CN204854474U - 旋转离心发射器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种旋转离心发射器，包括：动力装置、控制装置、加速器和底座；动力装置由驱动电机(1)和变速机构(15)构成；控制装置(3)采用单片机或电脑，对变速装置(15)和发射物(4)的发射的初速度和发射角度进行控制；加速器包括旋转装置(5)、多个发射筒(16)和电磁释放机构(7)，所述发射筒(16)固定于所述旋转装置(5)整个圆周的边沿，通过动力装置驱动旋转达到一定转数，使发射筒(16)内的发射物(4)获得一定的初速度和动能。本实用新型的装置体积小重量轻，隐蔽性强，发射精度高，一个发射装置可以发射不同弹径的弹头，可以单发，连发或群发；可以低成本，安全的将重物送到远处，甚至进入太空。

Description

旋转离心发射器

技术领域

本实用新型涉及一种离心装置，尤其是涉及利用利用离心力将重物投射出去的装置，用于武器装备和太空发射等领域。

背景技术

将物体或者重物，以一定的初速度发射出去，例如发射子弹或炮弹，以及将太空飞船发射进入太空轨道，目前采用的方法是靠化学燃料燃烧获得动能推动物体进入轨道；但是化学燃料燃烧过程中，会释放大量的热能和声音，能量损失大，基本上这些燃料的转换效率不高。

一般子弹出膛的初速度为每秒300米，炮弹出膛时的速度取决于口径和炮管的长径比，火药对炮弹需要一段加速时间，一般情况下同口径的火炮身管越长初速越高，当然身管长也是有极限的。不同的火炮初速也不一样，加农炮一般在1300米/秒-1900米/秒，榴弹炮一般在900米/秒-1500米/秒。以火炮的类型滑膛炮初速也高于线膛炮，如坦克炮大多都是滑膛炮其初速一般都在1900米/秒左右。而迫击炮的初速相对就低多了一般在100米/秒-300米/秒左右。

为了达到1900米/秒的火炮初速，炮管的长度和炮筒直径的比值已经达到52倍，继续提高初速，加长炮管，为大炮的制造带来困难。

为了克服上述化学火药的诸多不利之处，目前的进展是采用电磁驱动的原理，例如采用电磁炮，电磁弹射等装置。

电磁炮的原理非常简单，19世纪，英国科学家法拉第发现，位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动，同时，如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动，导线上也会产生电流。这就是著名的法拉第电磁感应定律。正是根据这一定律人们实用新型了现在广泛应用的发电机和电动机，它也是电磁炮的基本原理，或者说，电磁炮不过是一种比较特殊的电动机，因为它的转子不是旋转的，而是作直线加速运动的炮弹。那么如何产生驱动炮弹的磁场，并让电流经过炮弹，使它获得前进的动力呢？一个最简单的电磁炮设计如下：

用两根导体制成轨道，中间放置炮弹，使电流可以通过三者建立回路。把这个装置放在磁场中，并给炮弹通电，炮弹就会加速向前飞出。它把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4千米。如果是在真空中，这个速度还可提高到每秒8～10千米，这已经超过了第一宇宙速度，具备了作为一种新型航天发射装置的理论资格。为了将这一理论上的可能变为实际，还需要解决以下几个问题：

首先，作为飞船，电磁装置的加速度不能太大，否则人无法承受。解决方法是延长加速时间。然而这必须以采用更长的轨道为代价。由于人体只能承受大约3倍重力加速度的长时间加速，为达到第一宇宙速度，经计算，满足人体耐受能力的电磁装置所需的轨道长度约需1000千米，这在技术上难以实现。

第二，目前电磁炮能够发射的炮弹质量仍然不大，这是加速能力不足造成的。加速炮弹的力与磁场和电流之积成正比，要获得足够强的加速磁场一般靠超导磁体。用超导线圈产生磁场已是相对成熟的技术.但超导磁体需要冷却到很低温度，才能发挥作用，如液氦温度约-269℃，这对于军事应用是个问题，因为会大大降低发射装置的灵活性，不能使用于实际战场。

