，两个凸起可以对分别对电磁轨道炮轨道1的导向面对应的两角的电流进行平衡，使得电磁轨道炮轨道1内的电流密度更加均匀，改善电磁轨道炮轨道1在边角处烧蚀等问题。

实际使用时，固体电枢2需要与电磁轨道炮轨道1相互配合，所以固体电枢2的导向面的曲面凹陷的截面形状、截面尺寸、位置与电磁轨道炮轨道1的导向面的曲面凸起一致。电磁轨道炮轨道1为相互平行的两根电磁轨道炮轨道，且一根电磁轨道炮轨道的曲面凸起与另一根电磁轨道炮轨道的曲面凸起相向设置；固体电枢2设置在两根电磁轨道炮轨道之间，且固体电枢2的导向面分别与两根电磁轨道炮轨道的导向面贴合。

为了保证电路的良好接触，电磁轨道炮轨道1与固体电枢2形成紧密接触，弹丸3发射时表现为高速滑动电接触过程，电磁轨道炮轨道1中流过的电流幅值很大，兆安级的电流使电磁轨道炮轨道1表面温度很高，因此电磁轨道炮轨道1采用的是耐磨损和抗烧蚀的金属材料，例如铜合金材料或者紫铜；铜合金和紫铜的材料强度大于固体电枢2的材料强度，因此在利用固体电枢2加速弹头元件时，由于电磁轨道炮轨道1材料较强，因此不会受到磨损或者受到非常小的磨损；确保电磁轨道炮轨道1可以多次进行试验使用。

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，电流在电磁轨道炮轨道的末端通入，沿一根电磁轨道炮轨道流动，通过固体电枢2，沿另一根电磁轨道炮轨道流回，构成闭合回路。大电流流经电磁轨道炮轨道回路感应出强大的磁场6，固体电枢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向前做加速运动的电磁力，当电枢到达炮口时，固体电枢2和固体电枢2前面的弹丸3获得高速度，弹丸3脱离固体电枢2或电磁轨道炮轨道1，开始自由飞行。

综上所述，本发明提供的带有弹性件的固体电枢2通过在固体电枢2上加设绝缘弹性外撑架7或者绝缘弹簧的方式，使得固体电枢2的尾翼一直受到一个向外的撑力，在固体电枢2运动过程中，固体电枢2与电磁轨道炮接触良好且保持不变，在电流流过固体电枢2时，弹性件能够保证固体电枢2与电磁轨道炮轨道1之间始终保持良好的金属-金属接触；避免了现有技术中的固体电枢2通过加大固体电枢2的两个尾翼尺寸并将其强行塞进后膛来产生初始接触力，这种方式加大了固体电枢2与电磁轨道炮轨道1间的摩擦力作用，导致摩擦产生的热量增大，同时在运动过程中固体电枢2会受到与电磁轨道炮轨道1的摩擦而受损现象，导致施加的初始载荷下降，电磁轨道炮轨道1和固体电枢2的失接触导致烧蚀和转捩等炮体受损情况的发生。

实施例1

本实施例采用的固体电枢2第一尾翼9和第二尾翼10的长度为30mm，电磁轨道炮轨道1的口径为30*30mm，弹性外撑架7的两个尾翼长度为28mm，如图1和图4所示；当对弹丸3加速时，在固体电枢2第一尾翼9与第二尾翼10之间加设弹性外撑架7，加设弹性外撑架7后的固体电枢2的口径为约30.2mm，即固体电枢2的过盈量为约0.2mm，加设弹性外撑架7后，弹性外撑架7能够持续的为固体电枢2提供一个向外的弹性力，保证固体电枢2的第一和第二尾翼10与电磁轨道炮进行良好接触。此时，闭合开关5，电源4提供电流，电流在电磁轨道炮轨道1的末端通入，沿一根电磁轨道炮轨道1流动，通过固体电枢2，沿另一根电磁轨道炮轨道1流回，构成闭合回路。大电流流经电磁轨道炮轨道1回路感应出强大的磁场6，固体电枢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向前做加速运动的电磁力，当电枢到达炮口时，固体电枢2和固体电枢2前面的弹丸3获得高速度，弹丸3脱离固体电枢2或电磁轨道炮轨道1，开始自由飞行，弹丸3加速结束后，检测电磁轨道炮轨道1的磨损情况，发现电磁轨道炮轨道1并未有磨损现象，这说明固体电枢2运动过程中，弹性外撑架7能够保证固体电枢2与电磁轨道炮轨道1始终接触良好，不会发生产生过大摩擦力而使轨道受损，避免了电磁轨道炮轨道1被烧蚀情况的出现。

