申请/专利权人：武汉大学

申请日：2018-09-10

公开（公告）日：2020-11-03

公开（公告）号：CN109186334B

主分类号：F41B6/00(20060101)

分类号：F41B6/00(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.03#授权;2019.02.12#实质审查的生效;2019.01.11#公开

摘要：本发明涉及脉冲功率技术，具体涉及一种电枢重复使用的电磁线圈发射器及发射方法，该发射器包括多级线圈、电枢、载荷、连接器、发射筒、适配器、头部减速器、尾部减速器和驱动电路。其发射方法包括起始阶段，电枢和载荷通过连接器连接；给线圈通电，电枢感应电流后受到电动力作用，在发射筒中推动载荷运动，当电枢达到最大速度后，连接器断开，电枢与载荷分离，载荷以最大速度飞出发射筒，而电枢受到电枢拖拽力作用，开始减速；如果电枢速度是正值，电枢撞到头部减速器后自动落到尾部，实现电枢的回收；如果电枢达到反向速度，电枢撞到尾部减速器停止；同样实现电枢的回收；之后再填加载荷进行下一次发射。该方法能实现电枢的回收和重复使用。

主权项：1.一种电枢重复使用的电磁线圈发射器，其特征是，包括多级线圈、电枢、载荷、连接器、发射筒、适配器、头部减速器、尾部减速器和驱动电路；多级线圈依次排列通过封装固定于发射筒上，最后一级线圈与发射筒头部的距离大于两级线圈的长度；电枢位于发射筒中间，其初始位置位于第一级线圈的中部；头部减速器和尾部减速器分别设置于发射筒头部和尾部，电枢尾部放在尾部减速器上；电枢和载荷通过连接器连接，适配器装载于载荷外侧，使载荷与电枢以及发射筒同轴；各级线圈连接驱动电路。

