CN112129176B - 一种电磁增强的破甲弹装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电磁增强的破甲弹装置，包括底盖、壳体、电容器组、第一绝缘体、第一传输筒、药型罩、延时开关、爆磁压缩发生器、第四绝缘体。本发明使用小型电容器组作为输入能源，产生脉冲电流，雷管引爆炸药，电容器开始放电与炸药起爆的时间间隔由延时开关控制，电流由电容器组的一端流出，流入输入电极，再流经线圈，期间炸药开始爆轰，迫使电枢向外膨胀运动，压缩空间磁场，增大线圈电流。经过增大后的电流由输出电极流出，强电流由药型罩大端流入，在电流流经药型罩时，药型罩受到朝轴向汇聚的电磁力的作用而压垮，形成高速高压的金属射流，有很强的侵彻能力。通过控制电容器组能量、线圈长度以及直径、药型罩的锥角、母线长和壁厚，可以控制射流的长度、质量以及速度，进而控制射流的威力。

Description

一种电磁增强的破甲弹装置
技术领域
本发明属于射流成型领域，具体涉及一种电磁增强的破甲弹装置。
背景技术
聚能射流因其强大的侵彻能力，在工业和军事上应用广泛，如石油射孔弹和破甲弹。目前，石油的开采向着深井、超深井方向发展，即要求勘探与开采的目的层位不断加深，随着开采难度的不断加大，为提高开采率，提高射孔质量就显得尤为关键。从长远来看，射孔弹的发展方向应该是高穿深、高孔密、大孔径、无污染。并且在二次世界大战后，新材料，新结构的防护装甲的不断涌现，对传统的聚能射流的威力提出了极大的挑战，提高破甲战斗部的侵彻威力，成为急需解决的问题。
射流的速度是保证其侵彻威力的一个重要参数，威力提高射流速度，国内外学者在高能炸药，药型罩结构上进行了大量研究，但是受限于炸药的威力与其传统获取方式，射流的速度难以大幅度提高。
电磁加载技术作为一种新颖的实验技术，得到了国内外相关领域学者的广泛重视，发展十分迅速。电磁加载技术利用兆安级的大电流产生强磁场，强电流与强磁场耦合作用在μs甚至ns时间内产生GPa量级的压力作用在载体上，现阶段电磁加载技术主要运用在等熵压缩加载，套筒内爆，快Z箍缩等方面，在材料动态力学特性、高能量密度物理、等离子体脉冲等方面有重要的研究及应用前景。电磁加载技术的出现提供了一种新的射流获取思路，即以电磁能为初始能源，对药型罩进行电磁加载，利用电磁力对药型罩进行压垮形成射流，摆脱炸药威力的限制，一定程度上能够提高射流威力。
但是由于电磁加载形成射流的电磁能量需求大，现阶段电容器能量密度偏低，如何将电磁加载应用在实弹上形成金属射流是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁增强的破甲弹装置，解决了电磁能量小，电容器能量密度低导致难以应用在弹上的技术难题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种电磁增强的破甲弹装置，包括底盖、壳体、电容器组、第一绝缘体、第一传输筒、药型罩、延时开关、爆磁压缩发生器、第四绝缘体。
