一种永磁直流电磁炮的制作方法

本发明涉及电磁炮领域，准确地说是一种永磁直流电磁炮的设计方法。

背景技术：

电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器，是利用运动电荷或载流导体在磁场中受到的电磁力(通常称它为洛伦兹力)去加速弹丸的。从理论和实践比较成熟的主要有一下三种形式：第一电磁轨道炮的工作原理，第二是同轴线圈炮的工作原理，第三是重接炮的工作原理。第二种同轴线圈电磁炮由环绕于炮膛的一系列固定的加速线圈与环绕于弹丸的弹载运动线圈(发射线圈)构成，如附图1所示。它利用加速线圈1a、1b、1c…(分别表示三个加速线圈)与发射线圈2之间互感时产生的电磁力作为弹丸的加速力，当给加速线圈突然加上电流时在发射线圈内会产生相应的感应电流，这时两个线圈相当于两个电磁铁，它们相互排斥，发射线圈2受到的这个排斥力就是加速力，发射时依次给加速线圈供电，于是产生沿炮身管运动的磁场，这个磁场与发射线圈中感应电流激励的磁场相互作用，产生连续的加速力fa，从而使弹丸加速运动，3表示弹丸运动的方向。需要说明的是，加速线圈与发射线圈之间的相互作用，相当于两个磁体间的相互作用，既可以相斥也可以相吸，可使弹丸加速也可使弹丸减速。缺点是：必须保证使加速线圈产生的磁场与发射线圈的运动位置精确同步，否则弹丸不能正常发射。

永久磁铁在工农业及国防领域得到广泛的应用。虽然永久磁铁的性能近几年有了很大的提高，但在使用中仍然存在永久磁铁的退磁现象。从永磁体退磁机理来看，外磁场退磁是其中的一个原因；同样也用外磁场给永磁体充磁。从磁畴理论上，不管是给永磁体充磁还是引起退磁都有外磁场大小的问题。退磁机理：当退磁磁场的强度达到一定值后，永磁体内的磁畴将发生畴壁位移及磁矩转动到反磁化场方向，形成不可逆的转动，即使当退磁磁场消失，永磁体内的磁畴磁矩不能回到原来磁矩方向，即产生不可逆退磁。但是，当退磁磁场强度小于永磁体的磁场，那么产生退磁现象就非常小。另外，永久磁铁的磁场有吸引铁磁质的特性，而铁磁质又有对磁场的汇集性质。也就是当磁感线在空气中遇到铁磁质时，磁感线会偏离原来的方向进入铁磁质，所以铁磁质有强烈地汇聚作用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有同轴线圈电磁炮存在的缺点和永久磁铁的性质，提供一种永磁直流电磁炮的设计方法。

技术方案：本发明所述的方法，是根据载流导体在磁场中受到安培力的原理和铁磁质对磁感线有强烈地汇聚作用设计的。下面从两个方面说明：<1>.本发明的结构形式与永久磁铁的特性：附图2是说明铁磁质对磁感线有汇聚作用的示意图。图2中的4是一个铁磁质圆形炮筒，圆筒内侧装有四块n极极面都面向圆心的永久磁铁5，四块永久磁铁的各项技术参数相同。铁质圆形炮筒4内装有一个矫顽力很小的软磁质内圆筒6，两圆筒同心且它们之间设有气隙7(间隙)。根据永久磁铁5的特性，四块永久磁铁的磁场都被软磁质内圆筒6汇集，磁力线方向指向圆心；四块永久磁铁5的磁场互为外磁场、互相相斥。如背景技术所述，该外磁场如果达到一定的强度，会造成永久磁铁5的退磁现象出现。但是在本方案中，由于对于每块永久磁铁来说，该外磁场的场强远低于每块永久磁铁内的场强，所以达不到造成永久磁铁5退磁的程度。<2>.电磁作用原理：图3表示在铁质内圆筒6外侧环绕有发射线圈2(沿用背景技术中的称谓)，当发射线圈2接通直流电源并且使电流按顺时针方向流动时，根据安培定律，发射线圈2在永久磁铁5的磁场中会受到电磁力的作用。电磁力的方向：根据左手定则，伸开左手并使拇指与十指垂直，然后手心对永久磁铁的n极，四个手指指向电流的方向，那么拇指所指的方向为发射线圈2受到电磁力的方向。图3中发射线圈2受到电磁力的方向是离开纸面。本方案中，发射线圈2的每一匝的长度几乎全部在永久磁铁的磁场中，根据电磁力公式f＝bil，当发射线圈2内的电流强度i一定、由于永久磁铁的磁场强度b不变，载流导线的长度l就是线圈的总长度。可见，射线圈2的有效利用率极高。此时，如果圆形炮筒4和永久磁铁5固定不动，发射线圈2和内圆筒6可以前后移动，那么发射线圈2和内圆筒6会在电磁力f的作用下被推出纸面。本发明正是利用这一结构形式和电磁作用原理来实现的。

图4和图5表示利用本发明所述的方法设计的永磁直流电磁炮的原理示意图。图4表示电磁炮沿轴向的剖视图、图5表示电磁炮沿a-a向的剖视。多块永久磁铁5固定安装在圆形炮筒4的内壁上，直流发射线圈2绕在内圆筒6上。圆形炮筒及永久磁铁固定不动，内圆筒和线圈可以左右移动。当发射线圈2接通直流电源且使圆筒上侧的导体电流流入下侧的导体电流流出“⊙”。根据左手定则，发射线圈2和内圆筒6在电磁力fb的作用下向左射出，图中的3表示运动方向。

