CN114034208A - 一种线圈底推式电磁炮及其俯仰调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线圈底推式电磁炮及其俯仰调节装置，属于电磁发射技术领域，其中，俯仰调节装置中的主动驱动机构一方面可控制炮筒俯仰角角度的变化，另一方面可配合随动支撑机构起到对炮筒共同的支撑作用，进而与固定基座形成对炮筒的三点支撑，避免了炮筒晃动对发射精度的影响；通过旋转电机和伺服电机的配合使用，可快速将炮筒对准打击方位进入战斗状态；底推式电磁炮集成了瞄准系统，通过粗瞄模块、精瞄模块配合使用，可快速定位打击目标，同时精瞄模块具有测距功能，成像地同时还可测量当前电磁炮距离打击点的距离，在夜间或能见度低的情况下，可依靠红外瞄准系统对打击点进行定位，实现全天候、复杂环境下的作战需求。
Description
技术领域
本发明属于电磁发射技术领域，具体涉及一种线圈底推式电磁炮及其俯仰调节装置。
背景技术
目前，电磁发射是一种全新概念的发射方式，电磁发射技术在军事和民用领域都有着巨大的潜在优势和广阔的应用前景，当前主要有轨道炮、线圈炮和重接炮三种类型的电磁炮。其中，线圈炮是利用加载线圈和感应线圈之间的电磁斥力实现炮弹的发射，脉冲电流流经加载线圈产生瞬时磁场，而感应线圈中产生感应电流和磁场，两线圈间磁场的相互作用产生电磁力发射；按照发射形式主要有螺线式(螺线线圈)和底推式(圆柱线圈)。
例如，授权公告号为CN110279956B的中国发明专利公开了一种“高层楼宇灭火弹车载电磁弹射系统的发射机构”，该发明技术方案是由旋转盘、底座、调整架和弹射筒四部分组成；旋转盘内圈与底板连接，在电机带动下，底座、调整架和弹射筒绕旋转盘旋转，调整弹射方向；底座上固定有调整架和弹射筒，为调整架和弹射筒提供支撑；调整架上下两端分别与弹射筒和底座连接，可将梯形螺杆的旋转运动转化为弹射筒绕第一圆柱销的旋转运动，用于调整弹射角度；弹射筒内装有放电线圈和灭火弹，放电线圈产生瞬时电磁力，精准发射灭火弹。经申请人研究后，上述发射机构实际使用时存在诸多问题，特别是发射精度问题，如：依靠转动摇把手动调节弹射筒俯仰角度无法精确控制且效率低下，发射瞬间弹射筒支撑不稳导致发射存在晃动，无法搭载瞄准系统判断打击目标等等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种线圈底推式电磁炮及其俯仰调节装置，其中，俯仰调节装置通过伺服电机和电动推杆精确、高效控制炮筒的俯仰角度，同时对炮筒形成三点支撑，发射时具有极高的稳定性；瞄准部分同轴安装在炮筒上，集成了粗瞄模块、精瞄模块、红外瞄准模块，粗瞄模块用于完成目标粗定位，有效增大系统瞄准视场，精瞄模块完成目标精确定位和激光测距，红外瞄准模块确保电磁炮在夜间或能见度低的环境仍可正常使用。本发明对比传统火炮发射成本低，可全天候提供清晰、精确的目标打击位置，发射效率高，发射过程稳定可靠，实用性好。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：提供了一种俯仰调节装置，包括用于支撑待调节物的支撑卡箍以及分别与所述支撑卡箍相铰接的主动驱动机构和随动支撑机构，所述主动驱动机构包括相连接的伺服电机和电动推杆，所述伺服电机和电动推杆设置在驱动安装座上，所述电动推杆与所述支撑卡箍相铰接；所述随动支撑机构包括导轨和转换头以及呈角度架设在所述导轨和所述转换头之间的左调节杆组和右调节杆组，所述导轨为两端细中间粗的阶梯轴，所述导轨的两端分别与相应的导轨支座相连接；所述左调节杆组和所述右调节杆组均包括依次连接的滑块、滑块头、调节螺套和调节接头，所述调节螺套为中空结构，其中顶端为右旋螺纹孔，中间为光孔，底端为左旋螺纹孔；所述调节螺套底端与所述滑块头的左旋螺纹杆配合连接，所述滑块头与所述滑块相铰接，所述滑块的内径与所述导轨的最大外径采用过渡配合，可自由的在导轨上沿轴向滑动；所述调节螺套的顶端与所述滑块头的右旋螺纹杆配合连接，所述的转换头与两个调节接头相铰接。
