一种用于冷却电磁轨道炮轨道的装置的制作方法

本实用新型涉及电磁轨道炮技术领域，尤其涉及一种用于冷却电磁轨道炮轨道的装置。

背景技术：

电磁轨道炮是一种新概念武器，是根据物理学中的电磁感应定律制成，其主要原理是利用脉冲大电流产生电磁力加速弹丸。电磁力的大小与电流平方成正比，可以通过控制电流的大小来控制电磁力，从而控制弹丸的加速过程。

对于连续发射电磁轨道炮，在电枢发射过程中，因枢轨的电接触问题，导致枢轨接触面产生大量的热量，而且连发造成炮膛内散热不及时，导致轨道表面被烧蚀等，造成轨道表面损伤。

授权公告号为CN105444614B的专利通过在反应通道内发生化学反应吸热来达到降低轨道炮轨道温度的目的。但上述专利一方面需要对发生化学反应后的反应产物进行后续处理；另一方面，液氮温度是-196℃，依靠化学反应吸热很难达到-196℃的低温。除此之外，需要使用气体分离装置对反应产生的二氧化碳和铁进行分离，二氧化碳排放入大气中会加剧温室效应，反应产生的铁需要进入氧化铁再生成装置，工艺复杂，反应设备多，不易操作和控制。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种用于冷却电磁轨道炮轨道的装置，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有轨道冷却装置冷却效果差，导致炮膛内散热不及时，轨道表面被烧蚀，造成轨道表面损伤的问题；(2)现有轨道炮冷却装置设备多，不易操作和控制。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种用于冷却电磁轨道炮轨道的装置，包括设于电磁轨道炮轨道内的冷却通道、用于储存冷却剂的储液罐和低温液体泵；所述冷却通道的前段沿轨道的长度方向设置，所述冷却通道的后段偏向轨道和电枢接触面的方向设置；所述低温液体泵将储液罐中的冷却剂输送至所述冷却通道中；所述冷却通道在距离炮口1/3至2/3处开始偏向轨道和电枢接触面的方向设置；所述装置还包括用于控制冷却剂流量的阀体，所述阀体设于所述低温液体泵和所述储液罐之间。

在上述方案的基础上本实用新型还做了如下改进：

进一步，所述冷却通道在距离炮口1/4处开始沿轨道的长度方向设置。

进一步，所述冷却剂为液氮或液氦。

进一步，所述冷却通道为通孔，所述冷却通道的数量为1个、2个或 3个。

进一步，所述通孔包括第一通孔、第二通孔和第三通孔；所述第一通孔位于电枢和所述轨道接触面的正下方，所述第二、三通孔相对于所述第一通孔对称设置。

进一步，所述冷却通道的最高点距离轨道最顶端的垂直距离大于等于1cm，所述冷却通道的最低点距离轨道最底端的垂直距离大于等于 0.5cm。

进一步，所述储液罐和所述低温液体泵之间、所述低温液体泵和所述冷却通道之间均设有连接管。

进一步，所述冷却剂为去离子水。

进一步，所述冷却通道为U形，所述用于冷却电磁轨道炮轨道的装置还包括回流管，所述去离子水经所述回流管排出。

进一步，所述冷却通道的横截面为圆形或椭圆形，所述轨道的横截面为凸弧形。

本实用新型有益效果如下：

1、本实用新型通过在轨道内设置冷却通道，并在冷却通道内通入冷却剂，能对轨道进行实时冷却，及时散去炮膛内的热量，能将轨道的温度由几万度降为几百度，从而减少轨道的阻抗，降低能量损失，增大电枢的加速力，进而增大系统的效率。

2、冷却通道的前段沿轨道的长度方向设置，冷却通道的后段偏向轨道和电枢接触面的方向设置，上述特殊的结构设计，使得温度较高的炮口端的温度也能快速降低。

3、本实用新型用于冷却电磁轨道炮轨道的装置既保证了良好的导电效果，又不会影响轨道的使用寿命，提高了电磁轨道炮连续发射时的效率。

4、本实用新型根据轨道的形状，合理设置冷却通道的位置、形状和尺寸，不仅大大减少对电流密度的影响，而且提高了冷却效果，减少了局部发生烧蚀等现象的发生。

5、本实用新型设备少，易于操作和控制。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型实施例的电磁轨道炮系统的原理简图；

图2为本实用新型实施例用于冷却电磁轨道炮轨道的装置的工作流程图；

图3为本实用新型实施例设有通孔的轨道纵剖面示意图；

图4为本实用新型实施例通孔带有一定角度的轨道纵剖面示意图；

图5为本实用新型实施例冷却通道先直后弯再直的轨道纵剖面示意图；

图6为本实用新型实施例沿轨道长度方向和宽度方向均设有通孔的轨道纵剖面示意图；

图7为本实用新型实施例冷却通道为U形的轨道纵剖面示意图；

图8为本实用新型实施例设有一个冷却通道的轨道横截面示意图；

图9为本实用新型实施例设有三个冷却通道的轨道横截面示意图。

附图标记：

1-轨道；2-电枢；3-脉冲电源；4-冷却通道；5-第一通孔；6-第二通孔；7-U形冷却通道；8-低温液体泵；9-储液罐；10-第三通孔；11-阀体。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

