EP0478452A1 - Electromagnetic gain with rails - Google Patents
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- EP0478452A1 EP0478452A1 EP91402558A EP91402558A EP0478452A1 EP 0478452 A1 EP0478452 A1 EP 0478452A1 EP 91402558 A EP91402558 A EP 91402558A EP 91402558 A EP91402558 A EP 91402558A EP 0478452 A1 EP0478452 A1 EP 0478452A1
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- rails
- segment
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41B—WEAPONS FOR PROJECTING MISSILES WITHOUT USE OF EXPLOSIVE OR COMBUSTIBLE PROPELLANT CHARGE; WEAPONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F41B6/00—Electromagnetic launchers ; Plasma-actuated launchers
- F41B6/006—Rail launchers
Definitions
- the field of the invention is that of electromagnetic projectile launchers and more precisely that of electromagnetic rail guns.
- pre-launchers such as, for example, a conventional chemical launcher or a light gas cannon.
- An electromagnetic gun with rails comprising such switching devices is for example described in US Patent No. 4,319,168 in the name of Kemeny.
- Each of the two rails of the launching ramp described is divided into conductive segments isolated from each other by means of insulation.
- a sensor, of the electrical, optical or mechanical type, for projectile passage detection, is associated with a segment and controls the opening and closing of a switch at the terminals of which an energy storage capacitor is connected in series with a pulse transformer.
- Each sensor is placed upstream of the corresponding channel segment to allow the switch to close in a time corresponding to the transit time of the projectile between this sensor and the rear of the corresponding segment to which the pulse is applied.
- the present invention aims in particular to overcome these drawbacks.
- an electromagnetic gun with projectile rails comprising an electrically conductive frame
- said gun comprising a succession of power supply units for electrically supplying a succession of segments.
- a projectile launch path formed by two parallel rails, said segments being isolated from each other on at least one of said rails and each of said power supplies being connected to the rear of one of said track segments by two terminals for delivering a propelling current to said projectile when the latter enters the corresponding track segment, the power supply of said corresponding track segment applying to said track segment, before said projectile penetrates said track segment, a lower voltage at a critical voltage at which there appears a risk of a parasitic arc forming between the rails of said seg track, the propellant current being supplied by the corresponding power supply unit due to the presence of said armature of said projectile between the rails of said corresponding rail segment,
- Figure 1 shows an overview of a gun according to the present invention.
- Figure 2 shows a view of a last power supply for this gun.
- the barrel comprises various elements which are analogous, as regards their functions, to elements whose use has already been proposed for make such a canon.
- Such known elements constitute two guide rails R, S for guiding a projectile P via a projectile armature A. These rails extend in the same longitudinal direction, forming for this projectile a launching path which extends from a rear end 8 to a front end 10.
- These rails and this frame comprise electrically conductive elements for conducting a propellant current in series in one of these rails then through this frame, then in the other of these rails.
- a transverse gap between these conductive elements of these two rails constitutes an electrical width D of this launching path.
- the same metal part provides both, for each rail, the functions of mechanical guidance and conduction of the electric current. But it should be understood that these two functions could be performed by two separate parts, the whole of which would constitute the rail.
- the launching track can be considered as consisting of a succession of track segments which are defined by these rail segments.
- These track segments follow one another in increasing rows from a first segment of rank S1 at the rear end of this track, to a last segment SK at its front end.
- one S of the two rails is a "segmented" rail made up of segments which are separated by insulating intervals.
- the present invention can also be applied when the distinction between the successive segments results only from the electrical supply of the rail at successive points and from the electrical resistance of the rail.
- a succession of power supplies B1 ... BK correspond to the track segments S1, ... SK. These blocks are controlled during each shot of a projectile to electrically supply the track segments successively as the projectile progresses. Each of them supplies the corresponding track segment by supplying it with propulsive current through two terminals BA, BB. These two bounds belong to this segment. They are respectively connected to the two rails at a rear end of this segment. The passage of this current through these rails creates a magnetic field. This field interacts with the current flowing through the armature A and thus applies a propelling force directed towards it.
- the gun also includes charging means for charging each of these storage capacitors during this charging period.
- these charging means consist of a dynamo-electric generator 2 associated with conditioning circuits not shown and with a rapid energizing switch 4 which is closed at the start of each charging period.
- projectile introduction means 6 for introducing the projectile P provided with its armature A at the rear end of the first segment S1.
- these means comprise a pre-launcher 6 which can be of known type.
- the length L of the track segments is limited so that the number K of these segments is greater than three. This number is chosen to pass a propellant current of substantially constant intensity through the projectile armature A.
- each segment should have a sufficient length so that the intensity of the magnetic field at the rear of the frame is generally not significantly reduced.
- the propulsive force is in fact proportional to the product of this field intensity by the intensity of the propulsive current passing through the armature.
- each of the track segments S1 is equal to or greater than five times the electrical width D of the launch track.
- the storage capacitors are electrolytic capacitors.
- Each of these capacitors for example the capacitor CN, has two electrodes 12, 14 and is protected against reverse polarity by a capacitor protection rectifier DN connected between the first rear terminal YN of its supply stage EN and one of the two electrodes of this capacitor. This electrode constitutes a "protected" electrode 14.
- the charging means 2, 4 charge a said power supply unit such as BK by charging in parallel the storage capacitors C1 ... CN of the successive power supply stages E1 ... EN of this block. Each of these capacitors is charged through a charge protection rectifier GN connected to its protected electrode 14.