优选地，所述滑块头通过耳片-销钉结构与所述滑块相连接；所述转换头通过耳片-销钉结构与所述调节接头相连接。
优选地，所述导轨的两端采用轴肩定位限制轴向窜动，并在所述导轨支座的顶部设置有用于限制所述导轨径向位移的顶丝。
本发明还提供一种线圈底推式电磁炮，包括底盘部分、炮筒和应用上述所述俯仰调节装置，所述底盘部分包括由下至上依次布置的支撑底座、旋转底盘、旋转电机、垫高块、圆形底盘和固定基座，所述旋转电机的输出轴与所述旋转底盘连接；所述俯仰调节装置的支撑卡箍支撑所述炮筒，所述俯仰调节装置的所述驱动安装座与U型铰链相铰接，所述U型铰链设置在所述圆形底盘上。
优选地，所述瞄准部分包括粗瞄模块、精瞄模块和红外瞄准模块；所述粗瞄模块包括相连接的彩色相机和成像镜头，其中，所述成像镜头实现目标清晰成像，所述彩色相机实现目标图像的记录及上传；所述精瞄模块包括相连接的望远镜头和电子目镜，其中，所述望远镜头实现目标的精确成像，所述电子目镜完成望远镜头图像的记录及上传；所述红外瞄准模块包括相连接的红外成像镜头和红外相机，其中，所述红外成像镜头实现瞄准目标在长波红外光谱范围内的清晰成像，所述红外相机实现目标红外图像的记录并上传；所述瞄准部分安装在瞄准镜支架上，所述瞄准镜支架与炮筒部分相连接，所述瞄准镜支架上放置有倾角测量模块，所述倾角测量模块用于测量炮筒部分的倾角；所述倾角测量模块连同所述粗瞄模块、所述精瞄模块、所述红外瞄准模块与所述炮筒部分的轴线平行，并处于同一竖直平面内。
优选地，所述炮筒部分包括缓冲质量块、连接质量块、线圈固定座、炮筒底部、炮筒中部和炮筒上部，所述缓冲质量块的上表面沿轴线方向铣有一平面用于安放所述瞄准镜支架，所述连接质量块的底部径向表面开有螺纹孔I，通过螺栓与所述缓冲质量块连接，所述连接质量块的顶部径向表面开有螺纹孔II，通过螺栓与所述线圈固定座连接；所述线圈固定座用于安置加载线圈，所述线圈固定座径向表面开有螺纹孔，通过螺栓与所述炮筒底部连接；所述炮筒底部和所述炮筒中部沿轴向方向通过螺栓连接，所述炮筒中部和所述炮筒上部沿轴向方向通过螺栓连接。
优选地，所述连接质量块的表面开有用来安放所述支撑卡箍的环形凹槽，所述支撑卡箍通过耳片-销钉结构与所述俯仰调节机构和所述随动支撑机构相连接。
优选地，所述圆形底盘设置有用于固定放电电缆的线缆卡槽，所述线缆凹槽位于所述缓冲质量块、所述连接质量块、所述线圈固定座的两侧，所述放电电缆与加载线圈相连接，所述缓冲质量块的外侧表面设置有卡扣，所述卡扣第一次压紧所述放电电缆，通过支撑卡箍第二次压紧所述放电电缆。
优选地，所述瞄准部分的各模块独立工作，所获数据传输至工控机并在触摸屏界面显示，成像、测量时，传输数据互不干扰，其中，粗瞄模块与工控机通过USB3.0通信，精瞄模块采用串口RS232与工控机连接，红外瞄准模块通过以太网与工控机通信。
优选地，所述旋转底盘开有36个均布的螺纹连接孔，所述旋转底盘的底部通过螺栓安装在所述支撑底座上，所述旋转底盘的上部均布放置6个所述垫高块，所述垫高块为一长方体并于上表面开3个通孔，所述圆形底盘置于6个所述垫高块之上，通过18个螺栓完全贯穿所述垫高块并与所述旋转底盘的螺纹孔配合连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.发射高效，调整迅速：
