磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮的制作方法

1.本发明属于电磁轨道炮技术领域，具体涉及一种磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮。


背景技术：

2.电磁轨道炮主要分为单匝轨道炮和多匝增强轨道炮，而采用双匝、甚至更多匝轨道的多匝增强型轨道发射技术，其目的是为了提高发射器内膛磁感应强度，提高电感梯度，从而增加发射的电磁推力，提高系统发射效率，以更小的电能实现更大的炮口动能发射。但随着电磁轨道发射器轨道匝数的增加，发射器的体积和重量大幅增加，对其工程应用和军事装备开发带来较大负面影响，某种程度上影响了其工程化进程。
3.如何用一种新的电磁轨道发射器结构，实现在不增加轨道数量的情况下提高膛内磁感应强度，提高发射效率，是电磁轨道发射技术研究方向之一。
4.采用多管发射器齐射方式，是提高武器发射器火力密度的重要手段，也是电磁轨道炮装备化研究方向。
5.另外，减少电磁炮发射器的馈电电缆数量，可降低火力系统的体积和重量，对于推进电磁轨道炮装备实用化具有重要意义。


技术实现要素：

6.(一)要解决的技术问题
7.本发明要解决的技术问题是：针对电磁轨道发射技术实用化过程遇到的发射器发射效率与小型化、轻量化的矛盾，以及单管发射器火力密度低，而采用多个常规发射器则总馈电电缆数量过多等问题，如何提出的一种全新结构的高发射效率、4管齐射型一体式电磁轨道炮。
8.(二)技术方案
9.为解决现有技术问题，本发明提供一种磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，所述磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，是一种将四个单匝轨道发射器以特定方式结构组合，形成的一体式四管集成式轨道炮；
10.所述磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮包括：4个单匝轨道发射器、绝缘支撑体、磁场约束体、预紧包覆层、炮尾馈电装置；
11.其中，所述4个单匝轨道发射器各自的一根轨道，以紧密结构组合布置为一个中心对称的结构，处于4个单匝轨道发射器的整体中心位置，用作4个单匝轨道发射器的公共轨，定义该公共轨为各单匝轨道发射器的内轨；
12.所述4个单匝轨道发射器各自的另一根轨道以花瓣形式均匀分布于公共轨周围，定义为为各单匝轨道发射器的外轨；
13.在4个单匝轨道发射器4个外轨的外部，以半包裹形式设置有由高导磁材料制作的磁场约束体；
14.在4个单匝轨道发射器4个内轨之间，以及各内轨和外轨之间，均设置有绝缘支撑体；
15.由所述公共轨、外轨、绝缘支撑体以及磁场约束体，共同组合成该磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮的管芯组件；
16.所述管芯组件外部，设置有预紧包覆层；
17.所述炮尾馈电装置用于将4个单匝轨道发射器的馈电形式实现为串联方式，来自电源的电流通过炮尾馈电装置馈入某个单匝轨道发射器的外轨，流经该单匝发射器膛内电枢后从其内轨流出，再通过炮尾馈电装置串联馈入另一个单匝发射器的外轨，以此类推，最后从第4个单匝发射器的内轨流出，经由炮尾馈电装置返回电源；其中，各内轨的电流流向一致。
18.其中，所述公共轨中各轨道的电流流向一致。
19.其中，在4个单匝轨道发射器4个外轨的外部，沿着轨道轴向，除去发射器内膛及轨道支撑体部分，其余以半包裹形式设置有由高导磁材料制作的磁场约束体。
20.其中，所述磁场约束体的高导磁材料为沿轨道轴向方向的层压硅钢片，片间有绝缘层。
21.其中，所述磁场约束体兼具高导磁特性和涡流抑制特性，该磁场约束体外轮廓在内膛方向的投影边沿，设置为在内轨和外轨之间的中心处。
22.其中，所述管芯组件外部，采用高强度复合纤维缠绕工艺预紧固定设置有预紧包覆层，形成所述磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮的身管。
23.其中，所述管芯组件外部，采用高强度结构材料制备所述预紧包覆层，形成所述磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮的身管。
24.其中，所述炮尾馈电装置包括：输入馈电组件、内外轨轨连接组件和输出馈电组件；
25.所述输入馈电组件分别连接电源和4个单匝轨道发射器中第1个单匝轨道发射器的外轨；
26.所述输出馈电组件分别连接电源和4个单匝轨道发射器中第4个单匝轨道发射器的内轨；
27.所述内外轨轨连接组件包括：第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件；