所述壳体和第四绝缘体均为圆筒形，第四绝缘体顶端为开放端，底端为封闭端，设置在壳体内，两者紧密配合，顶端通过壳体收口限位固定，第一传输筒、爆磁压缩发生器自后向前依次设置在第四绝缘体内，顶端通过收口限位固定，第一绝缘体用于隔离隔离电容器组与第一传输筒，使电流不能在两者间导通，第一传输筒的外壁紧贴第四绝缘体内壁，第一传输筒包括自后向前依次连接的第一圆筒和第二圆筒，第一绝缘体为圆筒形，设置在第二圆筒内，第一绝缘体的内壁与第一圆筒的内壁平滑过渡，电容器组设置在第一传输筒内，第一传输筒用于传输电流，底盖一端端面中心设有第一凸起，底盖固连在壳体底端，且第一凸起穿过第四绝缘体的封闭端抵住电容器组的底面，电容器组通过延时开关（16）与爆磁压缩发生器连接，药型罩设置在爆磁压缩发生器内，通过爆磁压缩发生器放大电流，药型罩用于形成金属射流，对目标侵彻，电容器组用于提供初始能源。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
（1）可以实现弹载。本装置采用小型电容器组作为初始能源，通过炸药放大电流，所有零件都在弹壳体内部，达到弹载目的。
（2）加载能量高。本装置采用电磁能与炸药能量的方法，将炸药能量转化为电磁能加载至药型罩上，提高了作用在药型罩上的能量。
（3）形成的射流可控性高。通过改变初始能源能量、炸药的装药量、药型罩的厚度、母线长以及锥角，可以形成不同形态以及不同速度的射流。
（4）能量利用率高。将炸药能量转化为电磁能直接加载在药型罩上，提高了炸药的能量利用率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的电容器组的结构示意图。
图3是本发明的药型罩的结构示意图。
图4是本发明的底盖的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
电磁加载药型罩形成射流的方式，相比于传统的炸药加载，具有能量可控，射流速度高侵彻威力大的优点。但现阶段电容器的能量密度较低，加载药型罩所需要的电容器体积很大，所以采用电容器与爆磁压缩发生器结合的方式加载药型罩，小型电容器产生初始电流，爆磁压缩发生器用于放大电流加载药型罩，形成射流，侵彻目标。
结合图1~图4，一种电磁增强的破甲弹装置，包括底盖1、壳体2、电容器组3、第一绝缘体4、第一传输筒5、药型罩9、延时开关16、爆磁压缩发生器、第四绝缘体19。
壳体2为圆筒形，底盖1一端端面中心设有第一凸起1-1，底盖1通过螺纹固定在壳体2底端，第四绝缘体19为圆筒形，顶端（即头部）为开放端，底端为封闭端，底端中心开有圆孔，第四绝缘体19设置在壳体2内，两者紧密配合，顶端通过收口限位固定，第一凸起1-1穿过所述圆孔，第一传输筒5、爆磁压缩发生器自后向前依次设置在第四绝缘体19内，顶端通过收口限位固定，第一传输筒5的外壁紧贴第四绝缘体19内壁，第一传输筒5包括自后向前依次连接的第一圆筒和第二圆筒，两者外径相同，第一圆筒的内径小于第二圆筒的内径，两者内壁形成台阶面，第一绝缘体4为圆筒形，设置在第二圆筒内，且落于台阶面上，第一绝缘体4的内壁与第一圆筒的内壁平滑过渡，电容器组3设置在第一传输筒5内，且第一凸起1-1抵住电容器组3的底面，电容器组3通过延时开关16与爆磁压缩发生器连接，药型罩9设置在爆磁压缩发生器内。
所述爆磁压缩发生器包括输入电极6、线圈7、输出电极8、第一回流电极10、第二回流电极11、第二绝缘体12、第二传输筒13、炸药14、电枢15、雷管17、第三绝缘体18和第五绝缘体20，第二传输筒13顶端为开放端，底端为封闭端，底面中心设有一个第二凸起用于连接延时开关16，输入电极6、第五绝缘体20和第二回流电极11均为环形，三者自外向内同心设置，输入电极6的圆周外壁与第四绝缘体19内壁接触，输入电极6的前端面和后端面上分别开有凹槽，第一绝缘体4和第一传输筒5的顶端与输入电极6前端面凹槽接触，输出电极8位于输入电极6的前方，输出电极8包括自后向前依次设置的第三圆筒和第四圆筒，