电磁发射可摆脱传统火炮、气炮的诸多限制，如无法使弹丸加速至6马赫，发射前需要填充火药或压缩空气，发射打击的准备周期过长等，同时可避免传统火炮由于火工品运输、管理和维护等方面的约束。本发明采用电磁发射，通过炮筒内的加载线圈将清洁的电能经过电磁转化使得弹丸获得较大的发射动能，发射间隔较小，也无需考虑炮筒过热等传统火炮面临的困扰。
本发明通过旋转电机和伺服电机的配合使用，可快速将炮筒对准打击方位进入战斗状态，特别是通过控制伺服电机进而精确控制电动推杆的伸长量，可实现炮筒角度的精确设定，结合与炮筒轴线平行的倾角测量模块，实现对炮筒俯仰角度的精准掌握。
2.定位精确，使用环境要求低：
本发明搭载了集成化的瞄准系统，通过粗瞄模块、精瞄模块的配合使用，可快速定位打击目标，同时精瞄模块具有测距功能，在成像地同时还可测量当前电磁炮距离打击点的距离，如果是在夜间或能见度降低的情况下，可依靠红外瞄准系统对打击点进行定位，实现全天候、复杂环境下的作战需求。同时，瞄准系统各模块之间独立工作，采用不同的通信方式，互不干扰。本发明可搭载移动平台或固定使用，应用范围广。
3.结构可靠，实用性好：
本发明结构设计简单合理，实用性好，其中，主动驱动机构一方面可控制炮筒俯仰角角度的变化，另一方面可配合随动支撑机构起到对炮筒共同的支撑作用，进而与固定基座形成对炮筒的三点支撑，避免了炮筒晃动对发射精度的影响。同时，对给加载线圈通电的电缆，在多个地方设计了约束，避免了脉冲大电流在释放过程中电缆的抖动、甚至连接处的打火问题，同时对关键部件设计了电磁屏蔽措施，大大增强了电磁炮的可靠性。
附图说明
图1为本发明的一种线圈底推式电磁炮的总体结构示意图；
图2为本发明的底盘部分的结构示意图；
图3为本发明的炮筒部分的结构示意图；
图4为本发明的炮筒部分结构的剖视图；
图5为本发明的俯仰调节装置的结构示意图；
图6为本发明的瞄准部分的结构示意图；
图7为本发明的连接质量块的结构示意图；
图8为本发明的一种线圈底推式电磁炮的工作流程图。
图中：1-支撑底座；2-旋转底盘；3-旋转电机；4-垫高块；5-圆形底盘；501-线缆卡槽；6-固定基座；7-缓冲质量块；701-平面；8-连接质量块；801-螺纹孔I；802-螺纹孔II；803-环形凹槽；804-线缆凹槽；9-线圈固定座；10-加载线圈；11-炮筒底部；12-炮筒中部；13-炮筒上部；14-卡扣；15-伺服电机；16-电动推杆；17-导轨；18-导轨支座；19-滑块；20-滑块头；21-调节螺套；22-调节接头；23-转换头；24-支撑卡箍；25-U型铰链；26-粗瞄模块；27-精瞄模块；28-红外瞄准模块；29-瞄准镜支架；30-倾角测量模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至8所示，本发明中提供了一种俯仰调节装置，包括用于支撑待调节物的支撑卡箍24以及分别与支撑卡箍24相铰接的主动驱动机构和随动支撑机构，主动驱动机构包括相连接的伺服电机15和电动推杆16，伺服电机15和电动推杆16设置在驱动安装座上，电动推杆16与支撑卡箍24相铰接；随动支撑机构包括导轨17和转换头23以及呈角度架设在导轨17和转换头23之间的左调节杆组和右调节杆组，导轨17为两端细中间粗的阶梯轴，导轨17的两端分别与相应的导轨支座18相连接；左调节杆组和右调节杆组均包括依次连接的滑块19、滑块头20、调节螺套21和调节接头22，调节螺套21为中空结构，其中顶端为右旋螺纹孔，中间为光孔，底端为左旋螺纹孔；调节螺套21底端与滑块头20的左旋螺纹杆配合连接，滑块头20与滑块19相铰接，滑块19的内径与导轨17的最大外径采用过渡配合，可自由的在导轨17上沿轴向滑动；调节螺套21的顶端与滑块头20的右旋螺纹杆配合连接，的转换头23与两个调节接头22相铰接。