CN111551073A

CN111551073A - 电磁复合火炮

Info

Publication number: CN111551073A
Application number: CN202010569204.2A
Authority: CN
Inventors: 马铁华; 谢锐; 张红艳; 沈大伟; 裴东兴; 郝治玮; 邓慧芳; 陈昌鑫; 尤文斌; 张瑜; 崔春生
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2020-06-20
Filing date: 2020-06-20
Publication date: 2020-08-18

Abstract

一种电磁复合火炮，可满足大幅度提升弹丸发射速度的要求，同时，又能有效缓解高温环境下的轨道烧蚀问题。包括脉冲电源、炮闩、圆柱体弹丸、绝缘介质、炮管、上轨道、下轨道、绝缘介质、电枢（弹丸即电枢）、炮尾、导体环。本发明的有益成果是运用化学能加电磁能发射弹丸，使弹丸在双重推力（初始的化学推力和后续的电磁力推力）的作用下加速发射，可满足大幅度提升弹丸发射速度的要求，和圆柱体弹丸表面镀锡的方法，有效的减小了轨道由于摩擦产生的烧蚀，及炮口处由于空气击穿产生的火光和巨响，延长使用次数或寿命。

Description

电磁复合火炮

技术领域

本发明属于电磁发射技术领域，具体为电磁复合火炮。

背景技术

火炮是现代军事化战争的有力武器，传统火炮发射运用化学能，火力猛烈，通用性强，但射速较低（一般1000m/s以内），而且囿于结构本身的缺陷，射程一般只有30~40千米。与传统火炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁轨道炮利用电磁作用力加速火炮，能大大提高火炮速度（速度3000m/s及以上）和射程（200~300千米）。

在实战中，火炮毁伤效力直接关系着作战效能，为了提升火炮毁伤威力，增大火炮射速是极其关键的。对于传统火炮，一般通过增长身管、增加发射药来提升射速，所能提升的速度范围有限。对于电磁轨道炮，增大轨道电流能够提升射速。不过，这种大电流带来的后果是轨道的烧蚀。同时，由于受到目前超大电流脉冲能源技术的限制，高功率脉冲电源所能提供的轨道电流有限。另外，电磁轨道炮是靠轨道与运动的电枢形成回路驱动弹丸发射，而在弹丸射出炮口的瞬间，电流回路突然断开，引起轨道瞬间产生极强的自感，可以击穿空气，产生强烈的火光，并伴有空气被击穿放电的巨响，不仅造成能量的浪费，还会导致轨道的烧蚀，且炮口释放的能量也会对本方电子设备带来严重冲击影响电磁炮的寿命，造成较大的经济损失。这些因素制约了火炮技术的发展。因此，本发明设计一种新型的电磁复合火炮，融合传统火炮和电磁轨道炮发射技术，以满足大幅度提升弹丸发射速度的要求，同时，又能有效缓解高温、大电流环境下的轨道烧蚀问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁复合火炮，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电磁复合火炮，融合传统火炮和电磁轨道炮发射技术，综合利用化学能和电磁能发射弹丸，可满足大幅度提升弹丸发射速度的要求。一种电磁复合火炮，包括火炮管、炮闩、炮尾、弹丸，炮闩提供化学能用以发射弹丸，炮尾连接炮闩和炮管，还包括脉冲电源、上轨道、下轨道和电枢，上轨道安装在前段火炮管内上部，上轨道和前段火炮管上部之间用绝缘介质隔开，所述下轨道安装在前段火炮管内下部，下轨道和前段火炮管下部之间用绝缘介质隔开，上轨道、前段火炮管、绝缘介质和下轨道构成电磁炮管，电枢和弹丸采用电枢-弹丸一体化形式，电枢（弹丸）和上轨道、下轨道接触；脉冲电源其正负极通过导线分别与上轨道和下轨道连接。