两者外径相同，第三圆筒的内径小于第四圆筒的内径，第三圆筒后端面上开有第三凹槽，第二绝缘体12为圆筒形，第一回流电极10为圆柱体，第一回流电极10设置在第三圆筒中心，第一回流电极10和第三圆筒之间通过第二绝缘体12隔离，第一回流电极10前端面开有第一凹槽，后端面开有第二凹槽，第三绝缘体18为圆筒状，位于第四绝缘体19内，且两端分别伸入输入电极6后端面的凹槽以及第三凹槽，后端面的凹槽以及第三凹槽对第三绝缘体18起到支撑作用，线圈7缠绕在第三绝缘体18上。电枢15的头部伸入第二凹槽内，尾部穿过第二回流电极11的中心通孔与第二传输筒13的开放端接触，第二传输筒13和电枢15形成药室，雷管17和炸药14均设置在药室内。
药型罩9包括圆柱形的固定端9-1和薄壁圆锥9-2，固定端9-1通过螺纹与第一回流电极10的第一凹槽固连。薄壁圆锥9-2位于第四圆筒内，且其直径小的一端与固定端9-1的前端面固连，薄壁圆锥9-2的前端通过第四圆筒收口固定。
药型罩9采用导电性和延展性好的金属材料，第一传输筒5、输入电极6、线圈7、输出电极8、第一回流电极10、第二回流电极11、第二传输筒13采用导电性和耐热性好的材料，所述第一绝缘体4、第二绝缘体12、第三绝缘体18和第四绝缘体19的材料为尼龙、塑料、环氧树脂或其他绝缘性能好的材料。所述导电性和延展性好的金属材料选用紫铜、铝、金或银。
电容器组3包括下腔体3-1、上腔体3-4、两块绝缘隔板3-3和若干电容器3-2，下腔体3-1包括第五圆筒、第一半圆筒和两块第一固定板，第五圆筒顶端为开放端，底端为封闭端，底端外壁面中心设有一个第五凹槽，用于配合第一凸起1-1，第一半圆筒固连在第五圆筒的开放端，两块第一固定板沿轴向依次间隔固定在第一半圆筒内壁，一块第一固定板位于第一半圆筒的前端面，上腔体3-4包括第六圆筒、第二半圆筒和两块第二固定板，第六圆筒前端为封闭端，前端外壁面中心设有第三凸起，用于连接延时开关16，后端为开放端，第二半圆筒固连在第六圆筒的开放端，两块第二固定板沿轴向依次间隔固定在第二半圆筒内壁，一块第二固定板位于第二半圆筒的后端面，下腔体3-1、上腔体3-4配合形成电容器组外壳，第一固定板和第二固定板前后交错，位于端面的一组第一固定板和第二固定板之间设有一块绝缘隔板3-3，剩余的一组第一固定板和第二固定板之间设有另一块绝缘隔板3-3，绝缘隔板3-3隔绝用于将下腔体3-1与上腔体3-4绝缘隔开。若干电容器3-2分别固定在两组第一固定板和第二固定板上，其中电容器3-2一端连接第一固定板，另一端连接第二固定板，同时穿过第一固定板和第二固定板的电容器3-2端部上设有绝缘套，避免一个端部同时连通第一固定板和第二固定板。
电流由电容器3-2的一个电极经由下腔体3-1流出，最后由下腔体3-4流回，由另一个电极流入电容器3-2。
本发明采用易于控制的电磁场方法，利用脉冲电容器组3产生初始电流，电流通过下腔体3-1流过第一传输筒5后，流入输入电极6，经过设置好的延时时间，通过延时开关16控制雷管17引爆炸药14。炸药14爆轰驱动电枢15向外膨胀，压缩磁场，根据磁通守恒原理，线圈7中的电流会被放大，放大后的电流由输出电极8流出线圈7，流入药型罩9，由药型罩9的底端流经薄壁圆锥9-2后，由固定端9-1流入第一回流电极10，再流经电枢15、第二回流电极11、第二传输筒13，最后由上腔体3-4流回电容器组3，完成整个电路回路。被放大后的电流流经药型罩9时，会产生指向薄壁圆锥9-2轴线的电磁压力作用在薄壁圆锥9-2上，致使薄壁圆锥9-2向轴线压垮并在轴线处碰撞形成射流，侵彻目标。综上所述，磁暴压缩技术可以放大电流，提高加载在药型罩上的能量，电磁加载技术形成的射流速度易控制，大能量下容易形成高速射流，流经药型罩9的电流越大，压垮速度越大，形成的射流头部速度越高，其侵彻威力越强。

