EP0928944B1 - A movable body accelerating electromagnetic device - Google Patents
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- 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
Description
La présente invention concerne un dispositif électromagnétique permettant d'accélérer un mobile conducteur de l'électricité, destiné notamment à être utilisé pour lancer un projectile.The present invention relates to an electromagnetic device allowing to accelerate a mobile conductor of electricity, intended especially to be used to launch a projectile.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif du type comportant des moyens pour alimenter en courant électrique le mobile et l'accélérer sous l'effet des forces magnétiques dites de Laplace (encore dites de Lenz) et des moyens pour guider le mobile pendant sa course d'accélération.The invention relates more particularly to a device of the type comprising means for supplying electric power to the mobile and accelerate it under the effect of so-called Laplace magnetic forces (again say of Lenz) and means to guide the mobile during its race acceleration.
On connaít des dispositifs de ce type, communément appelés lanceurs à rails, qui comportent deux rails parallèles conducteurs de l'électricité le long desquels le projectile peut glisser en établissant un contact électrique entre ces derniers. Le courant électrique parcourant les rails conducteurs crée un champ magnétique qui donne naissance dans le projectile aux forces magnétiques de Laplace(ou Lenz).There are known devices of this type, commonly called rail launchers, which have two parallel conductive rails electricity along which the projectile can slide by establishing a electrical contact between them. The electric current flowing through conductive rails creates a magnetic field which gives rise in the projectile with magnetic forces from Laplace (or Lenz).
Ce type de dispositif permet d'obtenir des vitesses élevées en sortie, de l'ordre de 2 à 5 km/s pour un projectile comme celui montré dans le brevet US 4 576 082 dont la masse est comprise entre une centaine de grammes et plusieurs kilogrammes.This type of device makes it possible to obtain high speeds in output, of the order of 2 to 5 km / s for a projectile like that shown in US Patent 4,576,082 whose mass is between one hundred grams and several kilograms.
Compte-tenu des valeurs très élevées de l'intensité du courant électrique qui sont nécessaires pour obtenir l'accélération recherchée, les deux rails conducteurs sont reliés par exemple à un ensemble de condensateurs capables de restituer en une durée très brève une énergie électrique considérable.Taking into account the very high values of the current intensity necessary to obtain the desired acceleration, the two conductor rails are connected for example to a set of capacitors capable of restoring energy in a very short time considerable electrical.
En fonction de l'accélération à donner au projectile, on relie tout ou partie des condensateurs aux rails conducteurs.Depending on the acceleration to be given to the projectile, we connect all or part of the capacitors on the conductor rails.
Le branchement des condensateurs est toutefois délicat à effectuer en raison des valeurs particulièrement élevées de l'intensité du courant en jeu.Connecting the capacitors is tricky, however. due to the particularly high values of the intensity of the running in game.
En outre, la charge des condensateurs peut devenir difficile à gérer lorsque tous les condensateurs ne sont pas utilisés.In addition, charging the capacitors may become difficult to manage when all the capacitors are not used.
La présente invention a pour objet un nouveau dispositif qui permette notamment de remédier aux inconvénients précités.The subject of the present invention is a new device which allows in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
Elle y parvient en proposant un dispositif pour accélérer un mobile, du type comportant des moyens de guidage pour guider le mobile pendant sa course d'accélération et des moyens pour alimenter le mobile en courant électrique et l'accélérer sous l'effet des forces magnétiques de Laplace (ou Lenz), caractérisé par le fait que les moyens d'alimentation en courant électrique comportent au moins deux segments conducteurs de l'électricité, reliés chacun à une source d'énergie électrique et réglables en position le long des moyens de guidage de manière à faire passer un courant électrique à travers le mobile lors de son passage en des emplacements prédéterminés choisis en fonction de l'accélération ou de la vitesse à donner au mobile.It achieves this by proposing a device to accelerate a mobile, of the type comprising guide means for guiding the mobile during its acceleration stroke and means for supplying the mobile with electric current and accelerate it under the effect of the magnetic forces of Laplace (or Lenz), characterized in that the means power supply have at least two segments conductors of electricity, each connected to an energy source electric and adjustable in position along the guide means so as to pass an electric current through the mobile when its passage in predetermined locations chosen according to the acceleration or speed to give to the mobile.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, chaque segment est relié à une source d'énergie électrique capacitive de capacité nominale constante.According to a preferred embodiment of the invention, each segment is connected to a capacitive electrical power source of constant nominal capacity.
