CN204373509U - 一种同轴线圈导轨发射电炮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同轴线圈导轨发射电炮，包括发射筒、加速导轨、加速线圈、第一开关、第二开关、线圈储能装置和导轨储能装置，线圈发射部分的发射筒外表面套设有绝缘管，加速线圈沿绝缘管的圆周方向均匀绕设在绝缘管的外表面，导轨发射部分的发射筒两侧分别设有第一加速导轨和第二加速导轨，线圈储能装置包括线圈储能器和线圈储能电路，第一加速导轨通过第二开关连接导轨储能装置，第二加速导轨直接连接导轨储能装置，导轨储能装置包括导轨储能器和导轨储能电路，线圈储能器和导轨储能器均为由大电容组成的电容组。本实用新型能够使弹丸获得更高速度，更高动能，结构简单，易于实现为以后电炮应用于军事技术提供了一种模型。

Description

一种同轴线圈导轨发射电炮

技术领域

本实用新型涉及电炮领域，具体涉及一种同轴线圈导轨发射电炮。

背景技术

随着现代科学技术的快速发展，人们对弹丸的发射能力提出了更高的要求，要求超高速，超高动能地发射弹丸，但是常规的化学发射装置已力不从心无法应对。随着时代的发展诸多问题也逐渐暴露出来，并且越来越显得棘手。众所周知，常规化学发射装置是利用弹药发生化学反应产生高温高压燃气，在高温高压燃气的作用下将弹丸发射出去，因此弹丸的出口速度不会超过燃气的滞止声速CS。也就是说，常规化学发射装置有本身不可逾越的限定速度， 一般小于0.5CS。这种方法无法将化学能高效率地转换为动能，造成了能源的巨大浪费，无法满足人们对更高速度和更高动能地要求，且人们在日常生活中使用化学发射装置时，如发射节日庆典的礼炮，不仅发射速度有局限，且发射装置其本身不可避免地会造成环境污染。

电炮是依据电磁原理而提出的，它是一种新概念的发射技术，其基本原理是由电能转换成磁场能，交变磁场产生力的作用将导体炮弹发射出去。将电磁能转化为弹丸的动能完成发射。与常规火炮化学发射装置相比，电磁发射方式具有能量转换效率高，绿色环保对环境影响小，弹丸速度快，精度高，射程远，不污染环境和发射过程不易受到干扰的优点，但目前电炮的发展仍然处于实验室研究阶段。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种同轴线圈导轨发射电炮，能够更高速度、更高动能地发射弹丸，且不污染环境，并为以后电炮应用于军事技术提供了一种模型。

本实用新型采用以下技术方案：

一种同轴线圈导轨发射电炮，包括发射筒、加速导轨、加速线圈、第一开关、第二开关、线圈储能装置和导轨储能装置，发射筒分为导轨发射部分和线圈发射部分，线圈发射部分的发射筒外表面套设有绝缘管，加速线圈沿绝缘管的圆周方向均匀绕设在绝缘管的外表面，导轨发射部分的发射筒两侧各设有一个加速导轨，分别为第一加速导轨和第二加速导轨，加速线圈的一端通过第一开关连接线圈储能装置，加速线圈的另一端直接连接线圈储能装置，线圈储能装置包括线圈储能器和线圈储能电路，第一加速导轨通过第二开关连接导轨储能装置，第二加速导轨直接连接导轨储能装置，导轨储能装置包括导轨储能器和导轨储能电路，所述的线圈储能器和导轨储能器均为由大电容组成的电容组。

所述的线圈储能器采用由第一电容、第二电容和第三电容组成的线圈电容组，导轨储能器采用由第四电容至第十二电容组成的导轨电容组。

所述的线圈储能电路包括第三开关、线圈整流桥和正弦交变电源，正弦交变电源与线圈整流桥和第三开关串联后与线圈电容组并联，线圈的第一端通过第一开关接入线圈电容组的正极，线圈的第二端接入线圈电容组的负极。

所述的导轨储能电路包括第四开关、导轨整流桥和正弦交变电源，正弦交变电源与导轨整流桥和第四开关串联后与导轨电容组并联，第一导轨通过第二开关接入导轨电容组的正极，第二导轨直接接入导轨电容组的负极。

所述的导轨整流桥与线圈整流桥采用集成的整流全桥。

线圈电容组两端并联有第一电压表，导轨电容组两端并联有第二电压表。

还包括消弧棒，消弧棒装在导轨前端出口处。

本实用新型对电炮采用同轴线圈导轨发射方法，使弹丸获得更高速度，更高动能；储能器采用大容量电容，储能密度高，且电容本身是封装的和模块式的，具有防震、结构牢固、无噪声、不污染环境的优点；对弹丸加速采用先线圈加速再导轨两级加速方法，使弹丸获得更高速度、更高动能，整个装置实用性更强，结构简单，易于实现，且炮弹体积小，质量轻，为以后电炮应用于军事技术提供了一种模型。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的线圈加速原理图；