28.其中，所述第一连接件分别连接4个单匝轨道发射器中第1个单匝轨道发射器的内轨和第2个单匝轨道发射器的外轨；
29.所述第二连接件分别连接4个单匝轨道发射器中第2个单匝轨道发射器的内轨和第3个单匝轨道发射器的外轨；
30.所述第三连接件分别连接4个单匝轨道发射器中第3个单匝轨道发射器的内轨和第4个单匝轨道发射器的外轨。
31.其中，发射时，电源电流通过输入馈电组件馈入第1个单匝轨道发射器的外轨，流经膛内的电枢后，从其内轨流出，再通过第一连接件馈入第2个单匝轨道发射器的外轨，同样流经电枢后从内轨流出，再通过第二连接件馈入第3个单匝轨道发射器的外轨，以此类推，最终电流从第4个单匝轨道发射器的内轨流出，通过输出馈电组件返回电源；
32.可见，通过炮尾的串联馈电装置使公共轨中的4个内轨轨道电流方向一致，实现了
各轨道产生的电磁场相互叠加，因而4个轨道炮内膛的磁场得到增强。
33.其中，所述炮尾馈电装置还包括必要的绝缘和外部固定部件。
34.(三)有益效果
35.本发明提供一种磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮。该轨道炮采用全新的4管共轨结构，并加装了磁场约束体，有效提高了发射器发射效率；多管发射器采用串联馈电方式，减少了发射系统电缆数量；构建的串联馈电4管共轨轨道炮为4管齐射发射方式，提高了火力密度。
36.本发明的有益效果体现在以下几点：
37.(1)磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，由于采用了全新的多个发射器“公共轨”结构，实现了在4个电磁轨道发射器内膛的磁场叠加作用，在不增加各发射器轨道匝数的条件下，提高了内膛磁感应强度，进而提高了内膛电感梯度；
38.(2)该磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，由于在外轨处增加了磁场约束体，提高了发射器内膛磁感应强度的均匀性；
39.(3)该磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，采用串联馈电方式，实现了4套发射器仅用一套轨道发射器的电缆，大幅减少了馈电电缆数量；
40.(4)该磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，由于其截面结构为中心对称形式，各发射器内膛电磁特性一致；加之4个发射器使用同一路电流，因此理论上各发射器电枢的电磁推力一致，有利于各发射器发射弹丸的初速一致性；
41.(5)该磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，实现了4个电磁轨道发射器同步发射，提高了电磁炮火力密度。
附图说明
42.图1为磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮结构示意图。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
44.为解决现有技术问题，本发明提供一种磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，如图1所示，所述磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，是一种将四个单匝轨道发射器以特定方式结构组合，形成的一体式四管集成式轨道炮；
45.所述磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮包括：4个单匝轨道发射器、绝缘支撑体、磁场约束体、预紧包覆层、炮尾馈电装置；
46.其中，所述4个单匝轨道发射器各自的一根轨道，以紧密结构组合布置为一个中心对称的结构，处于4个单匝轨道发射器的整体中心位置，用作4个单匝轨道发射器的公共轨，定义该公共轨为各单匝轨道发射器的内轨；
47.所述4个单匝轨道发射器各自的另一根轨道以花瓣形式均匀分布于公共轨周围，定义为为各单匝轨道发射器的外轨；
48.在4个单匝轨道发射器4个外轨的外部，以半包裹形式设置有由高导磁材料制作的磁场约束体；
49.在4个单匝轨道发射器4个内轨之间，以及各内轨和外轨之间，均设置有绝缘支撑体；
50.由所述公共轨、外轨、绝缘支撑体以及磁场约束体，共同组合成该磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮的管芯组件；
51.所述管芯组件外部，设置有预紧包覆层；
52.所述炮尾馈电装置用于将4个单匝轨道发射器的馈电形式实现为串联方式，来自电源的电流通过炮尾馈电装置馈入某个单匝轨道发射器的外轨，流经该单匝发射器膛内电枢后从其内轨流出，再通过炮尾馈电装置串联馈入另一个单匝发射器的外轨，以此类推，最后从第4个单匝发射器的内轨流出，经由炮尾馈电装置返回电源；其中，各内轨的电流流向一致。