Grâce à l'invention, il n'est plus nécessaire pour modifier l'accélération donnée au mobile d'agir sur les branchements reliant les condensateurs et les rails conducteurs car il suffit de positionner différemment les segments conducteurs pour diminuer ou augmenter la valeur de l'intensité du courant électrique qui traverse le mobile en un emplacement donné de sa trajectoire et l'intensité des forces magnétiques de Laplace (ou Lenz) qui s'exercent sur celui-ci.Thanks to the invention, it is no longer necessary to modify the acceleration given to the mobile to act on the connections connecting the capacitors and conductor rails as it suffices to position differently the conductive segments to decrease or increase the value of the intensity of the electric current flowing through the mobile in one given location of its trajectory and the intensity of magnetic forces of Laplace (or Lenz) who exercise on it.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, le dispositif comporte au moins deux segments placés dans l'alignement l'un de l'autre avec un espacement entre eux.In a particular embodiment of the invention, the device comprises at least two segments placed in alignment one of the other with a spacing between them.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, la polarité et le positionnement des segments sont choisis de manière à provoquer la rotation du mobile sur lui-même à sa sortie du dispositif.In a particular embodiment of the invention, the polarity and the positioning of the segments are chosen so as to cause the mobile to rotate on itself when it leaves the device.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention. le dispositif comporte des vérins à vis pour entraíner en déplacement axial les segments le long des moyens de guidage.In a particular embodiment of the invention. the device comprises screw jacks for driving in axial displacement the segments along the guide means.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, chaque segment se présente sous la forme d'un tronçon de rail guidé en coulissement par deux glissières en matériau électriquement isolant.In a particular embodiment of the invention, each segment is in the form of a section of rail guided in sliding by two slides of electrically insulating material.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, chaque segment participe au guidage du mobile.In a particular embodiment of the invention, each segment participates in guiding the mobile.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, les segments sont répartis angulairement autour d'un axe géométrique parallèle à la direction d'accélération du mobile.In a particular embodiment of the invention, the segments are distributed angularly around a parallel geometric axis to the direction of acceleration of the mobile.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, chaque segment comporte un substrat en aluminium ou en cuivre revêtu sur son côté destiné à venir en contact avec le mobile d'un dépôt de carbure de silicium.In a particular embodiment of the invention, each segment has an aluminum or copper substrate coated on its side intended to come into contact with the mobile of a silicon carbide deposit.
Dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, le mobile présente sur tout ou partie de sa périphérie des brins conducteurs de l'électricité, destinés à établir un contact électrique glissant avec les segments. In a particular embodiment of the invention, the mobile has conductive strands on all or part of its periphery electricity, intended to establish sliding electrical contact with the segments.
L'invention a encore pour objet un projectile comportant sur toute sa périphérie des brins conducteurs de l'électricité aptes à établir un contact électrique glissant avec les segments d'un dispositif électromagnétique tel que précité.The invention also relates to a projectile comprising on its entire periphery of the electrically conductive strands capable of establishing sliding electrical contact with the segments of a device electromagnetic as above.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention et au vu du dessin sur lequel :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un projectile pouvant être utilisé dans un dispositif électromagnétique selon l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe transversale selon le trait de coupe II-II de la figure 1,
- la figure 3 est une vue schématique en perspective, partielle, représentant un dispositif électromagnétique conforme à un exemple de réalisation de l'invention,
- la figure 4 est une vue schématique et partielle, en coupe transversale, du dispositif représenté sur la figure 3,
- les figures 5 et 6 illustrent l'allure de l'intensité du courant électrique traversant le projectile en fonction de la position axiale de ce dernier pour deux exemples de positionnement relatif des segments.
