CN110763080A - 一种电磁推力发射装置 - Google Patents

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宋瑞亮
陈春林
赵其进
张天意
尚菲菲
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    • F41B6/00—Electromagnetic launchers ; Plasma-actuated launchers
    • F41B6/003—Electromagnetic launchers ; Plasma-actuated launchers using at least one driving coil for accelerating the projectile, e.g. an annular coil

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Abstract

本发明涉及一种电磁推力发射装置。装置包括：第一轨道；第二轨道，第一轨道和第二轨道相互平行和绝缘，并且由金属制成；电枢，电枢位于第一轨道和第二轨道之间且可沿其滑动并与第一轨道和第二轨道滑动电接触；弹丸，弹丸由电枢推动；高功率脉冲电源；以及开关；第一轨道和第二轨道和电枢以及开关、电源构成串联回路，当开关闭合时，电源向回路供电，在回路中通过第一轨道和第二轨道的电流产生磁场，流过电枢的电流在该磁场的作用下形成电磁力，该电磁力加速电枢和弹丸到超高速。本发明解决了电磁推力发射装置轨道的严重烧蚀的问题，使得降低对电枢和轨道的烧蚀，提高了轨道的使用寿命。

Description

一种电磁推力发射装置
技术领域
本发明涉及电磁轨道技术领域，具体地涉及一种电磁推力发射装置。
背景技术
目前，电磁轨道炮概念提出已久，但多年来一直处于试验阶段未投入实际使用，这是因为电磁轨道炮还有一些问题没有得到很好的解决，其中一个便是弹体发射过程中系统会产生大量的热量，对轨道造成烧蚀磨损甚至失效，严重影响材料的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电磁推力发射装置，解决了电磁推力发射装置轨道的严重烧蚀的问题，使得降低对电枢和轨道的烧蚀，提高了轨道的使用寿命。
通过本发明可以实现的技术目的不限于上文已经特别描述的内容，并且本领域技术人员将从下面的详细描述中更加清楚地理解本文中未描述的其他技术目的。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
根据本公开的一方面，本发明提供一种电磁推力发射装置，其特征在于，所述装置包括：
第一轨道；
第二轨道，所述第一轨道和第二轨道相互平行和绝缘，并且由金属制成；
电枢，所述电枢位于所述第一轨道和第二轨道之间且可沿其滑动并与所述第一轨道和第二轨道滑动电接触；
弹丸，所述弹丸由所述电枢推动；
高功率脉冲电源；以及
开关；
其特征在于，所述第一轨道和第二轨道和电枢以及开关、电源构成串联回路，当所述开关闭合时，所述电源向回路供电，在所述回路中通过所述第一轨道和第二轨道的电流产生磁场，流过所述电枢的电流在该磁场的作用下形成电磁力，该电磁力加速所述电枢和弹丸到超高速。
可选地，在如上所述的装置中，所述装置还包括等离子体发生器，其位于所述装置上，产生等离子体。
可选地，在如上所述的装置中，所述等离子体在所述第一轨道与电枢之间以及在所述第二轨道与电枢之间形成等离子层。
可选地，在如上所述的装置中，所述等离子体是低温等离子体，其用于吸收所述电枢与所述第一轨道和第二轨道间的部分热量来提高分子运动速率，增加电子电离数量，同时也降低对所述电枢和轨道的烧蚀。
可选地，在如上所述的装置中，所述低温等离子体通过以下方法中的一个产生：介质阻挡放电、射频放电、热电弧放电。
上述技术方案仅为本发明实施例的一些部分，本领域技术人员从以下本发明的详细描述中可以导出和理解包含了本发明的技术特征的各种实施例。
本领域技术人员将会理解，通过本发明可以实现的效果不限于上文已经具体描述的内容，并且从以下详细说明中将更清楚地理解本发明的其他优点。
附图说明
被包括以提供对本发明的进一步理解的附图示出本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明实施例提供的一种电磁推力发射装置的示意图。
图2为本发明实施例提供电枢和导轨的仿真模型的示意图。
图3为本发明实施例提供的电枢和导轨的界面处温度的影响的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的示例性实施例，其示例在附图中示出。下面将参考附图给出的详细描述旨在解释本发明的示例性实施例，而不是示出可以根据本发明实现的唯一实施例。以下详细描述包括具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。
在一些情况下，已知的结构和设备被省略或以框图形式示出，集中于结构和设备的重要特征，以免模糊本发明的概念。在整个说明书中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“中心”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1示出了本发明实施例提供的一种电磁推力发射装置的示意图。如图1所示，本发明提供了一种电磁推力发射装置，所述装置包括：第一轨道；第二轨道，所述第一轨道和第二轨道相互平行和绝缘，并且由金属制成；电枢，所述电枢位于所述第一轨道和第二轨道之间且可沿其滑动并与所述第一轨道和第二轨道滑动电接触；弹丸，所述弹丸由所述电枢推动；高功率脉冲电源；以及开关；其特征在于，所述第一轨道和第二轨道和电枢以及开关、电源构成串联回路，当所述开关闭合时，所述电源向回路供电，在所述回路中通过所述第一轨道和第二轨道的电流产生磁场，流过所述电枢的电流在该磁场的作用下形成电磁力，该电磁力加速所述电枢和弹丸到超高速。在如上所述的装置中，所述装置还包括等离子体发生器，其位于所述第一轨道和第二轨道上或电枢上，产生等离子体。在如上所述的装置中，所述等离子体在所述第一轨道与电枢之间以及在所述第二轨道与电枢之间形成等离子层。在如上所述的装置中，所述等离子体是低温等离子体，其用于吸收所述电枢与所述第一轨道和第二轨道间的部分热量来提高分子运动速率，增加电子电离数量，同时也降低对所述电枢和轨道的烧蚀。在如上所述的装置中，所述低温等离子体通过以下方法中的一个产生：介质阻挡放电、射频放电、热电弧放电。
(1)电磁轨道炮烧蚀机理研究
电磁轨道炮发射时是在106A级强脉冲电流的条件下加速弹丸的，其工作条件极为恶劣，材料要经受瞬时极大的热流冲击，容易造成轨道的严重烧蚀，特别是电枢的尾部和轨道的初始位置，烧蚀更为严重，缩短了轨道的使用寿命。
对于电枢的尾部和轨道与电枢接触的部分的烧蚀，主要原因归结为速度趋肤效应(电流熔蚀)、高速表面磨损和电枢导轨电接触面上接触失压等。从仿真分析的角度，建立一个仿真枢轨几何模型，开展枢轨界面烧蚀机理研究。图2示出了本发明实施例提供电枢和导轨的仿真模型的示意图。图3示出了本发明实施例提供的电枢和导轨的界面处温度的影响的示意图。
(2)强电磁环境下低温等离子体生成研究
低温等离子体放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体，也叫非平衡态等离子体。
考虑到电磁轨道炮发射过程会产生大量的热，轨道与电枢之间的接触也由于电流速度趋肤效应和摩擦力导致严重烧蚀，所以决定利用低温等离子体来提供电子而不采用分子更活跃的高温等离子体，一是避免对电枢和轨道造成二次烧蚀；二是低温等离子体也可吸收电枢与轨道间的部分热量来提高分子运动速率，增加电子电离数量，同时也变相降低对电枢和轨道的烧蚀。
低温等离子体的产生方法有辉光放电，电晕放电，介质阻挡放电，射频放电，滑动电弧放电，热电弧放电。其中辉光放电只适用于低气压环境，且难于连续化生成；在高压和强电场的工作条件下，不容易获得稳定的电晕放电，亦容易产生局部的电弧放电等。综合电磁轨道炮发射环境为强电磁环境，选择介质阻挡放电、射频放电、热电弧放电技术进行研究，分析每种方法在强电磁环境下造成的不同影响，通过仿真分析，获得稳定高效的低温等离子体源。
电磁轨道炮在工作时产热量过大，内部环境极其恶劣，材料的高温失效是制约电磁炮技术发展的一个瓶颈，严重影响其使用寿命。在此背景下，本发明的技术方案的等离子层能够非常显著地降低电枢和导轨接触界面的热效应，从而大幅减少电磁轨道炮的发热量，提高系统的发射性能和使用寿命，这对电磁轨道炮这一新概念动能武器进入实用阶段具有重大的意义。
如上所述，已经给出了本发明的优选实施例的详细描述，以使本领域技术人员能够实施和实践本发明。虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求书中描述的本发明的精神或范围的情况下，可以在本发明中进行各种修改和改变。因此，本发明不应限于在此描述的特定实施例，而应被赋予与本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (5)