图3为本实用新型的导轨加速原理图；

图4为本实用新型的线圈储能电路原理图；

图5为本实用新型的导轨储能电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型公开了一种同轴线圈导轨发射电炮，包括发射筒2、加速导轨、加速线圈1、第一开关6、第二开关5、线圈储能装置和导轨储能装置，整个装置设在电木板上。发射筒2平放在电木上，且发射筒2分为导轨发射部分和线圈发射部分，线圈发射部分的发射筒2外表面套设有绝缘管，绝缘管有效地减少了线圈加速和导轨加速这两种不同加速方式之间的相互干扰，加速线圈1沿绝缘管的圆周方向均匀绕设在绝缘管的外表面，导轨发射部分的发射筒2两侧各设有一个加速导轨，分别为第一加速导轨3和第二加速导轨4，第一加速导轨3和第二加速导轨4通过螺栓固定在电木上，且第一加速导轨3与第二加速导轨4平行，加速线圈1的一端通过第一开关6连接线圈储能装置，加速线圈1的另一端直接连接线圈储能装置，第一加速导轨3通过第二开关5连接导轨储能装置，第二加速导轨4直接连接导轨储能装置。线圈储能装置包括线圈储能器和线圈储能电路，导轨储能装置包括导轨储能器和导轨储能电路。所述的线圈储能器和导轨储能器均为由大电容组成的电容组，线圈储能器采用由第一电容C₁、第二电容C₂和第三电容C₃组成的线圈电容组，导轨储能器采用由第四电容C₄至第十二电容C₁₂组成的导轨电容组，线圈储能器通过线圈储能电路储能，导轨储能器通过导轨储能电路储能。本实用新型中采用大电容作储能器是因为电容器是最有希望用于电炮的电源之一，电容器不仅具有很高的储能密度，电容储能为                                                ，电容储能密度为 ，其中 C为电容大小；U_C为电容充电电压； 为真空介电常数； 为相对介电常数；E为电场强度，且电容本身是封装的和模块式的，有利于排布在台座上，不怕振动，有牢固的结构，无工作噪声，不污染环境。

如图4所示，线圈储能电路包括第三开关8、线圈整流桥11和正弦交变电源，正弦交变电源与线圈整流桥11和第三开关8串联后线圈电容组并联，线圈电容组两端并联有第一电压表，线圈的第一端通过第一开关6接入线圈电容组的正极，线圈的第二端接入线圈电容组的负极，线圈整流桥11采用集成的整流全桥。

如图2所示，线圈加速的工作原理是：当第一开关6闭合后，线圈电路被接通，此时储能器释放能量在驱动线圈产生强大电流，由于电容器放电的特性，电流将急剧下降，变化的电流在线圈内产生变化的磁场。由于变化磁场的作用使弹丸产生感应电流，感应电流在磁场的作用下产生洛伦兹力为弹丸加速。

力是储存能量在运动中的变化率，即在运动方向上的能量梯度。众所周知，储存在载流导体系统中的磁能和系统的电感有关，而电感是电路中每单位电流交链的磁通。

在理想情况线圈炮系统的总储能为：

其中 L_D为驱动线圈中的自感；L_P为弹丸线圈中的自感；I_D为驱动线圈中的电流强度；I_P为弹丸线圈中的电流强度；M为互感。

若不计其它能量损失，作用在弹丸上的洛伦兹力为：

式中dM/dx为互感梯度。

如图5所示，导轨储能电路包括第四开关9、导轨整流桥10和正弦交变电源，正弦交变电源与导轨整流桥10和第四开关9串联后与导轨电容组并联，导轨电容组两端并联有第二电压表，第一导轨3通过第二开关5接入导轨电容组的正极，第二导轨4直接接入导轨电容组的负极，导轨整流桥10采用集成的整流全桥。

如图3所示，导轨加速的工作原理是：当第二开关5闭合时，储能器立即释放能量，产生强大的电流，电流由第一导轨3流经弹丸，再由第二导轨4流回导轨储能器，从而构成闭合回路，强大的电流流经第一导轨3和第二导轨4时，在两导轨间产生强大的磁场，这个磁场与流经弹丸的电流相互作用，根据电容器放电的性质，放电过程中电流强度急速衰减，导致在导轨和弹丸之间形成较强的变化磁场。磁场作用在金属弹丸上产生很大的作用力继续对弹丸加速直至其发射出去离开导轨，由分析可知，作用在弹丸上的安培力为：

