CN110686559A - 串接共轨型双管轨道炮 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电磁轨道炮技术领域，具体涉及一种串接共轨型双管轨道炮。本发明技术方案所提出的串接共轨型双管轨道炮，主要根据电磁轨道炮磁场分布特点，将多管发射器的轨道平行排列进行集成，采用串联供电的方式形成共轨型双管轨道炮方案，以达到增大电感梯度，提高发射效率的目的。同时，该方案能够有效提高火力密度，从而提升电磁轨道炮的综合性能。本发明提出的串接共轨型双管轨道炮，为电磁轨道炮系统集成、提高发射效率和火力密度提出了新的解决方案，对于电磁轨道炮的工程化应用具有十分重要的意义。

Description

串接共轨型双管轨道炮
技术领域
本发明属于电磁轨道炮技术领域，具体涉及一种串接共轨型双管轨道炮。
背景技术
电磁轨道炮是一种电磁发射新概念动能武器，它利用承载电流导体在磁场中受力原理，可以突破传统化学发射药火炮的2.0km/s极限速度，加速弹丸到超高速。轨道炮可能应用于防空、反导、反舰和远程火力压制等军事行动，对武器创新发展和未来战争对抗形式等具有重大意义。
随着电磁轨道发射技术的发展，其应用研究也逐渐受到越来越多的关注。跟常规兵器发展过程一样，发射武器的火力强度是衡量该发射武器能力的重要指标，不断提高发射武器的火力强度，也是武器发展的重要趋势之一。目前技术状态的电磁轨道炮存在很多不足，射频低是致命不足之一。用火力的密集弥补射频的不足是电磁轨道炮提高作战效能的手段之一，对多个电磁轨道炮发射器进行集成，组成多管并联发射器则是提高火力密度的有效途径。另外，影响轨道炮成为武器另一个重要因素就是电源系统的庞大和低效，因此，提高发射器的能量转化效率是减小电源系统规模的重要途径之一。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：针对当前电磁轨道炮射频低、电源系统庞大等问题，如何提供一种能够有效弥补电磁轨道炮射频低，提高发射器能量转化率以减小电源系统规模的串接共轨型双管轨道炮。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种串接共轨型双管轨道炮，所述串接共轨型双管轨道炮包括脉冲电源和共轨型双管轨道发射器；
所述共轨型双管轨道发射器包括四根平行排列的轨道以及第一电枢、第二电枢；该四根平行排列的轨道中，由一侧至另一侧分为第一外轨、第一内轨、第二内轨、第二外轨；其中，第一外轨、第一内轨与第一电枢形成第一电磁轨道炮发射器，第二外轨、第二内轨与第二电枢形成第二电磁轨道炮发射器，由此组成平行排列的两个电磁轨道炮发射器；
所述第一外轨与第二内轨短接；
脉冲电源的两极输出分别连接第一内轨与第二外轨。
此外，本发明还提供一种串接共轨型双管轨道炮，所述串接共轨型双管轨道炮包括脉冲电源和共轨型双管轨道发射器；
所述共轨型双管轨道发射器包括四根平行排列的轨道以及第一电枢、第二电枢；该四根平行排列的轨道中，由一侧至另一侧分为第一外轨、第一内轨、第二内轨、第二外轨；其中，第一外轨、第一内轨与第一电枢形成第一电磁轨道炮发射器，第二外轨、第二内轨与第二电枢形成第二电磁轨道炮发射器，由此组成平行排列的两个电磁轨道炮发射器；
所述第一内轨与第二外轨短接；
脉冲电源的两极输出分别连接第一外轨与第二内轨。
其中，所述第一内轨与第二内轨之间采用薄绝缘材料进行绝缘。