- each of the power supplies B1 ... BK is fitted with a load inductace LS1 ... LSK which may or may not be saturable.
- the charging means 2, 4 charge this block through this charge inductor.
- the pulse widths of the blocks B1 ... BK which correspond to these segments decrease when the rank of these segments increases.
- At least some of the power supplies of the segments B1 ... BK have the same pulse width.
- the track segments S1 ... SK corresponding to these blocks then have lengths which increase with the rank of these segments.
- the preceding description shows, taking into account the use of a pre-launcher, that the only switching device used is the power-up switch 4. It can be operated between each shot or only between each shot campaign ( in case of bursts of fire). Load inductors, saturable such as inductors LS1 ... LSK, or unsaturable, can be dimensioned according to the shortest time interval between two shots.
- the switch 4 can be of any type, manual, electromagnetic control (the case shown in the diagram), or static (in this case, in any case, provide an isolation switch).
- a preferred model has the particularity of using the through current as assistance in closing.
- the structure of the power supplies makes it possible to reduce the amount of energy present at the terminals of a rail segment.
- the structure of the power supply units is therefore perfectly suited to establishing a pulse by bringing the rails into contact with the armature of the projectile.
- the present invention applies to any power supply unit generating an energy discharge pulse of amplitude less than a critical voltage at which appears a risk of creation of a parasitic arc, this critical voltage being a function the spacing of the barrel rails.
- This type of power supply unit corresponds in particular to a duration proportional to that of the transit time of a projectile on a rail segment.
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Abstract
Description
Le domaine de l'invention est celui des lanceurs électromagnétiques de projectiles et plus précisément celui des canons électromagnétiques à rails.The field of the invention is that of electromagnetic projectile launchers and more precisely that of electromagnetic rail guns.
Il a été proposé de lancer un projectile à l'aide d'un canon électromagnétique comportant une voie de lancement formée par deux rails parallèles. Le projectile est guidé par ces rails par l'intermédiaire d'une armature mobile qui est électriquement conductrice. Un courant de très grande intensité, que l'on peut appeler "courant propulsif", passe dans ces rails et cette armature et applique à cette dernière une force propulsive de nature électromagnétique. Il est fourni par une succession de blocs d'alimentation qui alimentent électriquement une succession correspondante de segments de la voie de lancement.It has been proposed to launch a projectile using an electromagnetic gun comprising a launching path formed by two parallel rails. The projectile is guided by these rails via a movable frame which is electrically conductive. A very high current, which can be called "propulsive current", passes through these rails and this armature and applies a propulsive force of an electromagnetic nature to the latter. It is supplied by a succession of power supplies which electrically supply a corresponding succession of segments of the launching track.
La réalisation d'un tel canon pose divers problèmes :
- Une érosion des rails apparaît. Elle est directement liée à l'intensité du courant. Elle est donc maximale à l'extrémité arrière de la voie, c'est-à-dire à celle d'introduction du projectile, surtout si ce dernier est introduit à vitesse nulle.
- Le projectile pouvant éventuellement être équipé d'un système de guidage destiné à accroître son efficacité en phase d'approche finale, il ne peut alors supporter des accélérations supérieures à 100 000 G.
- Quand le stockage d'énergie dans les blocs d'alimentation se fait sous forme électrostatique, c'est-à-dire dans des condensateurs de stockage, chacun de ces derniers se comporte comme une source de tension à impédance interne quasi nulle. Les courants instantanés de décharge peuvent alors atteindre des valeurs telles que les 100 000 G soient largement dépassés et que l'érosion des rails devienne inacceptable. Il faut donc associer aux condensateurs des inductances de régularisation dont le rôle est de limiter les intensités de court-circuit, et allonger le temps de décharge pour le rendre compatible avec la longueur du canon, elle-même dépendante de la vitesse souhaitée pour le projectile et de l'astreinte imposée à l'accélération. Un problème posé par l'association condensateur-inductance est alors que cette association constitue un circuit oscillant et que, au moment où l'intensité du courant atteint sa valeur maximale, la tension aux bornes du condensateur s'annule puis s'inverse. Or, les condensateurs à forte densité d'énergie sont de type électrolytique et l'application d'une tension inverse est préjudiciable à leur durée de vie. C'est pourquoi dans un canon connu, un dispositif interrupteur à fermeture ultra rapide dit "Commutateur Crowbar" est monté en parallèle avec le condensateur pour assurer sa protection et permettre d'utiliser, pour la propulsion du projectile, l'énergie qui a été accumulée dans l'inductance.
- Rail erosion appears. It is directly related to the intensity of the current. It is therefore maximum at the rear end of the path, that is to say that of introduction of the projectile, especially if the latter is introduced at zero speed.
- The projectile possibly being able to be equipped with a guidance system intended to increase its efficiency during the final approach phase, it cannot then support accelerations greater than 100,000 G.
- When energy storage in power supplies is done in electrostatic form, that is to say in storage capacitors, each of these behaves like a voltage source with almost zero internal impedance. The instantaneous discharge currents can then reach values such that the 100,000 G are largely exceeded and that the erosion of the rails becomes unacceptable. It is therefore necessary to associate with the capacitors regularization inductors whose role is to limit the short-circuit intensities, and extend the discharge time to make it compatible with the length of the barrel, itself dependent on the desired speed for the projectile and the penalty imposed on acceleration. A problem posed by the capacitor-inductance association is then that this association constitutes a oscillating circuit and that, when the current intensity reaches its maximum value, the voltage across the capacitor is canceled out and then reversed. However, capacitors with a high energy density are of the electrolytic type and the application of a reverse voltage is detrimental to their lifespan. This is why in a known gun, an ultra-fast closing switch device called "Crowbar switch" is mounted in parallel with the capacitor to ensure its protection and allow the energy which has been used to propel the projectile. accumulated in the inductance.