其中，将炮筒部分的重力通过转换头23和调节接头22再均分到左右两调节螺套21、左右两滑块头20和左右两滑块19上，最后通过导轨17和两个导轨支座18将力传递到底盘部分；主动驱动机构的电动推杆16伸长时，两个滑块19在导轨17上相向靠近移动，炮筒部分仰角变大，电动推杆16收缩时，两个滑块19在导轨17上相向背离移动，炮筒部分仰角变小。
本发明中滑块头20通过耳片-销钉结构与滑块19相连接；转换头23通过耳片-销钉结构与调节接头22相连接。
本发明中导轨17的两端采用轴肩定位限制轴向窜动，并在导轨支座18的顶部设置有用于限制导轨17径向位移的顶丝。
本发明还提供一种线圈底推式电磁炮，包括底盘部分、炮筒和应用上述俯仰调节装置，底盘部分包括由下至上依次布置的支撑底座1、旋转底盘2、旋转电机3、垫高块4、圆形底盘5和固定基座6，旋转电机3的输出轴与旋转底盘2连接，带动电磁炮整体可实现360°周向正、反转；俯仰调节装置的支撑卡箍24支撑炮筒，俯仰调节装置的驱动安装座与U型铰链25相铰接，U型铰链25设置在圆形底盘5上。
本发明中瞄准部分包括粗瞄模块26、精瞄模块27和红外瞄准模块28；粗瞄模块26包括相连接的彩色相机和成像镜头，其中，成像镜头实现目标清晰成像，彩色相机实现目标图像的记录及上传；精瞄模块27包括相连接的望远镜头和电子目镜，其中，望远镜头实现目标的精确成像，电子目镜完成望远镜头图像的记录及上传；红外瞄准模块28包括相连接的红外成像镜头和红外相机，其中，红外成像镜头实现瞄准目标在长波红外光谱范围内的清晰成像，红外相机实现目标红外图像的记录并上传；瞄准部分安装在瞄准镜支架29上，瞄准镜支架29与炮筒部分相连接，瞄准镜支架29上放置有倾角测量模块30，倾角测量模块30用于测量炮筒部分的倾角；倾角测量模块30连同粗瞄模块26、精瞄模块27、红外瞄准模块28与炮筒部分的轴线平行，并处于同一竖直平面内。
本发明中炮筒部分包括缓冲质量块7、连接质量块8、线圈固定座9、炮筒底部11、炮筒中部12和炮筒中部13，缓冲质量块7的上表面沿轴线方向铣有一平面701用于安放瞄准镜支架29，连接质量块8的底部径向表面开有螺纹孔I801，通过螺栓与缓冲质量块7连接，连接质量块8的顶部径向表面开有螺纹孔II802，通过螺栓与线圈固定座9连接；线圈固定座9用于安置加载线圈10，线圈固定座9径向表面开有螺纹孔，通过螺栓与炮筒底部11连接；炮筒底部11和炮筒中部12沿轴向方向通过螺栓连接，连接处为法兰盘设计，炮筒中部12和炮筒中部13沿轴向方向通过螺栓连接，连接处为法兰盘设计。
本发明中连接质量块8的表面开有用来安放支撑卡箍24的环形凹槽803，支撑卡箍24通过耳片-销钉结构与俯仰调节机构和随动支撑机构相连接；底盘部分的支撑底座1预留安装孔位，可使得本发明的线圈底推式电磁炮安装在如车辆、船舶等移动平台上，或作为固定安装使用。