最后，有人觉得建造公里级长度，配备强磁场的加速轨道可能会遇到的技术困难还包括对环道施工的精度要求极高，各转弯和控制点等处也均需要设置强磁场。

至于电磁炮的发射成本，除了大功率的电源消耗，还要考虑产生强磁场的超低温液体费用，成本相对比较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提出一种旋转离心发射器，该装置能够以较低的成本，通过离心加速装置使物体达到抛射出去所需的初速度。

本实用新型的技术解决方案是：

一种旋转离心发射器，其特征在于，所述旋转离心发射器包括：动力装置、控制装置、加速器和底座；

所述动力装置由驱动电机1和变速机构15构成，驱动电机1采用不同功率和转速的交流电动机或直流电动机；

控制装置3采用单片机或电脑，对变速装置15和发射物4的发射的初速度和发射角度进行控制；

所述加速器包括旋转装置5、多个发射筒16和电磁释放机构7，所述发射筒16固定于所述旋转装置5整个圆周的边沿，所述旋转装置5通过动力装置驱动旋转达到一定转数，使发射筒16内的发射物4获得一定的初速度和动能；

所述底座2支撑整个装置，为发射提供稳定和导向作用，提高射击精度。

所述发射筒16的长度与发射物4的长度相对应，发射筒16内设置来复线。

所述变速装置15采用机械变速装置或变频调速器，使旋转装置5达到预定转数。

所述机械变速装置是齿轮变速箱。

所述驱动装置为摇柄6。

所述电磁释放机构7按照发射筒16的排列布置，设置在每个发射筒16的尾部，利用导线8将每一个电磁释放机构7与控制装置3连接。

所述电磁释放机构7包括电磁铁，强力弹簧12和摩擦片9，其中，电磁铁的铁芯10为中空状，所述铁芯10内设置线圈11，铁芯10中的空间设置强力弹簧12，所述强力弹簧12为压簧，位于电磁铁端盖13和电磁铁的衔铁14之间，所述衔铁14的另一面铆接摩擦片9。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的旋转离心发射器可以低成本，安全的将重物送到远处，甚至进入太空。

对于发射炮弹，炮筒的长度与初速无关，在发射的瞬间，已经能够达到1900米/秒的初速，不必通过加长炮筒的长度；对于线膛炮仅仅需要满足使炮弹旋转的具有一定长度的膛线的炮筒即可；对于滑膛炮，炮筒的长度仅仅需要满足炮弹长度即可。

对于太空发射，由于转速的增加可以加以控制，加速度在人可以承受的2-3g的加速度的范围内，承受的重力加速度低。

发射成本低，仅仅是电力消耗；体积小、机动性强；日常维护成本低，仅仅是一般电机和机械传动装置的维护。

附图说明

图1是本实用新型旋转离心发射器结构示意图；

图2显示手摇投射装置结构示意图；

图3显示电磁释放装置排列结构；

图4是电磁释放装置结构示意图。

1电动机9摩擦片

2底座10铁芯

3控制装置11线圈

4发射物12强力弹簧

5旋转装置13端盖

6摇柄14衔铁

7电磁释放机构15变速装置

8导线16发射筒

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的方法进行详细说明。

图1是本实用新型旋转离心发射器结构示意图；如图所示，旋转离心发射器包括：动力装置、控制装置、加速器和底座。

动力装置由驱动电机1和变速机构15构成，驱动电机1可采用交流电动机或直流电动机，根据发射任务的需要，选用不同功率和转速的电动机；

控制装置3采用单片机或电脑。对变速装置15和发射物4的发射进行控制，包括发射的初速度和发射角度的控制；

加速器包括旋转装置5、发射筒16和电磁释放机构7，多个发射筒16固定于旋转装置5整个圆周的边沿，通过电动机1和变速装置15驱动旋转装置5旋转达到一定转数，使发射筒16内的发射物4获得一定的初速度，因而获得动能；