Diverses solutions ont été envisagées pour résoudre ces problèmes :
Une limitation de l'érosion des rails est obtenue si l'on communique une vitesse initiale au projectile et à l'armature associée avant leur introduction sur la voie de lancement. Cette vitesse initiale a les effets suivants :
- Limitation du courant d'appel du fait de l'établissement instantané d'une force contre-électromotrice, fonction de la vitesse de déplacement.
- Suppression du phénomène d'érosion localisée qui est produit par le courant, à son intensité maximale, pour la formation du plasma et la mise en mouvement du projectile.
A limitation of the erosion of the rails is obtained if an initial speed is communicated to the projectile and to the associated reinforcement before their introduction on the launching track. This initial speed has the following effects:
- Limitation of the inrush current due to the instantaneous establishment of a counter-electromotive force, function of the speed of movement.
- Suppression of the localized erosion phenomenon which is produced by the current, at its maximum intensity, for the formation of the plasma and the setting in motion of the projectile.
Différents types de "prélanceurs" peuvent être envisagés comme, par exemple, un lanceur chimique classique ou un canon à gaz léger.Different types of "pre-launchers" can be envisaged, such as, for example, a conventional chemical launcher or a light gas cannon.
Une amélioration du transfert de l'énergie des blocs d'alimentation au projectile a été proposée et repose sur la facilité, inhérente au stockage capacitif, de répartir l'énergie nécessaire à un tir entre plusieurs groupes de condensateurs. Une telle configuration permet de réduire notablement la résistance électrique du circuit, en distribuant l'énergie dans l'espace et/ou dans le temps, selon que les segments des rails du lanceur sont ou non séparés par des intervalles isolants.An improvement in the transfer of energy from power supplies to the projectile has been proposed and is based on the facility, inherent in capacitive storage, to distribute the energy necessary for a shot between several groups of capacitors. Such a configuration makes it possible to significantly reduce the electrical resistance of the circuit, by distributing the energy in space and / or in time, depending on whether the segments of the launcher rails are or are not separated by insulating intervals.
L'absence de tels intervalles impose toutefois de disposer d'interrupteurs ultra-rapides et synchronisés avec le passage du projectile au droit des différents segments, ce que n'impose pas la solution à segments séparés. Cependant, dans un cas comme dans l'autre, il est nécessaire de disposer d'interrupteurs de protection des condensateurs contre l'inversion de polarité, (Commutateurs Crowbar), comme indiqué précédemment.The absence of such intervals, however, requires having ultra-fast switches synchronized with the passage of the projectile at the right of the different segments, which is not necessary for the solution with separate segments. However, in a case like in the other, it is necessary to have capacitor protection switches against reverse polarity, (Crowbar switches), as indicated above.
D'une façon générale l'alimentation des canons à rails proposés, à segments séparés ou non, a semblé devoir faire appel à de coûteux dispositifs de commutation à ouverture et/ou à fermeture très rapides.In general, the feeding of the rail guns proposed, with separate segments or not, seemed to have to resort to expensive switching devices with very rapid opening and / or closing.
Un canon électromagnétique à rails comportant de tels dispositifs de commutation est par exemple décrit dans le brevet américain n° 4 319 168 au nom de Kemeny. Chacun des deux rails de la rampe de lancement décrite est divisé en segments conducteurs isolés les uns des autres par des moyens d'isolation. Un capteur, du type électrique, optique ou mécanique, de détection de passage de projectile, est associé à un segment et pilote l'ouverture et la fermeture d'un interrupteur aux bornes duquel est branché un condensateur de stockage d'énergie en série avec un transformateur d'impulsions. Chaque capteur est placé en amont du segment de voie correspondant pour permettre une fermeture de l'interrupteur en un temps correspondant à la durée de transit du projectile entre ce capteur et l'arrière du segment correspondant auquel est appliquée l'impulsion.An electromagnetic gun with rails comprising such switching devices is for example described in US Patent No. 4,319,168 in the name of Kemeny. Each of the two rails of the launching ramp described is divided into conductive segments isolated from each other by means of insulation. A sensor, of the electrical, optical or mechanical type, for projectile passage detection, is associated with a segment and controls the opening and closing of a switch at the terminals of which an energy storage capacitor is connected in series with a pulse transformer. Each sensor is placed upstream of the corresponding channel segment to allow the switch to close in a time corresponding to the transit time of the projectile between this sensor and the rear of the corresponding segment to which the pulse is applied.
Le brevet américain n° 4 343 223 de Hawke et al décrit également un canon électromagnétique où les impulsions sont fournies par des décharges successives de condensateurs reliés tout le long de rails formant rampe de lancement continue ou constituée de segments de rails isolés les uns des autres. Les condensateurs sont successivement commandés par des capteurs électroniques ou optiques disposés le long des rails commandant des interrupteurs reliés chacun en série avec un condensateur.American Patent No. 4,343,223 to Hawke et al also describes an electromagnetic gun in which the pulses are supplied by successive discharges of capacitors connected all along rails forming a continuous launching ramp or consisting of segments of rails isolated from each other . The capacitors are successively controlled by electronic or optical sensors arranged along the rails controlling switches each connected in series with a capacitor.