电磁轨道炮是根据物理学中的电磁感应定律制成，电磁轨道炮的两轨道相互平行，发射组件沿着轨道轴线方向滑动，电枢的作用是传递两轨道间电流，并接受洛伦兹力的作用，推动弹丸向炮口做加速运动，将电磁能转换成动能。发射时，电流在轨道的末端通入，沿一根轨道流动，通过电枢，沿另一根轨道流回，构成闭合回路。大电流流经轨道回路感应出强大的磁场，电枢中的电流和这个磁场相互作用，产生了非常高的推动发射组件向前做加速运动的电磁力，当电枢到达炮口时，电枢和电枢前面的弹丸获得高速度，弹丸脱离电路或轨道，开始自由飞行。

轨道炮的连续发射，是轨道炮进入实战系统的基础，在发射过程中，枢轨接触面会产生大量的热量，轨道上瞬时温度能达到几万度。而且连发会造成炮膛内散热不充分，导致轨道1表面被烧蚀等，进而造成轨道1 表面损伤。为减少轨道1的损伤，炮膛内的热管理是很重要的，有效的方式是实时地对轨道1进行冷却。

本实用新型的主要思路是：在不影响电流密度的情况下，对轨道1 开冷却通道，在冷却通道内通入冷却介质。在电枢的发射过程中，持续不断的在冷却通道中通入冷却剂能持续不断的给轨道降温。

实施例一

本实用新型的一个具体实施例，公开了一种用于冷却电磁轨道炮轨道的装置，包括设于电磁轨道炮轨道1内的冷却通道、用于储存冷却剂的储液罐9和低温液体泵8；冷却通道4的前段沿轨道1的长度方向设置，冷却通道4的后段偏向轨道1和电枢2接触面的方向设置；低温液体泵8 将储液罐9中的冷却剂输送至冷却通道4中，如图4所示。本实施例的装置还包括用于控制冷却剂流量的阀体11，阀体11设于低温液体泵8和储液罐9之间。

电磁轨道炮的工作过程为：

轨道1包括第一轨道和第二轨道，电路导通，脉冲电源3提供电流，电流依次通过第一轨道、电枢2和第二轨道，回到脉冲电源3，大电流流经轨道1回路感应出强大的磁场，电枢2中的电流和这个磁场相互作用，产生了非常高的推动发射组件向前做加速运动的电磁力，当电枢2到达炮口时，电枢2和电枢2前面的弹丸获得高速度，弹丸脱离电路或轨道1，开始自由飞行。

实施时，低温液体泵将冷却剂输送至轨道的冷却通道4中，冷却剂气化排出。向冷却通道中持续通入冷却剂对轨道进行持续冷却。

考虑到电枢的运动特性，炮口端的温度要比炮尾端高，因此轨道的冷却主要集中在中后段，而实际使用中，冷却剂一般从炮尾端通入，原因在于：如果冷却剂从炮口端通入，那么液氮气化后的氮气就会从炮尾端排出，而炮尾端布置有其它设备和线缆等，温度较高的氮气会降低其它设备的使用寿命，并且会加速线缆的老化。

与现有技术相比，本实施例提供的用于冷却电磁轨道炮轨道的装置有益效果如下：

1、本实用新型通过在轨道内设置冷却通道，并在冷却通道内通入冷却剂，能对轨道进行实时冷却，及时散去炮膛内的热量，能将轨道的温度由几万度降为几百度，从而减少轨道的阻抗，降低能量损失，增大电枢的加速力，进而增大系统的效率。

2、冷却通道的前段沿轨道的长度方向设置，冷却通道的后段偏向轨道和电枢接触面的方向设置，上述特殊的结构设计，使得温度较高的炮口端的温度也能快速降低。

3、本实用新型用于冷却电磁轨道炮轨道的装置既保证了良好的导电效果，又不会影响轨道的使用寿命，提高了电磁轨道炮连续发射时的效率。

4、本实用新型根据轨道的形状，合理设置冷却通道的位置、形状和尺寸，不仅大大减少对电流密度的影响，而且提高了冷却效果，减少了局部发生烧蚀等现象的发生。

液氮是无色、无味、不可燃、温度极低的液态氮气。常压下，液氮温度是-196℃。在电枢运动中，较低温度的液氮进入冷却通道后迅速气化，体积迅速增大，在气压的推动下，液氮从冷却通道的另一出口以气体的形式喷出，冷却通道设计为通孔有利于液氮的喷出。持续不断的在冷却孔中通入液氮能持续不断地降低轨道的温度，从而减少轨道的阻抗，减少能量损失，增大电枢的加速力，进而增大系统的效率。