底座2支撑整个装置，为发射提供稳定和导向作用，提高射击精度。

发射筒16和常规的炮筒不同，不需要为了延长火药对炮弹的作用而加长，仅仅是起到装置发射物4的作用，或者，如果为了发射筒内设置来复线，使发射物旋转，起到导向、稳定作用，也仅需要在发射筒内运行有限距离，因此也比常规泡桐大大缩短。

变速装置15可以采用机械变速装置，如齿轮变速箱，也可以采用变频调速器，直接对电动机进行调速，使旋转装置5达到预定转数。

实施例1

图2显示手摇投射装置结构示意图；根据较轻的投射物重量和较短投射距离的需要，本实用新型提出一种结构简便的旋转离心发射器的实施例，该实施例省去昂贵的电动机和控制变速装置，用摇柄6直接替代驱动装置，用手摇动旋转装置5，根据测试，也可以将数公斤的物体发射至数公里以外，效率也相当高。

实施例2

实施例2显示本实用新型的一种电磁释放机构7，图3显示电磁释放装置排列结构；图4是电磁释放装置结构示意图。电磁释放机构7按照发射筒16的排列布置，设置在每个发射筒16的尾部，利用导线8将每一个电磁释放机构7与控制装置3连接。

所述的电磁释放机构7包括电磁铁，强力弹簧12和摩擦片9，其中，电磁铁的铁芯10为中空状，铁芯10内设置线圈11，铁芯10中间的空间设置强力弹簧12，强力弹簧12为压簧，位于电磁铁端盖13和电磁铁的衔铁14之间，衔铁14的另一面铆接摩擦片9；在常规情况下，电磁铁不通电，在强力弹簧12的作用下，摩擦片9紧紧压住发射物4，使发射物4固定在发射筒16内；待达到发射速度和发射角度时，控制装置3控制电磁铁导通，对衔铁14产生电磁吸力，摩擦片9离开发射物4的表面，使发射物4从发射筒16内发射出去。

本实用新型的工作原理：

1、初速度V₀的计算(设定发射筒16位于旋转装置5的边缘)

V₀＝Wx2x3.14xR

其中，W为旋转装置5每秒的转速，R为旋转装置5的半径。

2、作为枪械的替代物，设定旋转装置5的半径为0.5米，

子弹出枪膛的初速度一般在300米/秒，

300米/秒＝W3.14，

W＝300/3.14≈96转/秒≈5800转/秒。

3、作为大炮的替代物，设定旋转装置5的半径为2米，炮弹出膛的初速度最高1900米/秒，

1900米/秒＝W6.28x2，

W＝1900/12.56≈150转/秒≈9000转/秒。

4、对于向太空发射卫星，需要达到的第一宇宙速度大约为7800米/秒，

7800米/秒＝W6.28x2，

W＝7800/12.56≈620转/秒≈37000转/秒。

加大旋转装置5的半径为6米，则，

W＝7800/37.68≈210转/秒≈12400转/秒。

为了使旋转装置5达到上述转速，关键是电动机的转速达到要求(或者电动机和变速装置配合)。

一般的交流电机是异步电机，也就是说，电机转子的转速必须小于旋转磁场的转速。一般的直流电机是同步电机，转子的转速同磁场的变化同步。交流电机的转速有最大值。理想的无摩擦无负载的电机的最高转速也只是无限接近电机定子磁场的转速。旋转磁场的转速＝交流频率/定子的极数。理论上直流电机的转速可以无穷大，实际上直流电机也是转速最高的电机。

根据电机转速与频率的公式n＝60f/p，上式中n-电机的转速(转/分)；f——电源频率(赫芝)；p——电机旋转磁场的极对数。

标准电源频率为f＝50周/秒，所以旋转磁场的转速的大小只与磁极对数有关。磁极对数多，旋转磁场的转速成就低。极对数P＝1时，旋转磁场的转速n＝3000；极对数P＝2时，旋转磁场的转速n＝1500；极对数P＝3时，旋转磁场的转速n＝1000；极对数P＝4时，旋转磁场的转速n＝750；极对数P＝5时，旋转磁场的转速n＝600。