本发明所述的一种永磁直流电磁炮，是利用载流线圈在磁场中产生电磁力的原理和铁磁质对永久磁铁的磁场具有汇集作用的性质设计的。其结构：主要由固定在炮体上的永久磁铁5和发射线圈2组成，永久磁铁5安装在炮体上铁磁质圆形炮筒4的内壁上，多块瓦片状永久磁铁5的磁极、安装方向为同性磁极极面都面向圆心；发射线圈2沿径向绕在软磁质圆筒6上。发射原理是：当发射线圈2接通直流电源后，弹丸8是在载流发射线圈2在永久磁铁5同磁性磁场中产生的电磁力fa的作用下射出炮膛的。发射过程：一是发射线圈2接通电源发射后，等发射线圈2到达设定的位置由感应器及控制系统切断电源、弹丸8发射出去；二是同时改变电源的正负极再接通，同样由通电发射线圈2与炮体上的同磁极磁场产生的电磁力、使发射线圈2制动停止且返回到发射的初始位置。发射线圈2返回时的速度由输入直流电流的大小控制。本发明与传统的同轴线圈电磁炮相比较，其益效果在于：使运动中的通电发射线圈与永磁体之间沿轴向没有精度要求；被发射物体得到的加速力，是一个稳恒的电磁力；具有结构简单、推力大、电流小节能、容易操作和使用寿命长的优点。

附图说明

附图1是同轴线圈电磁炮的基本工作原理示意图。

附图2表示圆形炮筒内侧永久磁铁同性磁极的磁力线被软磁质内圆筒汇集的示意图。

附图3表示永久磁铁的同性磁极磁场与内铁磁质圆筒之间绕有载流线圈的示意图。

附图4是用本发明的设计方法设计的永磁直流电磁炮负载发射时的示意图。

附图5是图4沿a-a向的剖视图。

附图6表示正方形发射炮筒的结构原理示意图。

(1a)通电加速线圈，(1b)未通电加速线圈，(1c)未通电加速线圈，(2)发射线圈，(2a)发射线圈电流的方向，(3)发射线圈运动的方向，(4)铁磁质圆形炮筒，(4a)铁磁质方形炮筒，(5)瓦片状永久磁铁，(5a)方块形永久磁铁，(6)软磁质内圆筒，(6a)软磁质内方筒，(7)永久磁铁与发射线圈之间的气隙，(8)弹丸，(9)受电滑轨。

具体实施方式

具体实施：本发明提供了一种永磁直流电磁炮或者说一种永磁直流电磁发射器的设计方法。具体实施时，对于炮身是圆形还是方形、永磁体的各项技术参数以及发射线圈的线规匝数，都需要根据所发射负载(弹丸)出膛的初始速度来确定。下面结合附图4和5对本发明作进一步描述。

实施例1：图4和图5说明的是圆形电磁炮的基本结构以及发射线圈2的受电方法。瓦片状永久磁铁5的铁磁质炮体为圆形炮筒4，圆形炮筒4的内侧沿轴向设计有用来安装受电滑轨9的空间；瓦片状永久磁铁5的n极(或s极)都面向圆心。圆形炮筒4内装有用来绕发射线圈2的、一个具有高磁导率的软磁质内圆筒6；被发射的弹丸8或者其它被发射物体，安装在发射线圈2的前面。四条受电滑轨9的作用有两个，一是与直流电源连接将电流导入导出发射线圈2；二是定位固定发射线圈2和软磁质内圆筒6、并且能沿轴向自由移动。当电磁炮发射时，使直流电源与滑轨9连接，受电后的发射线圈2在永久磁铁磁场的作用下将弹丸8发射出去；当发射线圈2及弹丸8到达设定的位置，由感应元件及控制系统切断电源、同时改变电源的正负极再接通，同样由电磁力的作用使发射线圈2制动、停止并且返回到发射的初始位置。电磁炮的发射和返回，发射是目的，所以发射时需要输入强电流才能产生相应的加速力，而返回则只需要较弱的电流即可实现。具体操作时可根据要发射负载的大小、调节输入直流电流的强弱使其达到预先设定出膛速度；同样调节输入直流电流的大小来控制返回的快慢。

实施例2：图6表示的是：方形电磁炮的基本结构原理示意图，其中4a表示铁磁质方形炮筒，5a表示方块形永久磁铁，6a表示软磁质内方筒。发射原理和圆形电磁炮相同，只是结构不同。发射时：发射线圈2接通直流电源后，载流发射线圈2与永久磁铁磁场产生的电磁力将弹丸8发射出去。所以，本发明所述的瓦片状永久磁铁可以是长方体或正方体的永久磁铁5a；圆形炮筒也可以是长方体或正方体炮筒4a。

从理论上，用本发明所述的设计方法：如果永久磁铁的磁场强度足够强、发射线圈2内的电流足够大、加速距离(发射线圈2的行程)足够长，那么永磁直流电磁炮能够发射更重的炮弹，甚至能够发射导弹。