示例性地，冷却剂还可以为液氦。和使用液氮作为冷却剂一样，冷却剂经过冷却通道后变为气体，无需设置回流管。

实施例二

针对轨道的中后段热量聚集较多的问题，本实施例在距离炮口1/3至 2/3处，冷却通道设计为向轨道和电枢接触面的方向偏离3-5mm。若轨道材料硬度偏高，可保持冷却通道的口径不变；若轨道材料硬度偏低，可适当减小冷却通道的口径，从而保证电枢发射过程中，轨道不会因为冷却通道的存在而变形，冷却通道在由大变小的过程中也是逐渐变化的。

考虑到弯曲通道弯曲部分的弯曲半径较大，有助于冷却剂在冷却通道内流动顺畅，所以，一般来说，在距离炮口1/2处开始偏向轨道和电枢接触面的方向弯曲。

考虑到冷却通道与轨道的长度方向平行时，冷却效果好，所以，本实施例中，从距离炮口1/4处开始冷却通道又变为直通道，即变为沿轨道的长度方向设置，如图5所示。

为了进一步快速降低炮口端的温度，本实施例在轨道1的左侧面和右侧面也设有冷却通道，该冷却通道沿轨道的宽度方向设置，并与沿轨道长度方向设置的冷却通道贯通，如图6所示。

为了使通孔受力均匀，本实施例的通孔设置在电枢和轨道接触面(即枢轨接触面)的正下方。此位置设置通孔，使得通孔只受到正下方方向的力，左右方向的力相互抵消。具体来说，是在枢轨接触面的中下部开孔。

为了进一步降低轨道的温度，通孔的数量还可以为2个或3个。考虑到受力均衡的问题，本实施例通孔的数量选择为3个，包括第一通孔、第二通孔和第三通孔，并且第一通孔5位于电枢和轨道接触面的正下方，第二通孔6和第三通孔10相对于第一通孔5对称设置。第二通孔6和第三通孔10的设置位置不高于第一通孔5。

值得注意的是，为了减少冷却通道对电流密度分布的影响，本实用新型实施例中，冷却通道的最高点距离轨道最顶端的垂直距离大于等于 1cm，冷却通道的最低点距离轨道最底端的垂直距离大于等于0.5cm。上述设置的另一个原因是，液氮体积迅速膨胀，会对轨道产生一定的压力，如果通孔的厚度太薄，则轨道易烧蚀。只要冷却孔的厚度大于1cm，膨胀后的压力就不会损伤轨道，也不会影响轨道的使用寿命，能及时散去炮膛内的热量，减少了烧蚀等情况的出现。

实施例三

从来源和成本两方面考虑，本实用新型实施例的冷却剂也可以为水。考虑到普通的自来水中含有杂质，而杂质具有导电功能，会影响电流密度的分布，所以，本实施例的冷却剂选择为去离子水。

因为去离子水流经冷却通道后只有少部分气化，大部分去离子水仍以液态水的形式存在，所以，本实施例的用于冷却电磁轨道炮轨道的装置还包括回流管，从冷却通道出来的去离子水经回流管排出。

为了使去离子水和轨道进行充分的冷热交换，本实施例的冷却通道设置为U形7。考虑到在轨道1中开U形的冷却管道比较麻烦，在成形的轨道1直接开孔，工艺上实现起来较难。本实用新型实施例可以在轨道1加工过程中开孔，或者在成形的轨道1上先打上两个贯通的孔，再在炮口部分将两个孔贯通，然后堵起多余的部分。持续不断的在冷却管道中通入去离子水能持续不断的给轨道1降温，减少轨道1上的能量损失并减小了轨道1受热损伤等情况，增大了电枢2的加速力，从而增大了系统的效率。

为了进一步降低轨道的温度，所使用的去离子水可以为低温去离子水。

实施例四

为了便于实施，本实施例的储液罐9和低温液体泵8之间、低温液体泵8和冷却通道4之间均设有连接管。考虑到冷却剂在连接管中流动时会与外界发生冷热交换，为了减少液体输送过程中的冷量损失，本实施例在连接管外设有隔热部件。示例性地，隔热部件可以为保温层。

本实施例中，冷却通道4的横截面可以为圆形或椭圆形，而不能为矩形和正方形，原因在于：矩形和正方形的冷却通道凸起的棱一方面会影响电流密度的分布，另一方面发射过程中产生的热量会集中在棱角部分，导致轨道变形。

示例性地，轨道1的横截面可以为凸弧形。之所以选择凸弧形的轨道，而不选择带棱角的轨道，如凸字形，原因在于：带棱角的轨道会使得电流密度分布不均匀，并且发射过程中产生的热量会集中在棱角部分，导致轨道变形。

为了便于控制冷却剂的流量，本实施例在低温液体泵8和储液罐9 之间、低温液体泵8和冷却通道4之间均设有用于控制冷却剂流量的阀体11。

根据电流的趋肤效应，轨道上的电流大部分聚集在轨道表面处。为了选择合适的冷却通道的位置，本实用新型对炮体进行了多物理场仿真，发现本实用新型所设置的冷却通道的位置、形状和尺寸对电流密度的影响很小，因此，本实用新型冷却通道的设置是合理的。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。