- FIG. 1 is a schematic view in axial section of a projectile which can be used in an electromagnetic device according to the invention,
- FIG. 2 is a cross-sectional view along the section line II-II of FIG. 1,
- FIG. 3 is a partial schematic perspective view showing an electromagnetic device according to an exemplary embodiment of the invention,
- FIG. 4 is a schematic and partial view, in cross section, of the device shown in FIG. 3,
- Figures 5 and 6 illustrate the shape of the intensity of the electric current passing through the projectile as a function of the axial position of the latter for two examples of relative positioning of the segments.
On a représenté sur les figures 1 et 2 un projectile 1 destiné à
être utilisé dans un dispositif électromagnétique conforme à l'invention.FIGS. 1 and 2 show a
Ce projectile 1 comporte dans un exemple particulier décrit un
corps symétrique de révolution autour d'un axe X et présente sur sa
périphérie une gorge annulaire dans laquelle est retenue une couronne
conductrice de l'électricité 3, sur la surface radialement externe de
laquelle se dressent des brins 2 conducteurs de l'électricité, constituant
un balai adapté à collecter le courant électrique par contact glissant. Ces
brins 2 sont connus en eux-mêmes, sont de préférence du type décrit dans le
brevet français 79 27526, et seront décrits plus en détail dans la suite.
Bien entendu, le projectile peut présenter, sans que l'on sorte du cadre
de l'invention, une section non symétrique de révolution, carrée par
exemple.This
On a représenté sur les figures 3 et 4, de façon schématique, un
dispositif électromagnétique 4 conforme à un exemple de réalisation de
l'invention. Ce dispositif comporte des moyens de guidage du projectile 1
selon un axe géométrique Y confondu lors du lancement avec l'axe X et des
moyens pour alimenter en courant électrique le projectile 1.FIGS. 3 and 4 show schematically a
Les moyens de guidage comportent une pluralité de glissières 5
rectilignes réalisées en un matériau électriquement isolant. Ces glissières
5 sont équiréparties angulairement autour de l'axe Y.The guide means comprise a plurality of
La surface radialement interne des glissières 5 est cylindrique
de révolution autour de l'axe Y et sert à guider le projectile durant sa
course d'accélération.The radially internal surface of the
Les glissières 5 constituent en outre une structure de guidage
pour une pluralité de segments 6 conducteurs de l'électricité, reliés
chacun par un fil conducteur 7 à un ou plusieurs condensateurs associés.The
Chaque segment 6 peut coulisser le long de l'espace formé entre
deux glissières 5 adjacentes.Each
Les segments 6 comportent dans l'exemple décrit un substrat en
aluminium ou cuivre par exemple et, sur la face radialement interne
destinée à venir en contact avec les brins conducteurs 2, un dépôt de
carbure de silicium.The
Ce dépôt peut être effectué par centrifugation notamment.This deposition can be carried out by centrifugation in particular.
Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention en utilisant
des segments 6 réalisés dans d'autres matériaux connus et appropriés.Of course, it is not going beyond the ambit of the invention to use
La surface radialement interne des segments 6 se situe dans la
continuité de la surface radialement interne des glissières 5.The radially internal surface of the
A titre indicatif, le diamètre du projectile peut être par exemple compris entre 10 et 140 mm.As an indication, the diameter of the projectile can be by example between 10 and 140 mm.
La longueur des glissières 5 peut être par exemple de 6 m, et la
longueur d'un segment 0,5 m.The length of the
Une grande diversité de moyens peut être utilisée pour déplacer
parallèlement à l'axe Y chacun des segments 6.A wide variety of means can be used to move
parallel to the Y axis each of the
On peut par exemple utiliser des vérins à vis.One can for example use screw jacks.