1.一种电磁推力发射装置，其特征在于，所述装置包括：
第一轨道；
第二轨道，所述第一轨道和第二轨道相互平行和绝缘，并且由金属制成；
电枢，所述电枢位于所述第一轨道和第二轨道之间且可沿其滑动并与所述第一轨道和第二轨道滑动电接触；
弹丸，所述弹丸由所述电枢推动；
高功率脉冲电源；以及
开关；
其中，所述第一轨道和第二轨道和电枢以及开关、电源构成串联回路，当所述开关闭合时，所述电源向回路供电，在所述回路中通过所述第一轨道和第二轨道的电流产生磁场，流过所述电枢的电流在该磁场的作用下形成电磁力，该电磁力加速所述电枢和弹丸到超高速。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，所述装置还包括等离子体发生器，其位于所述装置上，产生等离子体。
3.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，所述等离子体在所述第一轨道与电枢之间以及在所述第二轨道与电枢之间形成等离子层。
4.根据权利要求3所述的装置，
其特征在于，所述等离子体是低温等离子体，其用于吸收所述电枢与所述第一轨道和第二轨道间的部分热量来提高分子运动速率，增加电子电离数量，同时也降低对所述电枢和轨道的烧蚀。
5.根据权利要求4所述的装置，
其特征在于，所述低温等离子体通过以下方法中的一个产生：介质阻挡放电、射频放电、热电弧放电。
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