其中，所述脉冲电源的电流从第一内轨流入，经第一电枢流至第一外轨，再经短接电路流入第二内轨，经第二电枢流至第二外轨，最终流回脉冲电源。
其中，所述脉冲电源的电流从第一外轨流入，经第一电枢流至第一内轨，再经短接电路流入第二外轨，经第二电枢流至第二内轨，最终流回脉冲电源。
其中，所述脉冲电源包括：电容、晶闸管开关、二极管和电感；
其通过晶闸管开关实现电容的充电放电，所述二极管用于执行正向导通作用，避免电容的反向充电，最后通过调整电感的大小调节电流波形；
工作时：首先，晶闸管开关断开，通过外部电源对电容进行充电；其次，充电完毕后，充电电路断开，晶闸管开关保持断开，防止电容放电；最后，弹丸发射时，闭合晶闸管开关，对外部电路进行放电。
其中，所述短接通过短接环来进行短接。
其中，所述轨道的类型包括：凸型轨、凹型轨、矩形轨、复合轨道和分段增强型轨道。
其中，所述电枢的类型包括：C型电枢、U型电枢、H型电枢和纤维电枢。
其中，所述绝缘材料包括：G10、陶瓷、树脂。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
(1)四根轨道集中在一个发射器中，形成单发射器两管，可有效减小发射系统的体积和重量；
(2)双管发射器的中心轨道用薄绝缘层隔开，中心轨道的电流产生的磁场被两个身管共同利用，可提高系统发射效率，也可减小电源规模；
(3)进一步分析可以发现，该结构会促使两个电枢自动保持以相同速度并列同步向前运动而同时出炮膛，有利于两管发射的初速一致性。
附图说明
图1是串接共轨型双管轨道发射器结构示意图。
图2是串接共轨型双管轨道炮电气连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种串接共轨型双管轨道炮，如图1及图2所示，所述串接共轨型双管轨道炮包括脉冲电源和共轨型双管轨道发射器；
所述共轨型双管轨道发射器包括四根平行排列的轨道以及第一电枢、第二电枢；该四根平行排列的轨道中，由一侧至另一侧分为第一外轨、第一内轨、第二内轨、第二外轨；其中，第一外轨、第一内轨与第一电枢形成第一电磁轨道炮发射器，第二外轨、第二内轨与第二电枢形成第二电磁轨道炮发射器，由此组成平行排列的两个电磁轨道炮发射器；
所述第一外轨与第二内轨短接；
脉冲电源的两极输出分别连接第一内轨与第二外轨。
此外，本发明还提供另一种串接共轨型双管轨道炮，所述串接共轨型双管轨道炮包括脉冲电源和共轨型双管轨道发射器；
所述共轨型双管轨道发射器包括四根平行排列的轨道以及第一电枢、第二电枢；该四根平行排列的轨道中，由一侧至另一侧分为第一外轨、第一内轨、第二内轨、第二外轨；其中，第一外轨、第一内轨与第一电枢形成第一电磁轨道炮发射器，第二外轨、第二内轨与第二电枢形成第二电磁轨道炮发射器，由此组成平行排列的两个电磁轨道炮发射器；
所述第一内轨与第二外轨短接；
脉冲电源的两极输出分别连接第一外轨与第二内轨。
其中，所述第一内轨与第二内轨之间采用薄绝缘材料进行绝缘。
其中，所述脉冲电源的电流从第一内轨流入，经第一电枢流至第一外轨，再经短接电路流入第二内轨，经第二电枢流至第二外轨，最终流回脉冲电源。可见，电流两次流过两个内膛的共同“内轨”，而两个内轨产生的电磁场全部通过两个内膛，因此起到磁场增强的作用。