全文数据：一种电枢重复使用的电磁线圈发射器及发射方法技术领域本发明属于脉冲功率技术领域，尤其涉及一种电枢重复使用的电磁线圈发射器及发射方法。背景技术电磁线圈发射器是一种由一个或多个线圈组成的加速器，各级线圈采用脉冲电容器进行馈电，各级线圈按照时间或电枢位置进行点火，使导体电枢内部产生感应电流和电磁力，电枢推动载荷至指定速度。电磁线圈发射器需要采用电枢推动载荷，目前主要有两种方式：一种是电枢和载荷集成到一起，每次发射电枢都会随载荷一同发射出去，由于电枢拖拽效应，载荷出口速度会小于峰值速度，而且出口的有效载荷减小，使得实际效率降低，效费比降低。另一种是电枢和载荷分离，电枢由于电枢拖拽作用会在达到最高速度后减速，载荷以最高速度出口后，电枢以略低速度射出炮膛，此时载荷发射效率较高。但是，此时电枢如果射出炮膛，由于带有一定速度，可能会伤及己方设备，且射出后，下次发射需要重新装填，造成浪费。发明内容本发明的目的是提供一种能够实现电枢自动回收的电磁线圈发射器，使电枢重复使用，提高效费比。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电枢重复使用的电磁线圈发射器，包括多级线圈、电枢、载荷、连接器、发射筒、适配器、头部减速器、尾部减速器和驱动电路；多级线圈依次排列通过封装固定于发射筒上，最后一级线圈与发射筒头部的距离大于两级线圈的长度；电枢位于发射筒中间，其初始位置位于第一级线圈的中部；头部减速器和尾部减速器分别设置于发射筒头部和尾部，电枢尾部放在尾部减速器上；电枢和载荷通过连接器连接，适配器装载于载荷外侧，使载荷与电枢以及发射筒同轴；各级线圈连接驱动电路。在上述的电枢重复使用的电磁线圈发射器中，电枢采用铝质筒状、铜质筒状或者螺线管电枢。在上述的电枢重复使用的电磁线圈发射器中，连接器采用形状接口自动接合，或者采用机械或电气装置进行可控接合和断开。在上述的电枢重复使用的电磁线圈发射器中，发射筒选用高强度绝缘材料。在上述的电枢重复使用的电磁线圈发射器中，驱动电路包括脉冲电容器、闭合开关、续流二极管和续流电阻；其连接方式包括续流电阻串联续流二极管后，与脉冲电容器并联、再与开关和线圈串联；或者续流电阻串联续流二极管后和线圈并联，再与开关和电容串联连接。在上述的电枢重复使用的电磁线圈发射器中，电枢质量为载荷质量的15以下，电枢的口径大于载荷的口径。在上述的电枢重复使用的电磁线圈发射器中，头部减速器、尾部减速器的容量根据电枢质量和最终速度确定电枢动能进行配置；电枢出口速度20ms以下。一种电枢重复使用的电磁线圈发射方法，包括起始阶段，电枢和载荷通过连接器连接；给线圈通电，电枢感应电流后受到电动力作用，在发射筒中推动载荷运动，当电枢达到最大速度后，连接器断开，电枢与载荷分离，载荷以最大速度飞出发射筒，而电枢受到电枢拖拽力作用，开始减速；如果电枢速度是正值，电枢撞到头部减速器后自动落到尾部，实现电枢的回收；如果电枢达到反向速度，电枢撞到尾部减速器停止；同样实现电枢的回收；之后再填加载荷进行下一次发射。本发明的有益效果：能够使电磁线圈发射器发射过程中电枢不随载荷射出发射筒，实现了电枢的自动回收，电枢能够重复使用。既避免伤及已方设备和浪费又提高了发射效率。附图说明图1：为本发明一个实施例电磁线圈发射器结构示意图；图2a为本发明一个实施例电磁线圈发射器各级线圈驱动电路第一种开关连接方式等效电路图；图2b为本发明一个实施例电磁线圈发射器各级线圈驱动电路第二种开关连接方式等效电路图；图3：为本发明一个实施例电枢受到的典型电磁力和速度波形图。具体实施方式下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。本实施例通过以下技术方案来实现，如图1所示，一种电枢重复使用的电磁线圈发射器，包括：多级线圈1，发射筒2，封装3、电枢4、载荷5、连接器6、适配器7、头部减速器8和尾部减速器9等部件。线圈1依次排列在发射筒2上，并由封装3对线圈进行封装，以实现电绝缘及机械加固；发射筒2的头部较最后一级线圈要长两级线圈以上；电枢4位于发射筒中间，其初始位置通常在线圈1的第一级中部，电枢4尾部可放在尾部减速器9上；电枢4和载荷5通过连接器6连接。适配器7放在载荷5外侧，使载荷5与发射筒2同轴。而且，电枢4最好采用铝质筒状电枢，特殊情况下也可考虑铜质筒状或者螺线管电枢。电枢4与载荷5所用的连接器6可采用形状接口自动接合，也可采用机械或者电气装置进行可控接合和断开。而且，发射筒2由高强度绝缘材料制作而成。而且，各级线圈主要由脉冲电容器驱动，如图2a、图2b所示，为各级线圈的驱动电路。驱动电路包括脉冲电容器C、续流二极管D、续流电阻RD，开关S，电磁线圈主要用线圈电组RL和线圈电感L串联表示。在放电回路中，脉冲电容器C为储能元件，通过闭合开关S对线圈RL+L放电；续流二极管D+RD反并联在脉冲电容器C两端，防止脉冲电容器C反向充电，保护脉冲电容器。作为可选择的回路，开关S的位置可选择图2a所示和图2b所示两种连接形式。而且，各级电源的开关随着电枢4运动时依次点火，使电枢4受到合适的电动力，进行载荷5加速，使电枢4在发射筒2头部处受到一定的拖拽力，从而电枢4减速。而且，头部减速器8、尾部减速器9的容量可根据电枢4质量和最终速度确定电枢4动能而进行配置，建议电枢4最终速度值设计到20ms以内，以便使减速器小型化。而且，电枢4口径大于载荷5口径，以便使电枢4在发射筒2头部或发射筒2尾部被拦截，而载荷5能够以最高速度射出发射筒2。为了使不同口径的电枢4和载荷5同轴，在载荷5上装载适配器7。而且，为使具有一定速度的电枢4停止运动，而且能够重复使用，在设计时尽量减轻电枢4质量和最终速度，建议电枢4的质量控制在载荷5质量的15以下，最终速度控制在20ms以下，以方便头部减速器8、尾部减速器9型号的选择。本实施例发射器工作原理，各级线圈1受脉冲功率电源驱动，使电枢4在发射筒2发射口处达到最大速度，然后开始减速，甚至反向运动，直至减速至某一速度，撞到头部减速器8或者尾部减速器9上，从而实现电枢4的回收及重复利用。在电枢4达到最高速度时，连接器6断开，载荷5以最高速度飞出发射筒2，而电枢4会因电枢拖拽力而减速，并撞头部减速器8上，最终实现电枢4的回收，电枢4也可能会反向加速具有一定的速度，最终撞到尾部减速器9上，实现电枢4的回收。本实施例一种电枢重复使用的电磁线圈发射方法包括，各级电源的开关随着电枢4运动时依次点火，使电枢4受到合适的电动力，进行载荷5加速，也使电枢4在发射筒2的发射口处受到一定的拖拽力，使电枢4减速。起始阶段，电枢4和载荷5通过连接器6连接；线圈1通电后，电枢4感应电流后受到电动力作用，在发射筒2中推动载荷5运动，当电枢4达到最大速度后，连接器6断开，电枢4和载荷5分离，载荷5以最高速度发射出去，而电枢4受到电枢拖拽力作用，开始减速，依据设计不同，电枢4可以实现快速减速，甚至与原运动方向相反，在发射筒头部和尾部均设置减速器，使低速动的电枢4停止运动，如果电枢4速度是正值，电枢4撞到头部减速器8后自动落到尾部，或者电枢4达到反向速度，会撞到尾部减速器9停止。然后填加载荷5进行下一次发射。如图3所示，为电枢4受到的典型电磁力和速度波形图，电枢4先受到同一方向的电磁力推进，当电枢4到达发射器出口的t1时刻后，电枢4达到峰值速度vmax，电枢4开始受到反向的电磁力作用开始减速，并最终达到出口速度vout。应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