Le principal inconvénient de ce type de lanceurs de projectiles est que les dispositifs de commutation doivent être très rapides et sont donc coûteux. De plus, ils doivent supporter un courant impulsionnel très important et les arcs électriques provoqués par la fermeture de ces dispositifs détériorent rapidement leurs contacts.The main drawback of this type of projectile launcher is that the switching devices have to be very fast and are therefore expensive. In addition, they must withstand a very high impulse current and the electric arcs caused by the closing of these devices quickly deteriorate their contacts.
Il a cependant été proposé l'utilisation de diodes ou autres dispositifs semiconducteurs, soit pour assurer la fonction d'interrupteur, soit dans le rôle de système antiretour. Les intensités et les tensions à mettre en oeuvre pour l'alimentation des canons à rails conduisent à des associations série/parallèle de ces composants, associations qui en dégradent les performances, notamment dynamiques (dI/dt, dV/dt, I²dt).It has however been proposed the use of diodes or other semiconductor devices, either to ensure the function switch, or in the role of non-return system. The intensities and voltages to be used for supplying the rail guns lead to series / parallel associations of these components, associations which degrade their performance, in particular dynamic (dI / dt, dV / dt, I²dt).
Un autre inconvénient des lanceurs dont la génération d'impulsions est commandée par des capteurs est que le positionnement des capteurs est délicat à réaliser. On observe notamment des dérives de vitesse de réponse des capteurs et surtout des commutateurs commandés par ces capteurs, ce qui entraîne une génération d'impulsion décalée temporellement, en avance ou en retard, par rapport au moment où le projectile passe entre les extrémités d'un segment. Il n'y a alors plus optimisation du moment de génération de l'impulsion et le rendement du canon s'en trouve affecté. De plus, lorsque le poids de la charge du projectile à lancer est modifiée, il est nécessaire de repositionner les capteurs de position pour optimiser les instants de génération des impulsions puisqu'un projectile lourd sera en retard par rapport à un projectile plus léger.Another disadvantage of launchers whose generation of pulses is controlled by sensors is that positioning the sensors is difficult to achieve. In particular, the response speed drifts of the sensors and especially of the switches controlled by these sensors are observed, which generates a pulse generation temporally offset, early or late, relative to the moment when the projectile passes between the ends of a segment. There is then no longer optimization of the moment of generation of the pulse and the efficiency of the gun is affected. In addition, when the weight of the charge of the projectile to be launched is changed, it is necessary to reposition the position sensors to optimize the instants of generation of the pulses since a heavy projectile will be late compared to a lighter projectile.
La présente invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients.The present invention aims in particular to overcome these drawbacks.
La présente invention a notamment les buts suivants :
- Régulariser l'accélération d'un projectile lancé par un canon électromagnétique à rails.
- Limiter l'usure des rails qui résulte du passage du courant propulsif à travers un plasma formé entre l'armature conductrice de ce projectile et chacun de ces rails.
- Augmenter le rendement du transfert d'énergie entre des condensateurs de stockage et ce projectile.
- Optimiser les instants de génération des impulsions destinées à accélérer le projectile, quelles que soient la masse de ce projectile et la taille du canon.
- Faciliter la réalisation d'un tel canon grâce à l'utilisation de composants connus de coût modéré et de fiabilité prouvée.
- Faciliter la réalisation de tels canons adaptés au lancements de projectiles de types et de vitesses diverses, grâce à la possibilité de réaliser cette adaptation par remplacement de certains seulement des composants de ces canons.
- Regularize the acceleration of a projectile launched by an electromagnetic rail gun.
- Limit the wear of the rails which results from the passage of the propellant current through a plasma formed between the conductive armature of this projectile and each of these rails.
- Increase the efficiency of energy transfer between storage capacitors and this projectile.
- Optimize the instants of generation of the pulses intended to accelerate the projectile, whatever the mass of this projectile and the size of the gun.
- Facilitate the production of such a cannon through the use of known components of moderate cost and proven reliability.
- Facilitate the production of such cannons suitable for launching projectiles of various types and speeds, thanks to the possibility to achieve this adaptation by replacing only some of the components of these guns.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à un canon électromagnétique à rails pour projectile comprenant une armature conductrice d'électricité, ledit canon comportant une succession de blocs d'alimentation pour alimenter électriquement une succession de segments d'une voie de lancement de projectiles formée par deux rails parallèles, lesdits segments étant isolés les uns des autres sur au moins un desdits rails et chacun desdits blocs d'alimentation étant relié à l'arrière d'un desdits segments de voie par deux bornes pour délivrer un courant propulsif audit projectile lorsque celui-ci pénètre sur le segment de voie correspondant, le bloc d'alimentation dudit segment de voie correspondant appliquant audit segment de voie, avant la pénétration dudit projectile sur ledit segment de voie, une tension inférieure à une tension critique à laquelle apparaît un risque de formation d'un arc parasite entre les rails dudit segment de voie, le courant propulsif étant fourni par le bloc d'alimentation correspondant en raison de la présence de ladite armature dudit projectile entre les rails dudit segment de rail correspondant,These objectives, as well as others which will appear subsequently, are achieved by means of an electromagnetic gun with projectile rails comprising an electrically conductive frame, said gun comprising a succession of power supply units for electrically supplying a succession of segments. a projectile launch path formed by two parallel rails, said segments being isolated from each other on at least one of said rails and each of said power supplies being connected to the rear of one of said track segments by two terminals for delivering a propelling current to said projectile when the latter enters the corresponding track segment, the power supply of said corresponding track segment applying to said track segment, before said projectile penetrates said track segment, a lower voltage at a critical voltage at which there appears a risk of a parasitic arc forming between the rails of said seg track, the propellant current being supplied by the corresponding power supply unit due to the presence of said armature of said projectile between the rails of said corresponding rail segment,
A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence.Using the attached schematic figures, we will describe below how the present invention can be implemented, it being understood that the elements and arrangements mentioned and represented are only by way of nonlimiting examples. When the same element is represented in several figures, it is designated therein by the same reference sign.