On a représenté sur la figure 3 les axes A, B, C parallèles à l'axe Y de trois vérins à vis.There is shown in Figure 3 the axes A, B, C parallel to the Y axis of three screw jacks.
Les vis des vélins sont entraínées en rotation sur elles-mêmes
par des moyens moteur connus en eux-mêmes et non représentés et sont
engagées dans des plots 8 solidaires de segments respectifs 6. Le
déplacement de chaque segment peut être commandé par un calculateur
programmé pour calculer, en fonction de la vitesse souhaitée en sortie du
dispositif, la disposition relative des segments permettant d'atteindre
cette vitesse.The screws of the vellums are driven in rotation on themselves
by motor means known in themselves and not shown and are
engaged in
Les plots 8 sont traversés par des orifices taraudés 9 dans
lesquels viennent en prise les vis, et servent en outre, dans l'exemple
décrit, au raccordement des fils 7.The
Plusieurs segments 6 peuvent être disposés dans le prolongement
l'un de l'autre.
A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 3 deux segments
6 disposés dans l'alignement l'un de l'autre avec un espacement entre eux.
Ces deux segments 6 sont entraínés en déplacement simultanément par la
rotation de la vis d'axe B.By way of example, FIG. 3 shows two
Tous les segments 6 situés d'un même côté d'un plan diamétral
contenant l'axe Y peuvent présenter par exemple la même polarité et ceux
situés de l'autre côté la polarité opposée, comme illustré sur la figure 4,
sur laquelle on a représenté la ligne neutre N.All
On positionne les segments 6 en veillant de préférence à ce que
deux segments de polarités opposées destinés à venir simultanément au
contact du projectile soient sensiblement diamétralement opposés.The
Dans le cas où l'on dispose plusieurs segments dans l'alignement
les uns des autres et où l'on cherche à faire tourner sur lui-même le
projectile à sa sortie du dispositif 4, les segments alignés présentent
avantageusement des polarités alternées.In the case where there are several segments in the alignment
of each other and where one seeks to rotate on itself the
projectile at its exit from the
En se référant de nouveau aux figures 1 et 2, les brins 2 sont
encastrés à une extrémité dans la couronne 3 et présentent une longueur en
port-à-faux excédant de préférence d'au moins 10 % l'espacement moyen entre
le projectile 1 et les segments 6.Referring again to Figures 1 and 2, the
De la sorte, la déformation par flexion de l'extrémité libre des
brins 2, qui est souple, assure le maintien d'une pression de contact
suffisante lors du glissement le long d'un segment.In this way, the bending deformation of the free end of the
De préférence, le diamètre des brins 2 est compris entre 60 µm et
100 µm et leur longueur est inférieure à 15 mm.Preferably, the diameter of the
De préférence, les brins 2 sont réalisés en alliage métallique
dur, à bonne élasticité, par exemple en bronze au cadmium ou en alliage
FeSi ou en cuivre et ses alliages.Preferably, the
Les brins 2 sont obtenus par exemple par tréfilage suivi
éventuellement d'un écrouissage. The
Des brins non conducteurs de l'électricité peuvent en outre être rajoutés à des fins de lubrification par exemple.Electrically non-conductive strands can also be added for lubrication purposes for example.
Le dispositif peut s'utiliser de la façon suivante.The device can be used as follows.
Les segments 6 sont disposés par exemple autour de l'axe Y selon
une double hélice, c'est-à-dire que lorsque l'on tourne dans un sens donné
autour de l'axe Y, deux segments successifs de même polarité sont décalés
axialement en direction de la sortie du dispositif et les segments de
polarités opposées sont disposés symétriquement par rapport à l'axe Y.The
En réglant la position de chaque segment par rapport aux segments adjacents de même polarité, on peut augmenter ou diminuer la longueur de recouvrement de deux segments de même polarité et agir sur la surface totale des segments venant simultanément au contact du projectile, donc sur l'intensité du courant qui traversera le projectile.By adjusting the position of each segment in relation to the segments adjacent poles, you can increase or decrease the length of overlap of two segments of the same polarity and act on the surface total of the segments coming simultaneously into contact with the projectile, therefore on the intensity of the current which will cross the projectile.