权利要求：1.一种电枢重复使用的电磁线圈发射器，其特征是，包括多级线圈、电枢、载荷、连接器、发射筒、适配器、头部减速器、尾部减速器和驱动电路；多级线圈依次排列通过封装固定于发射筒上，最后一级线圈与发射筒头部的距离大于两级线圈的长度；电枢位于发射筒中间，其初始位置位于第一级线圈的中部；头部减速器和尾部减速器分别设置于发射筒头部和尾部，电枢尾部放在尾部减速器上；电枢和载荷通过连接器连接，适配器装载于载荷外侧，使载荷与电枢以及发射筒同轴；各级线圈连接驱动电路。2.如权利要求1所述的电枢重复使用的电磁线圈发射器，其特征是，电枢采用铝质筒状、铜质筒状或者螺线管电枢。3.如权利要求1所述的电枢重复使用的电磁线圈发射器，其特征是，连接器采用形状接口自动接合，或者采用机械或电气装置进行可控接合和断开。4.如权利要求1所述的电枢重复使用的电磁线圈发射器，其特征是，发射筒选用高强度绝缘材料。5.如权利要求1所述的电枢重复使用的电磁线圈发射器，其特征是，驱动电路包括脉冲电容器、闭合开关、续流二极管和续流电阻；其连接方式包括续流电阻串联续流二极管后，与脉冲电容器并联、再与开关和线圈串联；或者续流电阻串联续流二极管后和线圈并联，再与开关和电容串联连接。6.如权利要求1所述的电枢重复使用的电磁线圈发射器，其特征是，电枢质量为载荷质量的15以下，电枢的口径大于载荷的口径。7.如权利要求1所述的电枢重复使用的电磁线圈发射器，其特征是，头部减速器、尾部减速器的容量根据电枢质量和最终速度确定电枢动能进行配置；电枢出口速度20ms以下。8.一种电枢重复使用的电磁线圈发射方法，其特征是，包括起始阶段，电枢和载荷通过连接器连接；给线圈通电，电枢感应电流后受到电动力作用，在发射筒中推动载荷运动，当电枢达到最大速度后，连接器断开，电枢与载荷分离，载荷以最大速度飞出发射筒，而电枢受到电枢拖拽力作用，开始减速；如果电枢速度是正值，电枢撞到头部减速器后自动落到尾部，实现电枢的回收；如果电枢达到反向速度，电枢撞到尾部减速器停止；同样实现电枢的回收；之后再填加载荷进行下一次发射。

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