在变频调速系统中，根据公式n＝60f/p可知：改变频率f就可改变转速，降低频率f，转速就变小，增加频率f，转速就加大。

一般可将离心机分为以下几种型式：

1、常速离心机转速Fr≤3500(一般为600～1200)，这种离心机的转速较低，直径较大。

2、高速离心机Fr＝3500～50000，这种离心机的转速较高，一般转鼓直径较小，而长度较长。

3、超高速离心机Fr＞50000，由于转速很高(50000r/min以上)，所以旋转装置做成细长管式。

选用不同规格的离心装置，上述数据是目前现有技术可以实现的，因此，本实用新型可以作为常规枪械、大炮和卫星发射的替换。

本实用新型的离心式质量投射装置由于旋转体在高速旋转中能将附着在旋转体边缘的发射物沿切线方向高速抛射出去。其动能依据旋转体边沿的发射初速度和发射物重量决定，和发射角度配合决定抛出物体的距离远近；旋转体转的越快，抛射的弹头就越远，本实用新型的旋转体很容易将弹头发射到第一宇宙速度(7.8公里/每秒)这一级别。因此本实用新型可以完全替代大炮发射炮弹，装置放大后，还可以发射导弹。本实用新型的同一个发射装置可以发射不同弹径的弹头，可以单发，连发或群发，该装置体积小重量轻，隐蔽性强，发射精度高。

以上所描述的过程只是本实用新型的一种情况，本领域的技术人员可根据不同的目标和要求对计算参数在不偏离本实用新型的前提下进行增补、改进和更换，上述增补、改进和更换应当都在本实用新型权利要求保护范围内。

Claims (7)

1.一种旋转离心发射器，其特征在于，所述旋转离心发射器包括：动力装置、控制装置、加速器和底座；

所述动力装置由驱动电机(1)和变速机构(15)构成，驱动电机(1)采用不同功率和转速的交流电动机或直流电动机；

控制装置(3)采用单片机或电脑，对变速装置(15)和发射物(4)的发射的初速度和发射角度进行控制；

所述加速器包括旋转装置(5)、多个发射筒(16)和电磁释放机构(7)，所述发射筒(16)固定于所述旋转装置(5)整个圆周的边沿，所述旋转装置(5)通过动力装置驱动旋转达到一定转数，使发射筒(16)内的发射物(4)获得一定的初速度和动能；

所述底座(2)支撑整个装置，为发射提供稳定和导向作用，提高射击精度。

2.根据权利要求1所述的旋转离心发射器，其特征在于，所述发射筒(16)的长度与发射物(4)的长度相对应，发射筒(16)内设置来复线。

3.根据权利要求2所述的旋转离心发射器，其特征在于，所述变速装置(15)采用机械变速装置或变频调速器，使旋转装置(5)达到预定转数。

4.根据权利要求3所述的旋转离心发射器，其特征在于，所述机械变速装置是齿轮变速箱。

5.根据权利要求4所述的旋转离心发射器，其特征在于，所述驱动装置为摇柄(6)。

6.根据权利要求5所述的旋转离心发射器，其特征在于，所述电磁释放机构(7)按照发射筒(16)的排列布置，设置在每个发射筒(16)的尾部，利用导线(8)将每一个电磁释放机构(7)与控制装置(3)连接。

7.根据权利要求6所述的旋转离心发射器，其特征在于，所述电磁释放机构(7)包括电磁铁，强力弹簧(12)和摩擦片(9)，其中，电磁铁的铁芯(10)为中空状，所述铁芯(10)内设置线圈(11)；铁芯(10)中的空间设置强力弹簧(12)，所述强力弹簧(12)为压簧，位于电磁铁端盖(13)和电磁铁的衔铁(14)之间；所述衔铁(14)的另一面铆接摩擦片(9)。