其中，所述脉冲电源的电流从第一外轨流入，经第一电枢流至第一内轨，再经短接电路流入第二外轨，经第二电枢流至第二内轨，最终流回脉冲电源。可见，电流两次流过两个内膛的共同“内轨”，而两个内轨产生的电磁场全部通过两个内膛，因此起到磁场增强的作用。
其中，所述脉冲电源包括：电容、晶闸管开关、二极管和电感；
其通过晶闸管开关实现电容的充电放电，所述二极管用于执行正向导通作用，避免电容的反向充电，最后通过调整电感的大小调节电流波形；
工作时：首先，晶闸管开关断开，通过外部电源对电容进行充电；其次，充电完毕后，充电电路断开，晶闸管开关保持断开，防止电容放电；最后，弹丸发射时，闭合晶闸管开关，对外部电路进行放电。
其中，所述短接通过短接环来进行短接。
其中，所述轨道的类型包括：凸型轨、凹型轨、矩形轨、复合轨道和分段增强型轨道。
其中，所述电枢的类型包括：C型电枢、U型电枢、H型电枢和纤维电枢。
其中，所述绝缘材料包括：G10、陶瓷、树脂。
由此，共轨型双管轨道发射器采用四根轨道平行排列，中间两根轨道用绝缘材料进行绝缘的方式集成了两个电磁轨道炮发射器。
采用串联发射的方式实现两个弹丸的同步发射。
实施例1
本实施例提供一种串接共轨型双管轨道炮。根据电磁轨道炮磁场分布特点，可以采用四根轨道平行排列，中间两根轨道采用薄绝缘材料隔离的方式把两个单管电磁轨道炮发射器集成为一个双管轨道炮发射器。外部脉冲电源正极和负极分别连至内膛1的外轨道(内轨道)和内膛2的内轨道(外轨道)，内膛1和内膛2的另外两个轨道短接，通过串联供电的方式对其供电，实现两个弹丸的同步发射。该方案可有效提高电磁轨道炮火力密集度、发射器能量转化效率；减小发射系统体积、电源系统规模、电磁轨道炮质量。
所述串接共轨型双管轨道炮，主要包括：脉冲电源、串接共轨型双管轨道发射器两部分。
其中，脉冲电源由电容、晶闸管开关、二极管和电感组合而成，通过晶闸管开关实现电容的充电放电，二极管具有正向导通作用，能够避免电容的反向充电，最后通过调整电感的大小调节电流波形。工作时：首先，晶闸管开关断开，通过外部电源对电容进行充电；其次，充电完毕后，充电电路断开，晶闸管开关保持断开，防止电容放电；最后，弹丸发射时，闭合晶闸管开关，对外部电路进行放电。
脉冲电源与外部电路的连接方式为：电源电流从内膛1的内轨流入，经内膛1电枢流至内膛1外轨，再经短接电路流入内膛2内轨，经内膛2电枢流至内膛2外轨，最终流回电源。
共轨型双管轨道发射器由四根轨道、绝缘层和壳体组成；四根轨道通过两个电枢以及短接环与电源系统相连，组成一个串联回路，实现两个弹丸的同步发射。整个轨道通过绝缘层进行支撑，中间两个轨道采用薄绝缘层进行电气绝缘，外部通过壳体对轨道和绝缘层进行固定。所述的轨道包括但不限于凸型轨、凹型轨、矩形轨、复合轨道和分段增强型轨道等；所述的电枢包括但不限于C型电枢、U型电枢、H型电枢和纤维电枢等；所述的绝缘材料包括但不限于G10、陶瓷、树脂等。所述的壳体包括但不限于碳纤维缠绕包封、钢壳固定等。
实施例2
本实施例技术方案包括脉冲电源系统、共轨型双管轨道发射器两部分。根据电磁轨道炮磁场分布特点，可以采用四根轨道平行排列，中间两根轨道采用薄绝缘材料隔离的方式把两个单管电磁轨道炮发射器集成为一个双管轨道炮发射器。外部脉冲电源正极和负极分别连至内膛1的外轨道(内轨道)和内膛2的内轨道(外轨道)，内膛1和内膛2的另外两个轨道短接，通过串联供电的方式对其供电，实现两个弹丸的同步发射。该方案可有效提高电磁轨道炮火力密集度、发射器能量转化效率；减小发射系统体积、电源系统规模、电磁轨道炮质量。