Claims (7)

1.一种电磁增强的破甲弹装置，其特征在于：包括底盖（1）、壳体（2）、电容器组（3）、第一绝缘体（4）、第一传输筒（5）、药型罩（9）、延时开关（16）、爆磁压缩发生器、第四绝缘体（19）；
所述壳体（2）和第四绝缘体（19）均为圆筒形，第四绝缘体（19）顶端为开放端，底端为封闭端，设置在壳体（2）内，两者紧密配合，顶端通过壳体（2）收口限位固定，第一传输筒（5）、爆磁压缩发生器自后向前依次设置在第四绝缘体（19）内，顶端通过收口限位固定，第一绝缘体（4）用于隔离电容器组（3）与第一传输筒（5），使电流不能在两者间导通，第一传输筒（5）的外壁紧贴第四绝缘体（19）内壁，第一传输筒（5）包括自后向前依次连接的第一圆筒和第二圆筒，第一绝缘体（4）为圆筒形，设置在第二圆筒内，第一绝缘体（4）的内壁与第一圆筒的内壁平滑过渡，电容器组（3）设置在第一传输筒（5）内，第一传输筒（5）用于传输电流，底盖（1）一端端面中心设有第一凸起（1-1），底盖（1）固连在壳体（2）底端，且第一凸起（1-1）穿过第四绝缘体（19）的封闭端抵住电容器组（3）的底面，电容器组（3）通过延时开关（16）与爆磁压缩发生器连接，药型罩（9）设置在爆磁压缩发生器内，通过爆磁压缩发生器放大电流，药型罩（9）用于形成金属射流，对目标侵彻，电容器组（3）用于提供初始能源。
2.根据权利要求1所述的电磁增强的破甲弹装置，其特征在于：所述第一传输筒（5）的第一圆筒和第二圆筒，两者外径相同，第一圆筒的内径小于第二圆筒的内径，两者内壁形成台阶面，第一绝缘体（4）为圆筒形，设置在第二圆筒内，且落于台阶面上。
3.根据权利要求1所述的电磁增强的破甲弹装置，其特征在于：所述爆磁压缩发生器包括输入电极（6）、线圈（7）、输出电极（8）、第一回流电极（10）、第二回流电极（11）、第二绝缘体（12）、第二传输筒（13）、炸药（14）、电枢（15）、雷管（17）、第三绝缘体（18）和第五绝缘体（20），第二传输筒（13）顶端为开放端，底端为封闭端，底面中心设有一个第二凸起用于连接延时开关（16），输入电极（6）、第五绝缘体（20）和第二回流电极（11）均为环形，三者自外向内同心设置，输入电极（6）的圆周外壁与第四绝缘体（19）内壁接触，输入电极（6）的前端面和后端面上分别开有凹槽，第一绝缘体（4）和第一传输筒（5）的顶端与输入电极（6）前端面凹槽接触，输出电极（8）位于输入电极（6）的前方，输出电极（8）包括自后向前依次设置的第三圆筒和第四圆筒，第三圆筒后端面上开有第三凹槽，第二绝缘体（12）为圆筒形，第一回流电极（10）为圆柱体，第一回流电极（10）设置在第三圆筒中心，第一回流电极（10）和第三圆筒之间通过第二绝缘体（12）隔离，第一回流电极（10）前端面开有第一凹槽，后端面开有第二凹槽，第三绝缘体（18）为圆筒状，位于第四绝缘体（19）内，且两端分别伸入输入电极（6）后端面的凹槽以及第三凹槽，后端面的凹槽以及第三凹槽对第三绝缘体（18）起到支撑作用，线圈（7）缠绕在第三绝缘体（18）上；电枢（15）的头部伸入第二凹槽内，尾部穿过第二回流电极（11）的中心通孔与第二传输筒（13）的开放端接触，第二传输筒（13）和电枢（15）形成药室，雷管（17）和炸药（14）均设置在药室内，药型罩（9）设置在第四圆筒内。