其中为导轨的电感梯度，i为流经导轨的电流。

本实用新型还包括消弧棒7，消弧棒7装在导轨前端出口处。在没有消弧器的导轨炮中，剩留的磁能是要以炮口电弧放电形式转变成热能而消耗掉的。弹丸与两导轨接触形成电流回路及其回路内的磁场。当弹丸刚离开炮口时，它和两导轨端拉开一小间距。因为间距的拉开是由零逐渐增大的，原来传导的电流仍保持力图通过小间隙继续传导的趋势，因此在一定间隙距离范围内弹丸和两导轨端出现两个小电弧。当弹丸远离炮筒时，弹丸拉断这两小电弧。但两小电弧并不泯灭，反而结合在一起，在两导轨端聚合成直流电弧，形成短路，以此消耗掉导轨电感剩留的磁能。在导轨前方加装消弧棒7，消去弹丸与导轨分离时产生的电弧，减轻电弧对导轨的烧蚀，同时消耗掉导轨上的剩磁，防止发生意外。

在使用本实用新型时，断开第一开关6和第二开关5，闭合第三开关8和第四开关9，线圈整流桥11将的正弦交变电流整成直流，并为第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3充电，即为线圈储能器充电；导轨整流桥10将的正弦交变电流整成直流，并为第四电容C4至第十二电容C12充电，即为导轨储能器充电。本实用新型中加装电压表，可以直观地观察电容充放电的状态，判断电容是否完全充电并能观察到储能器是否完全放电。所有电容充电完成后，断开第三开关8和第四开关9，闭合第一开关6和第二开关5，线圈储能器释放能量，电流将急剧下降，变化的电流在线圈内产生变化的磁场，由于变化磁场的作用使弹丸产生感应电流，感应电流在磁场的作用下产生洛伦兹力，弹丸在洛伦兹力的作用下加速发射；在弹丸进入发射筒2的导轨加速部分时，导轨储能器释放能量，电流通过第一导轨3、弹丸和第二导轨4流回电容，导轨和弹丸之间形成较强的变化磁场，产生安培力作用在弹丸上，弹丸继续加速发射。本实用新型通过对弹丸先线圈加速再导轨加速的两级级加速，使弹丸在发射时，获得更高动能，更高速度。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要指出的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以做出各种变形或修改。本领域技术人员可以根据电炮的原理及优势，为以后的日常生活、生产以及教学实验服务，例如：节日庆典等活动的礼炮发射等应用，电炮绿色环保，可控性强，相对安全可靠，相信不断的努力，不断的创新，不断的提高，电炮会为人们创造更高的价值。

Claims (7)

1.一种同轴线圈导轨发射电炮，其特征在于：包括发射筒、加速导轨、加速线圈、第一开关、第二开关、线圈储能装置和导轨储能装置，发射筒分为导轨发射部分和线圈发射部分，线圈发射部分的发射筒外表面套设有绝缘管，加速线圈沿绝缘管的圆周方向均匀绕设在绝缘管的外表面，导轨发射部分的发射筒两侧各设有一个加速导轨，分别为第一加速导轨和第二加速导轨，加速线圈的一端通过第一开关连接线圈储能装置，加速线圈的另一端直接连接线圈储能装置，线圈储能装置包括线圈储能器和线圈储能电路，第一加速导轨通过第二开关连接导轨储能装置，第二加速导轨直接连接导轨储能装置，导轨储能装置包括导轨储能器和导轨储能电路，所述的线圈储能器和导轨储能器均为由大电容组成的电容组。

2.如权利要求1所述的一种同轴线圈导轨发射电炮，其特征在于：线圈储能器采用由第一电容、第二电容和第三电容组成的线圈电容组，导轨储能器采用由第四电容至第十二电容组成的导轨电容组。

3.如权利要求1或2所述的一种同轴线圈导轨发射电炮，其特征在于：所述的线圈储能电路包括第三开关、线圈整流桥和正弦交变电源，正弦交变电源与线圈整流桥和第三开关串联后与线圈电容组并联，线圈的第一端通过第一开关接入线圈电容组的正极，线圈的第二端接入线圈电容组的负极。

4.如权利要求3所述的一种同轴线圈导轨发射电炮，其特征在于：所述的导轨储能电路包括第四开关、导轨整流桥和正弦交变电源，正弦交变电源与导轨整流桥和第四开关串联后与导轨电容组并联，第一导轨通过第二开关接入导轨电容组的正极，第二导轨直接接入导轨电容组的负极。

5.如权利要求4所述的一种同轴线圈导轨发射电炮，其特征在于：所述的导轨整流桥与线圈整流桥采用集成的整流全桥。

6.如权利要求4所述的一种同轴线圈导轨发射电炮，其特征在于：线圈电容组两端并联有第一电压表，导轨电容组两端并联有第二电压表。

7.如权利要求1或2所述的一种同轴线圈导轨发射电炮置，其特征在于：还包括消弧棒，消弧棒装在导轨前端出口处。