本发明中圆形底盘5设置有用于固定放电电缆的线缆卡槽501，线缆凹槽804位于缓冲质量块7、连接质量块8、线圈固定座9的两侧，放电电缆与加载线圈10相连接，缓冲质量块7的外侧表面设置有卡扣14，卡扣14第一次压紧放电电缆，通过支撑卡箍24第二次压紧放电电缆；实际是放电电缆与加载线圈的铜带连接形成回路，电容器放电时，电流通过电缆将电流输送到加载线圈中，进而产生电磁力。但是电流过大时，容易造成线缆抖动，所以要通过卡扣、卡箍压紧，避免抖动，否则会造成线圈和电缆连接处松动，接触不良，进而在大脉冲电流输入时，造成连接处打火、线圈击穿等危险情况。
本发明中瞄准部分的各模块独立工作，瞄准部分的后方界面的端口处设置有各模块的名称提醒，所获数据传输至工控机并在触摸屏界面显示，成像、测量传输数据互不干扰，其中，粗瞄模块26与工控机通过USB3.0通信，精瞄模块27采用串口RS232与工控机连接，红外瞄准模块28通过以太网与工控机通信。
本发明中旋转底盘2开有36个均布的螺纹连接孔，旋转底盘2的底部通过螺栓安装在支撑底座1上，旋转底盘2的上部均布放置6个垫高块4，垫高块4为一长方体并于上表面开3个通孔，圆形底盘5置于6个垫高块4之上，通过18个螺栓完全贯穿垫高块4并与旋转底盘2的螺纹孔配合连接。
本发明一种线圈底推式电磁炮的工作过程，主要有以下六个步骤：
步骤1：电磁炮到达发射阵地，进入战斗状态；
步骤2：调整姿态，通过底盘部分的旋转电机3和支撑部分的伺服电机15，使炮筒部分大致对准打击目标；
步骤3：瞄准目标，当能见度满足发射要求时，使用粗瞄模块26通过较大的瞄准视场完成目标粗定位后，通过精瞄模块27实现对目标位置的准确定位；当能见度不能满足发射要求时，红外瞄准模块28完成对目标位置的定位；瞄准操作期间，不断微调旋转电机3及伺服电机15；
步骤4：通过精瞄模块27实现激光测距，倾角测量模块30测量此时炮筒部分的与底盘部分水平面所成夹角；
步骤5：通过所测距离打击点的距离和炮筒倾角，结合该电磁炮的射表及弹道程序，设置发射参数；
步骤6：发射弹丸，完成一次发射。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种俯仰调节装置，其特征在于，包括用于支撑待调节物的支撑卡箍以及分别与所述支撑卡箍相铰接的主动驱动机构和随动支撑机构，所述主动驱动机构包括相连接的伺服电机和电动推杆，所述伺服电机和电动推杆设置在驱动安装座上，所述电动推杆与所述支撑卡箍相铰接；所述随动支撑机构包括导轨和转换头以及呈角度架设在所述导轨和所述转换头之间的左调节杆组和右调节杆组，所述导轨为两端细中间粗的阶梯轴，所述导轨的两端分别与相应的导轨支座相连接；所述左调节杆组和所述右调节杆组均包括依次连接的滑块、滑块头、调节螺套和调节接头，所述调节螺套为中空结构，其中顶端为右旋螺纹孔，中间为光孔，底端为左旋螺纹孔；所述调节螺套底端与所述滑块头的左旋螺纹杆配合连接，所述滑块头与所述滑块相铰接，所述滑块的内径与所述导轨的最大外径采用过渡配合，可自由的在导轨上沿轴向滑动；所述调节螺套的顶端与所述滑块头的右旋螺纹杆配合连接，所述的转换头与两个调节接头相铰接。
2.根据权利要求1所述的俯仰调节装置，其特征在于，所述滑块头通过耳片-销钉结构与所述滑块相连接；所述转换头通过耳片-销钉结构与所述调节接头相连接。
3.根据权利要求2所述的俯仰调节装置，其特征在于，所述导轨的两端采用轴肩定位限制轴向窜动，并在所述导轨支座的顶部设置有用于限制所述导轨径向位移的顶丝。
4.一种线圈底推式电磁炮，其特征在于，包括底盘部分、炮筒和应用权利要求1-3任一项所述俯仰调节装置，所述底盘部分包括由下至上依次布置的支撑底座、旋转底盘、旋转电机、垫高块、圆形底盘和固定基座，所述旋转电机的输出轴与所述旋转底盘连接；所述俯仰调节装置的支撑卡箍支撑所述炮筒，所述俯仰调节装置的所述驱动安装座与U型铰链相铰接，所述U型铰链设置在所述圆形底盘上。