La figure 1 représente une vue d'ensemble d'un canon selon la présente invention.Figure 1 shows an overview of a gun according to the present invention.
La figure 2 représente une vue d'un dernier bloc d'alimentation de ce canon.Figure 2 shows a view of a last power supply for this gun.
On va exposer de manière générale diverses dispositions préférables qui sont adoptées dans ce canon et illustrées par ces figures.We will describe in general various preferable arrangements which are adopted in this canon and illustrated by these figures.
Le canon comporte divers éléments qui sont analogues, quant à leurs fonctions, à des éléments dont l'emploi a déjà été proposé pour réaliser un tel canon. De tels éléments connus constituent deux rails de guidage R, S pour guider un projectile P par l'intermédiaire d'une armature de projectile A. Ces rails s'étendent selon une même direction longitudinale en formant pour ce projectile, une voie de lancement qui s'étend d'une extrémité arrière 8 à une extrémité avant 10. Ces rails et cette armature comportent des éléments électriquement conducteurs pour conduire un courant propulsif en série dans l'un de ces rails puis à travers cette armature, puis dans l'autre de ces rails. Un écart transversal entre ces éléments conducteurs de ces deux rails constitue une largeur électrique D de cette voie de lancement. Dans le canon donné en exemple une même pièce métallique assure à la fois, pour chaque rail, les fonctions de guidage mécanique et de conduction du courant électrique. Mais il doit être compris que ces deux fonctions pourraient être assurées par deux pièces distinctes dont l'ensemble constituerait le rail.The barrel comprises various elements which are analogous, as regards their functions, to elements whose use has already been proposed for make such a canon. Such known elements constitute two guide rails R, S for guiding a projectile P via a projectile armature A. These rails extend in the same longitudinal direction, forming for this projectile a launching path which extends from a rear end 8 to a
Sur l'un au moins de ces rails on peut distinguer une succession longitudinale de segments de rail S1...SK, de sorte que la voie de lancement peut être considérée comme constituée d'une succession de segments de voie qui sont définis par ces segments de rail. Ces segments de voie se succèdent par rangs croissants à partir d'un premier segment de rang un S1 à l'extrémité arrière de cette voie, jusqu'à un dernier segment SK à son extrémité avant.On at least one of these rails one can distinguish a longitudinal succession of rail segments S1 ... SK, so that the launching track can be considered as consisting of a succession of track segments which are defined by these rail segments. These track segments follow one another in increasing rows from a first segment of rank S1 at the rear end of this track, to a last segment SK at its front end.
Dans le canon donné en exemple un seulement S des deux rails est un rail "segmenté" constitué de segments qui sont séparés par des intervalles isolants. Mais il doit être compris que la présente invention peut aussi s'appliquer lorsque la distinction entre les segments successifs résulte seulement de l'alimentation électrique du rail en des points successifs et de la résistance électrique du rail.In the example cannon only one S of the two rails is a "segmented" rail made up of segments which are separated by insulating intervals. However, it should be understood that the present invention can also be applied when the distinction between the successive segments results only from the electrical supply of the rail at successive points and from the electrical resistance of the rail.
Une succession de blocs d'alimentation B1...BK correspondent aux segments de voie S1,...SK. Ces blocs sont commandés au cours de chaque tir d'un projectile pour alimenter électriquement successivement les segments de voie au fur et à mesure de la progression de ce projectile. Chacun d'eux alimente le segment de voie correspondant en lui fournissant le courant propulsif à travers deux bornes BA, BB. Ces deux bornes appartiennent à ce segment. Elles sont respectivement connectées aux deux rails à une extrémité arrière de ce segment. Le passage de ce courant dans ces rails crée un champ magnétique. Ce champ interagit avec le courant qui traverse l'armature A et lui applique ainsi une force propulsive dirigée vers l'avant.A succession of power supplies B1 ... BK correspond to the track segments S1, ... SK. These blocks are controlled during each shot of a projectile to electrically supply the track segments successively as the projectile progresses. Each of them supplies the corresponding track segment by supplying it with propulsive current through two terminals BA, BB. These two bounds belong to this segment. They are respectively connected to the two rails at a rear end of this segment. The passage of this current through these rails creates a magnetic field. This field interacts with the current flowing through the armature A and thus applies a propelling force directed towards it.
Chacun des blocs d'alimentation comporte lui-même :
- des condensateurs de stockage d'énergie pour stocker, au cours d'une période de charge préalable à chaque tir, l'énergie électrique nécessaire à la propulsion du projectile dans le segment de voie correspondant à ce bloc d'alimentation,
- et une inductance de régularisation connectée en série avec ces condensateurs de stockage entre les bornes du segment de voie correspondant pour régulariser l'intensité du courant propulsif pendant une période de transit du projectile dans ce segment.