4.根据权利要求3所述的电磁增强的破甲弹装置，其特征在于：所述输出电极（8）的第三圆筒和第四圆筒，两者外径相同，第三圆筒的内径小于第四圆筒的内径。
5.根据权利要求3所述的电磁增强的破甲弹装置，其特征在于：所述药型罩（9）包括圆柱形的固定端（9-1）和薄壁圆锥（9-2），固定端（9-1）与第一回流电极（10）的第一凹槽固连；薄壁圆锥（9-2）位于第四圆筒内，且其直径小的一端与固定端（9-1）的前端面固连，薄壁圆锥（9-2）的前端通过第四圆筒收口固定。
6.根据权利要求3所述的电磁增强的破甲弹装置，其特征在于：所述药型罩（9）包括圆柱形的固定端（9-1）和薄壁圆锥（9-2），固定端（9-1）与第一回流电极（10）的第一凹槽固连；薄壁圆锥（9-2）位于输出电极（8）前端内，且其直径小的一端与固定端（9-1）的前端面固连，薄壁圆锥（9-2）的前端通过输出电极（8）前端面收口固定。
7.根据权利要求1所述的电磁增强的破甲弹装置，其特征在于：所述电容器组（3）包括下腔体（3-1）、上腔体（3-4）、两块绝缘隔板（3-3）和若干电容器（3-2），下腔体（3-1）包括第五圆筒、第一半圆筒和两块第一固定板，第五圆筒顶端为开放端，底端为封闭端，底端外壁面中心设有一个第五凹槽，用于配合第一凸起（1-1），第一半圆筒固连在第五圆筒的开放端，两块第一固定板沿轴向依次间隔固定在第一半圆筒内壁，一块第一固定板位于第一半圆筒的前端面，上腔体（3-4）包括第六圆筒、第二半圆筒和两块第二固定板，第六圆筒前端为封闭端，前端外壁面中心设有第三凸起，用于连接延时开关（16），后端为开放端，第二半圆筒固连在第六圆筒的开放端，两块第二固定板沿轴向依次间隔固定在第二半圆筒内壁，一块第二固定板位于第二半圆筒的后端面，下腔体（3-1）、上腔体（3-4）配合形成电容器组外壳，第一固定板和第二固定板前后交错，位于端面的一组第一固定板和第二固定板之间设有一块绝缘隔板（3-3），剩余的一组第一固定板和第二固定板之间设有另一块绝缘隔板（3-3），绝缘隔板（3-3）隔绝用于将下腔体（3-1）与上腔体（3-4）绝缘隔开；若干电容器（3-2）分别固定在两组第一固定板和第二固定板上，其中电容器（3-2）一端连接第一固定板，另一端连接第二固定板，同时穿过第一固定板和第二固定板的电容器（3-2）端部上设有绝缘套，避免一个端部同时连通第一固定板和第二固定板；电流由电容器（3-2）的一个电极经由下腔体（3-1）流出，最后由下腔体（3-4）流回，由另一个电极流入电容器（3-2）。
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含铝炸药爆轰产物导电式爆磁压缩发生器;金兆鑫等;《强激光与粒子束》;20101115(第11期);256-260 *
外部轴向磁场对聚能金属射流增强作用的仿真研究;罗又天等;《弹箭与制导学报》;20141215(第06期);97-100 *
弹载爆磁压缩发生器动态电感的计算;黄旭等;《火炮发射与控制学报》;20170615(第02期);47-51 *
爆磁压缩发生器充电与起爆的触发时序控制;黄旭等;《军械工程学院学报》;20161015(第05期);34-38 *
磁通压缩发生器在射流箍缩方面的运用分析;吕庆敖等;《装甲兵工程学院学报》;20160215(第01期);62-66 *

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