5.根据权利要求4所述的线圈底推式电磁炮，其特征在于，所述瞄准部分包括粗瞄模块、精瞄模块和红外瞄准模块；所述粗瞄模块包括相连接的彩色相机和成像镜头，其中，所述成像镜头实现目标清晰成像，所述彩色相机实现目标图像的记录及上传；所述精瞄模块包括相连接的望远镜头和电子目镜，其中，所述望远镜头实现目标的精确成像，所述电子目镜完成望远镜头图像的记录及上传；所述红外瞄准模块包括相连接的红外成像镜头和红外相机，其中，所述红外成像镜头实现瞄准目标在长波红外光谱范围内的清晰成像，所述红外相机实现目标红外图像的记录并上传；所述瞄准部分安装在瞄准镜支架上，所述瞄准镜支架与炮筒部分相连接，所述瞄准镜支架上放置有倾角测量模块，所述倾角测量模块用于测量炮筒部分的倾角；所述倾角测量模块连同所述粗瞄模块、所述精瞄模块、所述红外瞄准模块与所述炮筒部分的轴线平行，并处于同一竖直平面内。
6.根据权利要求5所述的线圈底推式电磁炮，其特征在于，所述炮筒部分包括缓冲质量块、连接质量块、线圈固定座、炮筒底部、炮筒中部和炮筒上部，所述缓冲质量块的上表面沿轴线方向铣有一平面用于安放所述瞄准镜支架，所述连接质量块的底部径向表面开有螺纹孔I，通过螺栓与所述缓冲质量块连接，所述连接质量块的顶部径向表面开有螺纹孔II，通过螺栓与所述线圈固定座连接；所述线圈固定座用于安置加载线圈，所述线圈固定座径向表面开有螺纹孔，通过螺栓与所述炮筒底部连接；所述炮筒底部和所述炮筒中部沿轴向方向通过螺栓连接，所述炮筒中部和所述炮筒上部沿轴向方向通过螺栓连接。
7.根据权利要求6所述的线圈底推式电磁炮，其特征在于，所述连接质量块的表面开有用来安放所述支撑卡箍的环形凹槽，所述支撑卡箍通过耳片-销钉结构与所述俯仰调节机构和所述随动支撑机构相连接。
8.根据权利要求7所述的线圈底推式电磁炮，其特征在于，所述圆形底盘设置有用于固定放电电缆的线缆卡槽，所述线缆凹槽位于所述缓冲质量块、所述连接质量块、所述线圈固定座的两侧，所述放电电缆与加载线圈相连接，所述缓冲质量块的外侧表面设置有卡扣，所述卡扣第一次压紧所述放电电缆，通过支撑卡箍第二次压紧所述放电电缆。
9.根据权利要求5所述的线圈底推式电磁炮，其特征在于，所述瞄准部分的各模块独立工作，所获数据传输至工控机并在触摸屏界面显示，成像、测量时，传输数据互不干扰，其中，粗瞄模块与工控机通过USB3.0通信，精瞄模块采用串口RS232与工控机连接，红外瞄准模块通过以太网与工控机通信。
10.根据权利要求4所述的线圈底推式电磁炮，其特征在于，所述旋转底盘开有36个均布的螺纹连接孔，所述旋转底盘的底部通过螺栓安装在所述支撑底座上，所述旋转底盘的上部均布放置6个所述垫高块，所述垫高块为一长方体并于上表面开3个通孔，所述圆形底盘置于6个所述垫高块之上，通过18个螺栓完全贯穿所述垫高块并与所述旋转底盘的螺纹孔配合连接。
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| CN202111392124.5A CN114034208A (zh) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 一种线圈底推式电磁炮及其俯仰调节装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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