- energy storage capacitors for storing, during a charge period prior to each shot, the electrical energy necessary for propelling the projectile in the track segment corresponding to this power supply,
- and a regulation inductor connected in series with these storage capacitors between the terminals of the corresponding channel segment to regulate the intensity of the propellant current during a period of transit of the projectile in this segment.
Le canon comporte encore des moyens de charge pour charger chacun de ces condensateurs de stockage au cours de cette période de charge. Dans le canon donné en exemple ces moyens de charge sont constitués par un générateur dynamo-électrique 2 associé à des circuits de conditionnement non représentés et à un interrupteur de mise sous tension rapide 4 qui est fermé au début de chaque période de charge.The gun also includes charging means for charging each of these storage capacitors during this charging period. In the cannon given as an example, these charging means consist of a dynamo-
Il comporte encore des moyens d'introduction de projectile 6 pour introduire le projectile P muni de son armature A à l'extrémité arrière du premier segment S1. De préférence ces moyens comportent un prélanceur 6 qui peut être de type connu.It also includes projectile introduction means 6 for introducing the projectile P provided with its armature A at the rear end of the first segment S1. Preferably these means comprise a pre-launcher 6 which can be of known type.
Conformément à la présente invention chaque bloc d'alimentation, par exemple le dernier bloc BK, comporte :
- une borne active W1 connectée à l'une des bornes BA du segment de voie SK correspondant à ce bloc d'alimentation,
- une borne passive X1 connectée à l'autre borne BB de ce segment de voie,
- et une succession d'étages d'alimentation E1...EN. Cette succcession comporte un premier étage E1 et d'autres étages dont chacun, tel que l'étage E2, suit un étage précédent tel que l'étage E1. Chacun de ces étages, par exemple l'étage EN comporte une première borne avant WN d'une première polarité, une deuxième borne avant XN d'une deuxième polarité, une première borne arrière YN de la première polarité et une deuxième borne arrière ZN de la deuxième polarité. Les première et deuxième bornes avant du premier étage constituent respectivement les bornes active W1 et passive X1 de ce bloc d'alimentation. Les première et deuxième bornes avant WN et XN de chaque autre étage d'alimentation tel que l'étage EN sont respectivement connectées aux première et deuxième bornes arrières telle que Y N-1 et Z N-1 de l'étage précédent tel que l'étage EN-1. Chacun de ces étages comporte les éléments suivants qui sont décrits dans le cas de l'étage EN :
- un condensateur de stockage CN connecté entre ses première et deuxième bornes arrières YN et ZN, et une inductance de régularisation LN connectée entre ses premières bornes avant et arrière WN et YN. Les deuxièmes bornes avant et arrière XN et ZN de cet étage sont mutuellement connectées. Il en résulte que les inductances de régularisation de ces étages successifs E1...EN sont connectées en série en formant une succession d'inductances L1...LN qui est connectée à la borne active W1 et que les condensateurs de stockage C1...CN de ces mêmes étages sont connectées entre d'une part la borne passive X1 et d'autre part des bornes successives Y1...YN de cette succession d'inductances, à la manière d'une ligne à retard. Grâce à cette disposition, lorsque les bornes de ce bloc sont connectées l'une à l'autre par l'armature de véhicule A par l'intermédiaire des rails R et S après que lesdits condensateurs de stockage C1...CN aient été chargés, le bloc d'alimentation BK délivre le courant propulsif sous la forme d'une impulsion de décharge qui tend à se rapprocher d'une impulsion rectangulaire, c'est-à-dire qu'elle présente un front de montée et un front de descente séparés par une largeur d'impulsion propre à ce bloc d'alimentation. Cette largeur dépend au moins des capacités des condensateurs de stockage C1...CN, des valeurs des inductances de régularisation L1...LN et du nombre N des étages d'alimentation. Cette largeur d'impulsion et le temps de transit du projectile P dans le segment de voie SK correspondant à ce bloc d'alimentation BK sont mutuellement adaptés. Cette adaptation mutuelle est réalisée idéalement, dans la mesure où l'impulsion de décharge présente des fronts de montée et de descente verticaux, si ces fronts de montée et de descente coïncident respectivement avec les instants d'entrée et de sortie de l'armature A dans le segment de voie correspondant. Dans la pratique cette coïncidence est seulement approximative.
- an active terminal W1 connected to one of the terminals BA of the track segment SK corresponding to this power supply,
- a passive terminal X1 connected to the other terminal BB of this track segment,
- and a succession of supply stages E1 ... EN. This succession comprises a first stage E1 and other stages each of which, such as stage E2, follows a preceding stage such as stage E1. Each of these stages, for example the stage EN comprises a first terminal before WN of a first polarity, a second terminal before XN of a second polarity, a first rear terminal YN of the first polarity and a second rear terminal ZN of the second polarity. The first and second front terminals of the first stage respectively constitute the active W1 and passive X1 terminals of this power supply. The first and second terminals before WN and XN of each other supply stage such as the stage EN are respectively connected to the first and second rear terminals such as Y N-1 and Z N-1 of the preceding stage such that l 'EN-1 floor. Each of these stages has the following elements which are described in the case of the EN stage:
- a storage capacitor CN connected between its first and second rear terminals YN and ZN, and a regulation inductance LN connected between its first front and rear terminals WN and YN. The second front and rear terminals XN and ZN of this stage are mutually connected. It follows that the regulation inductors of these successive stages E1 ... EN are connected in series by forming a succession of inductances L1 ... LN which is connected to the active terminal W1 and that the storage capacitors C1 .. .CN of these same stages are connected between on the one hand the passive terminal X1 and on the other hand of the successive terminals Y1 ... YN of this succession of inductances, in the manner of a delay line. Thanks to this arrangement, when the terminals of this block are connected to each other by the vehicle frame A via the rails R and S after said storage capacitors C1 ... CN have been charged , the power supply BK delivers the propellant current in the form of a discharge pulse which tends to approach a rectangular pulse, that is to say that it has a rising edge and a descent separated by a pulse width specific to this power supply. This width depends at least on the capacities of the storage capacitors C1 ... CN, the values of the regulation inductors L1 ... LN and the number N of the supply stages. This pulse width and the transit time of the projectile P in the track segment SK corresponding to this power supply BK are mutually adapted. This mutual adaptation is ideally carried out, insofar as the discharge pulse has vertical rising and falling edges, if these fronts rise and fall coincide respectively with the instants of entry and exit of the reinforcement A in the corresponding track segment. In practice this coincidence is only approximate.