La position des segments est choisie en fonction de l'intensité du courant qui doit traverser le projectile en un emplacement donné de sa course de lancement et l'accélération résultant du positionnement des segments peut être aisément calculée par l'homme du métier.The position of the segments is chosen according to the intensity of current which must pass through the projectile at a given location in its launch course and acceleration resulting from the positioning of segments can be easily calculated by those skilled in the art.
La portée du tir du projectile 1 peut être modifiée en jouant sur
la vitesse du projective à la sortie du dispositif 4 résultant du
positionnement des segments 6.The range of projectile 1 fire can be changed by playing on
the speed of the projective at the output of the
Après avoir positionné les segments 6 selon l'accélération à
donner au projectile et chargé les condensateurs associés, on peut
introduire le projectile dans le dispositif.After positioning the
Le projectile établit alors un contact électrique entre les deux premiers segments de polarités opposées et diamétralement opposés et se trouve propulsé vers la sortie, établissant au fur et à mesure de sa course un contact entre les segments suivants qui l'accélèrent à nouveau.The projectile then establishes an electrical contact between the two first segments of opposite and diametrically opposite polarities and finds it propelled towards the exit, establishing as it travels a contact between the following segments which accelerate it again.
On a illustré sur la figure 5 une configuration dans laquelle les cinq premiers segments de même polarité se recouvrent deux à deux d'une distance l et les cinquième et sixième segments de même polarité se succèdent en se recouvrant d'une distance L supérieure.FIG. 5 illustrates a configuration in which the first five segments of the same polarity overlap two by two by a distance l and the fifth and sixth segments of the same polarity follow one another by overlapping by a greater distance L.
On a également indiqué sur cette figure l'évolution de l'intensité du courant traversant le projectile selon la position axiale x de ce dernier le long de l'axe Y.We have also indicated in this figure the evolution of the intensity of the current passing through the projectile according to the axial position x of the latter along the Y axis.
On a représenté sur la figure 6 un autre exemple de configuration
des segments 6 dans laquelle le recouvrement axial des cinq premiers
segments de même polarité vaut L et le recouvrement des cinquième et
sixième segments vaut l.FIG. 6 shows another example of configuration of the
On a indiqué par des pointillés sur les figures 5 et 6 l'intensité du courant électrique résultant du cumul des courants débités par chacun des segments.It has been indicated by dotted lines in FIGS. 5 and 6 the intensity of the electric current resulting from the cumulation of the currents delivered by each of the segments.
On remarquera que le fait qu'il existe un recouvrement axial de deux segments de même polarité permet de faire se cumuler dans la zone de recouvrement les courants débités par chacun des segments au travers du projectile ; il est possible par ce biais de soumettre par exemple le projectile à une intensité sensiblement constante tout au long de sa course d'accélération si cela est souhaité.Note that the fact that there is an axial overlap of two segments of the same polarity allows to accumulate in the area of recovery of the currents delivered by each of the segments through the projectile; it is possible through this to submit for example the projectile at a substantially constant intensity throughout its course acceleration if desired.
On remarquera en outre que le courant débité simultanément par plusieurs segments de même polarité peut être supérieur au courant maximal débité par un segment.It will also be noted that the current delivered simultaneously by several segments of the same polarity can be greater than the maximum current debited by a segment.
Pour modifier la trajectoire du projectile entre deux tirs successifs, il n'est pas nécessaire d'agir sur la capacité nominale et la charge des condensateurs produisant le courant électrique qui traverse le projectile.To modify the trajectory of the projectile between two shots successive, there is no need to act on the nominal capacity and the charging of the capacitors producing the electric current flowing through the projectile.