所述串接共轨型双管轨道炮，主要包括：脉冲电源、串接共轨型双管轨道发射器两部分。
其中，脉冲电源由电容、晶闸管开关、二极管和电感组合而成，通过晶闸管开关实现电容的充电放电，二极管具有正向导通作用，能够避免电容的反向充电，最后通过调整电感的大小调节电流波形。工作时：首先，晶闸管开关断开，通过外部电源对电容进行充电；其次，充电完毕后，充电电路断开，晶闸管开关保持断开，防止电容放电；最后，弹丸发射时，闭合晶闸管开关，对外部电路进行放电。
脉冲电源与外部电路的连接方式为：电源电流从内膛1的内轨流入，经内膛1电枢流至内膛1外轨，再经短接电路流入内膛2内轨，经内膛2电枢流至内膛2外轨，最终流回电源。
共轨型双管轨道发射器由四根轨道、绝缘层和壳体组成；四根轨道通过两个电枢以及短接环与电源系统相连，组成一个串联回路，实现两个弹丸的同步发射。整个轨道通过绝缘层进行支撑，中间两个轨道采用薄绝缘层进行电气绝缘，外部通过壳体对轨道和绝缘层进行固定。所述的轨道包括但不限于凸型轨、凹型轨、矩形轨、复合轨道和分段增强型轨道等；所述的电枢包括但不限于C型电枢、U型电枢、H型电枢和纤维电枢等；所述的绝缘材料包括但不限于G10、陶瓷、树脂等。所述的壳体包括但不限于碳纤维缠绕包封、钢壳固定等。
实施例3
下面结合附图对本发明进一步说明。
参见图1，串接共轨型双管轨道炮发射器由四根轨道、绝缘层和外部壳体三部分组成。四根轨道平行排列，中间两根轨道采用薄绝缘层进行隔离，这种轨道布置方式能够提高电枢所在区域的磁场强度，进而提高电源能量转化率。四根轨道采用绝缘材料进行固定，减小轨道在发射过程中的振动变形，四根轨道通过电枢、短接环与外部电源系统形成串联电路。四根轨道与壳体通过绝缘材料实现电气绝缘。壳体可以采用钢壳结构，通过螺栓对发射器内部结构进行固定并施加一定的预紧力；也可以采用碳纤维缠绕结构对轨道和绝缘层施加预应力，加载预应力能有效减小轨道受电磁力作用下的扩张变形。
参见图2，脉冲电源包含电容、晶闸管、二极管和电感四部分，形成两个电路回路。第一个回路由电容、晶闸管、二极管串联而成，另一个回路由电容、晶闸管、电感和发射器组成。其中，二极管和发射器进行并联。工作时，通过一个脉冲电源对双管发射器进行串联供电，两个脉冲电源的正极和负极分别连接至两个内膛轨道的内外轨道，另外两个轨道采用短接环进行短接。轨道间通过两个电枢连接并与脉冲电源形成一个串联电路，通电轨道形成强大的电磁场，两个通电电枢在磁场中受到安培力的作用而做加速运动，从而实现弹丸的高速发射。
本发明的工作流程为：
第一：串接共轨型双管轨道炮的组装方式
首先基于电磁轨道炮发射机理，将多管发射器的轨道和发射器结构合理拓扑，形成了串接共轨型双管轨道发射器方案。四根轨道平行排列，中间两根轨道采用薄绝缘层进行隔离，内膛1的内轨道(外轨道)和内膛2的外轨道(内轨道)用短接环进行短接，中间两根轨道电流产生的磁场被两个身管共同利用。其次，四根轨道间以及轨道与壳体通过绝缘层进行电气绝缘和固定，最外部由壳体进行固定并施加一定的预应力，组装成串接共轨型双管轨道发射器。最后，脉冲电源正极和负极分别连至内膛1的外轨道(内轨道)和内膛2的内轨道(外轨道)，形成串接共轨型双管轨道炮。
第二：串接共轨型双管轨道炮的发射流程