La longueur L des segments de voie est limitée de sorte que le nombre K de ces segments est supérieur à trois. Ce nombre est choisi pour faire passer un courant propulsif d'intensité sensiblement constante à travers l'armature de projectile A.The length L of the track segments is limited so that the number K of these segments is greater than three. This number is chosen to pass a propellant current of substantially constant intensity through the projectile armature A.
Il y a intérêt à accroître le nombre de ces segments notamment pour que la force contre-électromotrice résultant du déplacement du projectile ne présente pas, pendant la durée du transit de ce projectile dans un segment de voie, une variation trop importante qui ferait varier l'intensité du courant propulsif et donc de la force propulsive. Il convient cependant que chaque segment présente une longueur suffisante pour que l'intensité du champ magnétique à l'arrière de l'armature ne soit généralement pas diminuée de manière sensible. La force propulsive est en effet proportionnelle au produit de cette intensité de champ par l'intensité du courant propulsif traversant l'armature.It is advantageous to increase the number of these segments in particular so that the counter-electromotive force resulting from the movement of the projectile does not exhibit, during the duration of the transit of this projectile in a track segment, too great a variation which would cause the l intensity of the propelling current and therefore of the propelling force. However, each segment should have a sufficient length so that the intensity of the magnetic field at the rear of the frame is generally not significantly reduced. The propulsive force is in fact proportional to the product of this field intensity by the intensity of the propulsive current passing through the armature.
C'est pourquoi, de préférence la longueur L de chacun des segments de voie S1 est égale ou supérieure à cinq fois la largeur électrique D de la voie de lancement.This is why, preferably the length L of each of the track segments S1 is equal to or greater than five times the electrical width D of the launch track.
De préférence les condensateurs de stockage sont des condensateurs électrolytiques. Chacun de ces condensateurs par exemple le condensateur CN, comporte deux électrodes 12, 14 et est protégé contre une inversion de polarité par un redresseur de protection de condensateur DN connecté entre la première borne arrière YN de son étage d'alimentation EN et l'une des deux électrodes de ce condensateur. Cette électrode constitue une, électrode "protégée" 14.Preferably the storage capacitors are electrolytic capacitors. Each of these capacitors, for example the capacitor CN, has two
De préférence les moyens de charge 2, 4 chargent un dit bloc d'alimentation tel que BK en chargeant en parallèle les condensateurs de stockage C1...CN des étages d'alimentation successifs E1...EN de ce bloc. Chacun de ces condensateurs est chargé à travers un redresseur de protection de charge GN connecté a son électrode protégée 14.Preferably the charging means 2, 4 charge a said power supply unit such as BK by charging in parallel the storage capacitors C1 ... CN of the successive power supply stages E1 ... EN of this block. Each of these capacitors is charged through a charge protection rectifier GN connected to its protected
Dans le canon donné en exemple, chacun des blocs d'alimentation B1...BK est muni d'une inductace de charge LS1...LSK qui est ou non saturable. Les moyens de charge 2, 4 chargent ce bloc à travers cette inductance de charge.In the example cannon, each of the power supplies B1 ... BK is fitted with a load inductace LS1 ... LSK which may or may not be saturable. The charging means 2, 4 charge this block through this charge inductor.
Selon une disposition parfois préférable et adoptée dans le canon donné en exemple certains au moins des segments de voie S1...SK et en fait, tous ces segments, ont des longueurs égales L. Dans ce cas, les largeurs d'impulsion des blocs d'alimentation B1...BK qui correspondent a ces segments décroîssent lorsque le rang de ces segments croît.According to an arrangement that is sometimes preferable and adopted in the cannon given as an example at least some of the track segments S1 ... SK and in fact, all of these segments have equal lengths L. In this case, the pulse widths of the blocks B1 ... BK which correspond to these segments decrease when the rank of these segments increases.
Selon une disposition alternative non représentée certains au moins des blocs d'alimentation des segment B1...BK ont une même largeur d'impulsion. Les segments de voie S1...SK correspondant à ces blocs ont alors des longueurs qui croîssent avec le rang de ces segments.According to an alternative arrangement not shown, at least some of the power supplies of the segments B1 ... BK have the same pulse width. The track segments S1 ... SK corresponding to these blocks then have lengths which increase with the rank of these segments.
Bien entendu des compromis peuvent être préférables entre ces deux dispositions alternatives.Of course compromises may be preferable between these two alternative arrangements.