对比例1

本对照例采用的固体电枢2第一尾翼9和第二尾翼10的长度为30mm，电磁轨道炮轨道1的口径为30*30mm，直接对固体电枢2增加过盈量，固体电枢2的过盈量大小与所施加的电流相关，根据电流大小，固体电枢2的过盈量为1.0mm，当对弹丸3加速时，闭合开关5，电源4提供电流，电流在电磁轨道炮轨道1的末端通入，沿一根电磁轨道炮轨道1流动，通过固体电枢2，沿另一根电磁轨道炮轨道1流回，构成闭合回路。大电流流经电磁轨道炮轨道1回路感应出强大的磁场6，固体电枢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向前做加速运动的电磁力，当电枢到达炮口时，固体电枢2和固体电枢2前面的弹丸3获得高速度，弹丸3脱离固体电枢2或电磁轨道炮轨道1，开始自由飞行，弹丸3加速结束后，检测电磁轨道炮轨道1的磨损情况，发现固体电枢2有明显的烧蚀和转捩现象，这是由于固体电枢2与电磁轨道炮轨道1之间产生了严重的摩擦作用，导致摩擦产生大量热量，固体电枢2与电磁轨道炮轨道1因摩擦而受损，导致施加的初始载荷(过盈量)下降，电磁轨道炮轨道1和固体电枢2的发生失接触现象，导致烧蚀和转捩等炮体受损情况发生。

综上，通过实施例1和对比例1对比分析可知，通过对固体电枢2加设弹性外撑架7，弹性外撑架7能够持续的为固体电枢2提供一个向外的弹性力，通过该弹性力，能够保证固体电枢2的第一和第二尾翼10与电磁轨道炮轨道1始终接触良好，不会发生严重摩擦现象，进而避免了电磁轨道炮轨道1被烧蚀和转捩等炮体受损现象。

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 (5)

1.一种带弹性件的电磁轨道炮电枢，其特征在于，包括固体电枢和弹性件，所述弹性件为绝缘体并设于固体电枢上；所述弹性件用于为固体电枢提供持续向外的支撑力；

所述弹性件为U型弹性外支撑架，所述U型弹性外支撑架设于U型固体电枢内并且开口方向与固体电枢一致，所述弹性外支撑架与固体电枢通过绝缘连接件连接；所述绝缘连接件为凯夫拉线或者斯百克线；

所述固体电枢为U型结构，包括电枢端部、第一尾翼和第二尾翼，所述第一尾翼和第二尾翼与电枢端部一体成型；

所述U型弹性外支撑架内部设有第一凸块和第二凸块，所述第一凸块和第二凸块之间设有第一绝缘弹簧；所述第一绝缘弹簧始终处于压缩状态；

所述固体电枢的第一尾翼和第二尾翼的导向面均设有均布的两个曲面凹槽，所述曲面凹槽沿所述固体电枢的轴线设置；所述曲面凹槽沿垂直于轨道轴线的截面形状均相同。

2.根据权利要求1所述的带弹性件的电磁轨道炮电枢，其特征在于，所述固体电枢材料为铝合金或者铜。

3.一种电磁轨道炮，其特征在于，采用权利要求1或2所述的带弹性件的电磁轨道炮电枢，所述电磁轨道炮的电磁轨道的导向面设有两个曲面凸起，所述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。

4.根据权利要求3所述的电磁轨道炮，其特征在于，所述固体电枢的导向面的曲面凹槽的截面形状、截面尺寸、位置与所述电磁轨道的导向面的曲面凸起相对应。

5.根据权利要求4所述的电磁轨道炮，其特征在于，所述电磁轨道炮轨道材料为铜合金或者紫铜。

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