首先，断开晶闸管开关，通过外部电源对电容进行充电，充电完毕后断开充电电路，并保持晶闸管开关断开，防止电容放电。其次，在内膛1和内膛2的相同位置装填两个电枢。最后，闭合晶闸管开关，脉冲电源对发射器进行放电。电源电流从内膛1的内轨流入，经内膛1电枢流至内膛1外轨，再经短接电路流入内膛2内轨，经内膛2电枢流至内膛2外轨，最终流回电源。通电电枢在轨道间强磁场的作用下会产生强大的电磁推力，推动两个电枢实现同步高速发射。
注：第一步和第二步操作可以同时进行也可以次序进行，两个进程互不干扰。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种串接共轨型双管轨道炮，其特征在于，所述串接共轨型双管轨道炮包括脉冲电源和共轨型双管轨道发射器；
所述共轨型双管轨道发射器包括四根平行排列的轨道以及第一电枢、第二电枢；该四根平行排列的轨道中，由一侧至另一侧分为第一外轨、第一内轨、第二内轨、第二外轨；其中，第一外轨、第一内轨与第一电枢形成第一电磁轨道炮发射器，第二外轨、第二内轨与第二电枢形成第二电磁轨道炮发射器，由此组成平行排列的两个电磁轨道炮发射器；
所述第一外轨与第二内轨短接；
脉冲电源的两极输出分别连接第一内轨与第二外轨。
2.一种串接共轨型双管轨道炮，其特征在于，所述串接共轨型双管轨道炮包括脉冲电源和共轨型双管轨道发射器；
所述共轨型双管轨道发射器包括四根平行排列的轨道以及第一电枢、第二电枢；该四根平行排列的轨道中，由一侧至另一侧分为第一外轨、第一内轨、第二内轨、第二外轨；其中，第一外轨、第一内轨与第一电枢形成第一电磁轨道炮发射器，第二外轨、第二内轨与第二电枢形成第二电磁轨道炮发射器，由此组成平行排列的两个电磁轨道炮发射器；
所述第一内轨与第二外轨短接；
脉冲电源的两极输出分别连接第一外轨与第二内轨。
3.如权利要求1或2所述的串接共轨型双管轨道炮，其特征在于，所述第一内轨与第二内轨之间采用薄绝缘材料进行绝缘。
4.如权利要求1所述的串接共轨型双管轨道炮，其特征在于，所述脉冲电源的电流从第一内轨流入，经第一电枢流至第一外轨，再经短接电路流入第二内轨，经第二电枢流至第二外轨，最终流回脉冲电源。
5.如权利要求1所述的串接共轨型双管轨道炮，其特征在于，所述脉冲电源的电流从第一外轨流入，经第一电枢流至第一内轨，再经短接电路流入第二外轨，经第二电枢流至第二内轨，最终流回脉冲电源。
6.如权利要求1或2所述的串接共轨型双管轨道炮，其特征在于，所述脉冲电源包括：电容、晶闸管开关、二极管和电感；
其通过晶闸管开关实现电容的充电放电，所述二极管用于执行正向导通作用，避免电容的反向充电，最后通过调整电感的大小调节电流波形；
工作时：首先，晶闸管开关断开，通过外部电源对电容进行充电；其次，充电完毕后，充电电路断开，晶闸管开关保持断开，防止电容放电；最后，弹丸发射时，闭合晶闸管开关，对外部电路进行放电。
7.如权利要求1或2所述的串接共轨型双管轨道炮，其特征在于，所述短接通过短接环来进行短接。
8.如权利要求1或2所述的串接共轨型双管轨道炮，其特征在于，所述轨道的类型包括：凸型轨、凹型轨、矩形轨、复合轨道和分段增强型轨道。
9.如权利要求1或2所述的串接共轨型双管轨道炮，其特征在于，所述电枢的类型包括：C型电枢、U型电枢、H型电枢和纤维电枢。
10.如权利要求1或2所述的串接共轨型双管轨道炮，其特征在于，所述绝缘材料包括：G10、陶瓷、树脂。
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