La description qui précéde fait apparaître, compte tenu de l'utilisation d'un prélanceur, que le seul organe de commutation utilisé est l'interrupteur de mise sous tension 4. Il peut être manoeuvré entre chaque tir ou uniquement entre chaque campagne de tir (cas de tirs en rafales). Les inductances de charge, saturables telles que les inductances LS1...LSK, ou non saturables, peuvent être dimensionnées en fonction de l'intervalle de temps le plus court devant séparer deux tirs. L'interrupteur 4 peut être d'un type quelconque, manuel, à commande électromagnétique (le cas représenté sur le schéma), ou statique (il faudrait, dans ce cas, prévoir, de toute façon, un sectionneur d'isolement). Un modèle préféré présente la particularité d'utiliser le courant traversant en assistance à la fermeture.The preceding description shows, taking into account the use of a pre-launcher, that the only switching device used is the power-up switch 4. It can be operated between each shot or only between each shot campaign ( in case of bursts of fire). Load inductors, saturable such as inductors LS1 ... LSK, or unsaturable, can be dimensioned according to the shortest time interval between two shots. The switch 4 can be of any type, manual, electromagnetic control (the case shown in the diagram), or static (in this case, in any case, provide an isolation switch). A preferred model has the particularity of using the through current as assistance in closing.
L'ensemble des dispositions précédentes permet d'accroître de manière significative le rendement énergétique du lanceur à rails et donc de réduire sa consommation en énergie primaire. Il est alors possible d'effectuer des tirs rapprochés voire même des tirs en rafale.All of the above provisions make it possible to significantly increase the energy efficiency of the rail launcher and therefore to reduce its consumption of primary energy. It is then possible to make close shots or even burst shots.
Les impulsions de décharge étant déclenchées par la mise en contact des deux rails d'un même segment de rail, on obtient une optimisation des instants de déclenchement de ces impulsions, quel que soit la masse du projectile. Il est alors possible de concevoir des canons électromagnétiques de longueurs différentes et pour des projectiles de masses et/ou de types différents, sans avoir à adapter les positions de capteurs et les temps de réponse de commutateurs.The discharge pulses being triggered by the activation contact of the two rails of the same rail segment, an optimization of the instants of triggering of these pulses is obtained, whatever the mass of the projectile. It is then possible to design electromagnetic guns of different lengths and for projectiles of different masses and / or types, without having to adapt the positions of sensors and the response times of switches.
La structure des blocs d'alimentation permet de diminuer la quantité d'énergie présente aux bornes d'un segment de rails.The structure of the power supplies makes it possible to reduce the amount of energy present at the terminals of a rail segment.
Dans les canons électromagnétiques connus, il apparaîssait nécessaire, pour obtenir une puissance suffisante du canon, de charger les condensateurs de stockage sous des tensions relativement élevées qui, si elles étaient appliquées en permanence entre les rails du canon, créeraient un risque de formation d'un arc électrique parasite. Ce risque est classiquement évité par l'utilisation de dispositifs de commutation rapide. Il est diminué, selon l'invention, par le fait que la tension de charge des condensateurs de stockage peut être diminuée sans perte de puissance du canon, ce qui permet d'éviter l'utilisation des dispositifs de commutation rapide des canons connus. On peut donc relier directement un bloc d'alimentation aux extrémités de ce segment.In known electromagnetic guns, it appeared necessary, in order to obtain sufficient power from the gun, to charge the storage capacitors under relatively high voltages which, if they were applied permanently between the rails of the gun, would create a risk of formation of a parasitic electric arc. This risk is conventionally avoided by the use of rapid switching devices. It is reduced, according to the invention, by the fact that the charging voltage of the storage capacitors can be reduced without loss of power from the gun, which makes it possible to avoid the use of rapid switching devices for known guns. We can therefore directly connect a power supply to the ends of this segment.
La structure des blocs d'alimentation convient donc parfaitement à l'établissement d'impulsion par mise en contact des rails par l'armature du projectile.The structure of the power supply units is therefore perfectly suited to establishing a pulse by bringing the rails into contact with the armature of the projectile.
De façon générale, la présente invention s'applique à tout bloc d'alimentation générant une impulsion de décharge d'énergie d'amplitude inférieure à une tension critique à laquelle apparaît un risque de création d'un arc parasite, cette tension critique étant fonction de l'espacement des rails du canon.In general, the present invention applies to any power supply unit generating an energy discharge pulse of amplitude less than a critical voltage at which appears a risk of creation of a parasitic arc, this critical voltage being a function the spacing of the barrel rails.
Ce type de bloc d'alimentation correspond notamment à une durée proportionnelle à celle du temps de transit d'un projectile sur un segment de rail.This type of power supply unit corresponds in particular to a duration proportional to that of the transit time of a projectile on a rail segment.
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FR2756985A1 (en) * | 1996-12-05 | 1998-06-12 | France Etat | Electromagnetic projectile launcher tube |
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- 1991-09-25 EP EP91402558A patent/EP0478452A1/en not_active Withdrawn
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EP0928944A1 (en) * | 1996-12-05 | 1999-07-14 | Etat-Francais représenté par le Délégué Général pour L'Armement | A movable body accelerating electromagnetic device |
CN107860263A (en) * | 2017-11-24 | 2018-03-30 | 广东交通职业技术学院 | A kind of dynamical system and emitter for emitter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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FR2667388A1 (en) | 1992-04-03 |
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