53.其中，所述公共轨中各轨道的电流流向一致。
54.其中，在4个单匝轨道发射器4个外轨的外部，沿着轨道轴向，除去发射器内膛及轨道支撑体部分，其余以半包裹形式设置有由高导磁材料制作的磁场约束体。
55.其中，所述磁场约束体的高导磁材料为沿轨道轴向方向的层压硅钢片，片间有绝缘层。
56.其中，所述磁场约束体兼具高导磁特性和涡流抑制特性，该磁场约束体外轮廓在内膛方向的投影边沿，设置为在内轨和外轨之间的中心处。
57.其中，所述管芯组件外部，采用高强度复合纤维缠绕工艺预紧固定设置有预紧包覆层，形成所述磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮的身管。
58.其中，所述管芯组件外部，采用高强度结构材料制备所述预紧包覆层，形成所述磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮的身管。
59.其中，所述炮尾馈电装置包括：输入馈电组件、内外轨轨连接组件和输出馈电组件；
60.所述输入馈电组件分别连接电源和4个单匝轨道发射器中第1个单匝轨道发射器的外轨；
61.所述输出馈电组件分别连接电源和4个单匝轨道发射器中第4个单匝轨道发射器的内轨；
62.所述内外轨轨连接组件包括：第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件；
63.其中，所述第一连接件分别连接4个单匝轨道发射器中第1个单匝轨道发射器的内轨和第2个单匝轨道发射器的外轨；
64.所述第二连接件分别连接4个单匝轨道发射器中第2个单匝轨道发射器的内轨和第3个单匝轨道发射器的外轨；
65.所述第三连接件分别连接4个单匝轨道发射器中第3个单匝轨道发射器的内轨和第4个单匝轨道发射器的外轨。
66.其中，发射时，电源电流通过输入馈电组件馈入第1个单匝轨道发射器的外轨，流经膛内的电枢后，从其内轨流出，再通过第一连接件馈入第2个单匝轨道发射器的外轨，同样流经电枢后从内轨流出，再通过第二连接件馈入第3个单匝轨道发射器的外轨，以此类推，最终电流从第4个单匝轨道发射器的内轨流出，通过输出馈电组件返回电源；
67.可见，通过炮尾的串联馈电装置使公共轨中的4个内轨轨道电流方向一致，实现了
各轨道产生的电磁场相互叠加，因而4个轨道炮内膛的磁场得到增强。
68.其中，所述炮尾馈电装置还包括必要的绝缘和外部固定部件。
69.实施例1
70.轨道炮发射过程遵循轨道炮作用定律，如式(1)所示。
[0071][0072]
式中，f为电磁推力，l'为轨道电感梯度，i为流过轨道的电流。
[0073]
由轨道炮作用定律可知，弹丸受到的电磁推力与轨道炮的轨道电感梯度和电流密切相关。在不增大发射电流的情况下，通过提升发射器电感梯度，就可增加发射推力，提高发射效率。因此，通过合理的优化改进轨道发射器的空间结构，提升轨道炮内膛电感梯度，进而提高发射效率，是本发明切入点和追求的效果。
[0074]
基于以上机理，本发明提出了一体式多管轨道炮，其基本思想是将4个单匝轨道发射器以特定结构方式集成于一个发射器中，使各轨道发射器的磁场能够相互叠加，提高各轨道炮内膛磁感应强度，从而提升电感梯度(l')。
[0075]
本发明提出的磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，是将4个单匝轨道发射器各自的一根轨道，以紧密结构组合“合并”，布置于4个轨道发射器的中心位置，构成4个发射器的“公共轨”(公共轨内各发射器的轨道称为其“内轨”)；4个轨道发射器的另一根轨道以花瓣形式均匀分布于公共轨周围(称为各发射器的“外轨”)。
[0076]
该公共轨、以及各发射器外轨构成的组合体，其截面呈中心对称式结构，内部的紧密布置的4根轨道在4路同向电流作用下产生的电磁场在公共轨附近区域相互叠加，磁感应强度大幅提升，该区域涵盖了4个发射器的内膛；而外轨处由于轨道内只有单路电流，因此外轨附近区域的磁感应强度就会小于公共轨附近区域，这会导致4个发射器内膛截面的磁感应强度分布不均匀，导致电枢在发射过程受到的前向电磁推力不平衡，不利于稳定发射。
[0077]
为提升外轨附近磁感应强度，在4个发射器外轨外部，沿轨道轴向以半包裹形式(除去内膛及轨道间支撑体)设置有由高导磁材料制作的磁场约束体，以提升发射器内膛外轨附近区域的磁感应强度，减小膛内磁场分布的不均匀性，提高了电枢在发射过程稳定性。
[0078]
在上述结构的公共轨内部4个内轨之间、内轨和外轨之间，均设置有高强度绝缘材料支撑体。由公共轨、外轨、磁场约束体以及绝缘支撑体，共同组合成了该磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮的管芯组件。在该管芯组件外部，设置有高强度预紧包覆层，使该轨道炮集成成型，并有效约束发射过程轨道的电磁扩张力，同时使电磁炮身管保持良好的直线度。该包覆层可以是高强度纤维复合缠绕结构，也可以是由其他结构材料构成的高强度包覆体。