Il suffit dans l'invention de déplacer les segments les uns par rapport aux autres de façon à les placer dans une configuration qui confère au projectile l'accélération voulue.It suffices in the invention to move the segments one by relation to the others so as to place them in a configuration which confers to the projectile the desired acceleration.
Il faut comprendre que l'invention offre une très grande liberté dans le choix de l'accélération du projectile.It must be understood that the invention offers very great freedom in the choice of the acceleration of the projectile.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit et l'on peut notamment remplacer les vérins à vis servant à déplacer les segments par des moyens équivalents.The invention is not limited to the embodiment which has just been described and it is possible in particular to replace the screw jacks used to move the segments by equivalent means.
La forme du projectile et l'implantation des brins ne sont pas limitées aux exemples qui viennent d'être décrits et par ailleurs le contenu du projectile peut être quelconque.The shape of the projectile and the location of the strands are not limited to the examples which have just been described and moreover the content of the projectile can be arbitrary.
En outre, on peut utiliser le dispositif électromagnétique selon l'invention non pas pour lancer un projectile mais pour déplacer un organe restant guidé tout le long de sa trajectoire.In addition, the electromagnetic device can be used according to the invention not to launch a projectile but to move an organ remaining guided all along its trajectory.
Le nombre de segments 6 de même polarité est égal à six dans
l'exemple représenté sur la figure 4 mais l'on peut bien entendu utiliser
un nombre différent de segments 6 sans sortir du cadre de l'invention. The number of
On ne sort pas non plus du cadre de l'invention en reliant les segments non pas à des condensateurs mais à d'autres sources de courant telles que des inductances.We do not go beyond the scope of the invention by connecting the segments not to capacitors but to other current sources such as inductors.
Claims (12)
- Electromagnetic device (4) for acceleration of a sliding unit (1) which conducts electricity, of the type comprising guide means to guide the sliding unit during its acceleration path, and means for supplying the sliding unit with electric current and accelerating it under the effect of the Laplace (or Lenz) magnetic forces, characterised in that the means for supplying electric current comprise at least two segments (6) which conduct electricity, each of which is connected to a source of electric energy, and the position of which can be regulated along the guide means (5), such as to make an electric current pass through the sliding unit (1) during its passage, at pre-determined locations, which are selected according to the acceleration or speed to be imparted to the sliding unit.
- Device according to claim 1, characterised in that each segment (6) is connected to a capacitive source of electric energy having a constant nominal capacity.
- Device according to claim 1 or claim 2, characterised in that it comprises at least two segments (6), which are aligned with one another, with a space between one another.
- Device according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the polarity and positioning of the segments (6) are selected such as to give rise to rotation of the sliding unit (1) around itself.
- Device according to any one of claims 1 to 4, characterised in that it comprises screw-type jacks for entraining the said segments (6) in axial displacement.
- Device according to any one of claims 1 to 5, characterised in that each segment is in the form of a section of a rail, which is guided in a sliding manner by one or several slide rails (5) made of isolating material.
- Device according to any one of claims 1 to 6, characterised in that each segment (6) participates in guiding the sliding unit.
- Device according to any one of claims 1 to 7, characterised in that the segments (6) are distributed angularly around a geometric axis (Y), which is parallel to the direction of acceleration of the sliding unit.
- Device according to any one of claims 1 to 8, characterised in that each segment (6) comprises a substrate made of aluminium or copper which is coated with a silicon carbide deposit on its side which is designed to come into contact with the sliding unit.
- Device according to any one of the preceding claims, characterised in that the said sliding unit (1) has around all or part of its periphery strands (2) which are designed to establish sliding electric contact with the said segments (6).
- Device according to any one of claims 1 to 10, characterised in that the said sliding unit is a projectile.
- Projectile (1) comprising a body and strands (2) in order to establish sliding electric contact with segments of an electromagnetic launching device, characterised in that the said strands extend around the entire periphery of the said body.
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