[0079]
该磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，在炮尾设置有特定炮尾馈电装置，用以连接来自电源的馈电电缆，并实现4个轨道发射器以串联馈电方式连接。来自电源的电流通过炮尾馈电装置先馈入某个轨道发射器的外轨，流经该发射器膛内电枢后从其内轨流出，再通过炮尾馈电装置串联馈入另一个发射器的外轨，以此类推，最后从第4个发射器的内轨流出，经由炮尾馈电装置返回电源。可见，公共轨中各轨道的电流流向一致。
[0080]
实施例2
[0081]
本实施例提出的磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮，就是将4个单匝轨道发
射器(各发射器内膛分别是gb1、gb2、gb3、gb4)各自两根轨道的其中一根轨道【4、9、10、12】“合并”，以小间隙、中心对称形式紧密组合成一体，布置于4个轨道炮的中心位置，作为4各发射器的共用轨道(即“公共轨”)；4个轨道发射器各自的另一根轨道【1、8、11、13】以花瓣形式均匀分布于共用轨周围，构成4个管的外轨。
[0082]
为增强外轨附近的磁感应强度，在各外轨周围增加以高导磁材料(沿轨道轴向方向的层压硅钢片，片间有绝缘层)制成的磁场约束体【2】，该磁场约束体兼具高导磁特性和涡流抑制特性；该磁场约束体外轮廓在内膛方向的投影边沿，恰好在内轨和外轨的中心处。
[0083]
上述的公共轨、外轨以及磁场约束体，通过绝缘支撑组件【3、5】，组合成了该磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮的管芯组件。
[0084]
在管芯组件外部，采用高强度复合纤维缠绕工艺【6】预紧固定，形成该一体式磁约束型4管共轨型轨道炮身管。该高强度复合缠绕体应满足对管芯组件施加的预紧力要求，并保证一体式发射器的刚强度要求。
[0085]
在该一体式磁约束型4管共轨型轨道炮身管后部，设置有炮尾馈电装置，用以完成对各发射器的馈电以及发射器与电源电缆的连接。炮尾馈电装置由输入馈电组件【47】、内外轨轨连接组件【7、17、27】和输出馈电组件【37】，以及必要的绝缘和外部固定部件组成。
[0086]
发射时，电源系统(由电源分系统p1、p2、p3、p4组成)电流通过炮尾馈电装置输入馈电组件【47】馈入第一个轨道炮(内膛gb1)的外轨【1】，流经膛内的电枢后，从其内轨【4】流出，再通过炮尾馈电装置内外轨连接组件【7】馈入第2个轨道炮(内膛gb2)的外轨【8】，同样流经电枢后从内轨【9】流出，再通过炮尾馈电装置内外轨连接组件【17】馈入第3个轨道炮(内膛gb3)的外轨【11】，以此类推，最终电流从第4个轨道炮(内膛gb4)内轨【12】流出，通过炮尾馈电装置输出馈电组件【37】返回电源。
[0087]
可见，通过炮尾的串联馈电装置使公共轨中的4个轨道电流方向一致，实现了各轨道产生的电磁场相互叠加，因而4个轨道炮内膛的磁场得到增强；
[0088]
同时，该磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮只需要一组供电电缆，比采用分立的4个常规电磁轨道发射器电缆减少3/4，大幅简化了电磁炮馈电系统。
[0089]
综上，本发明属于电磁轨道炮技术领域，具体涉及一种磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮。其将4个单匝轨道发射器各自的一根轨道以紧密组合结构合并，布置于4个轨道发射器的中心位置，构成公共轨，4个轨道发射器的另一根轨道以花瓣形式均匀分布于公共轨周围，在这4个轨道的周围，沿轨道轴向以半包裹形式设置有由高导磁材料制作的磁场约束体；再由上述部件构成的管芯组件外部，设置有高强度预紧包覆层，使该轨道炮集成成型；在发射器尾部设置炮尾馈电装置，以实现电磁炮与电源电缆连接，以及实现4个轨道发射器以串联馈电方式连接。来自电源的电流通过炮尾馈电装置依次串联流过4个发射器，最后经由炮尾馈电装置流出，通过馈电电缆返回电源。由炮尾馈电装置实现公共轨内的各轨道电流流向一致，各轨道电流产生的磁场相互叠加，使各发射器内膛公共轨附近磁感应强度大幅提高，而高导磁性的磁场约束体提升了外部轨道附近磁感应强度，提升了内膛磁感应强度均匀性。
[0090]
该磁场约束型串联馈电4管共轨增强轨道炮相对于4个单独的单匝轨道炮，发射效率大幅提升，而总馈电电缆数却减少到原来的四分之一；由于4个发射器使用同一路电流，发射弹丸的初速一致性好，且实现了4管齐射，提高了火力密度。
[0091]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。