炮闩提供化学能用以发射弹丸，包括发射时承受燃气压力，包括闭锁、击发、开锁、开闩及抽出药筒等功能构件。炮尾连接炮闩和身管并容纳部分炮闩机构及构件零件。脉冲电源给上下轨道和电枢提供高功率超大电流脉冲，可调可控，用于产生电磁作用力来驱动电枢和弹丸。所述电枢和弹丸采用电枢-弹丸一体化形式，弹丸即电枢，不需要单独的电枢结构。弹丸与上轨道和下轨道及脉冲电源在弹丸发射时形成闭合回路，产生电磁效应。电磁复合火炮运用化学能加电磁能发射弹丸，提高弹丸射速。在弹丸发射过程中，首先运用传统火炮发射方式推动炮管中的弹丸，使弹丸在化学能的作用下在火炮管中向前推进。当弹丸出火炮管，进入电磁炮管时，高功率电流脉冲电源开关打开，弹丸与上下轨道及脉冲电源间形成闭合通路，由于电磁效应，在其间生成强大磁场，弹丸在电磁场力的作用下进一步受到向前推进的力，炮管内的弹丸在初始的化学推力和后续的电枢电磁力推力的作用下加速发射，直至射出炮口。

上述的电磁复合火炮，弹丸表面镀锡。由于电磁轨道炮发射过程中弹丸会产生振动，即弹丸和轨道间存在间隙，若弹丸和轨道的接触形式为固体+固体形式，间隙的存在会导致接触电阻大，热损耗大，轨道烧蚀严重，本发明弹丸表面镀锡，由于锡的熔点低，发射过程中弹丸和导轨摩擦产生的热量使得锡始终处于熔融状态，即弹丸和轨道间接触形式为固体+液体，保证了弹丸和导轨始终处于接触状态，减小接触电阻和发热，缓解了轨道烧蚀问题。

上述的电磁复合火炮，电磁炮管炮口处设有与电磁炮管绝缘的导体环，导体环内侧环面贴在炮口端面上，且导体环内侧环面和炮口端面之间有绝缘介质，导体环分为左右两个间隔开的半圆环，上轨道和下轨道分为左右两个间隔开的半轨道，上轨道的左半轨道端部嵌入左半圆环中，上轨道的右半轨道端部嵌入右半圆环中，下轨道的左半轨道端部嵌入左半圆环中，下轨道的右半轨道端部嵌入右半圆环中，导体环其材料为亲和锡的材料，轨道为不亲和锡的材料，导体环可拆卸。传统电磁轨道炮在炮弹出炮口时，回路断开瞬间释放的巨大能量将空气击穿，产生强烈的火光和巨响，空气变为导体，由于空气导体R较大，热损耗大。由于锡的熔点低，在炮弹上附着的锡呈液态，液态锡始终附着在炮弹上，其目的在于缓解轨道烧蚀。炮弹离开炮口瞬间，由于导体环材料亲和锡，炮弹上的锡可附着在导体环，使导体环间的缝隙填满锡，使得回路短暂导通，提供了一个能量释放途径，缓解了弹丸出炮口时的火光及巨响现象，同时由于导体环与锡的连接处的R较小，热损耗小。炮弹离开炮口与空气作用，高温使得锡气化，临近炮口部分轨道锡变成气体，回路断开。

相对于现有技术，本发明有益成果是，提供一种电磁复合火炮，运用化学能加电磁能发射弹丸，使弹丸在双重推力（初始的化学能推力和后续的电枢电磁力推力）的作用下加速发射，可满足大幅度提升弹丸发射速度的要求，同时，采用在弹丸表面镀锡的方法，有效的减小了轨道的摩擦和烧蚀，缓解了空气击穿带来的火光及巨响。

附图说明

图1为本发明提供的电磁复合火炮结构示意图，用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分。

图2为电磁炮管炮口示意图。

附图标记：1-脉冲电源；2-炮闩；3-弹丸；4-绝缘介质；5-火炮管；6-上轨道；7-电枢；8-下轨道；9-炮尾，10-导体环，11-电磁炮管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

请参阅图1，本发明提供一种电磁复合火炮，融合传统火炮和电磁轨道炮发射技术，可满足大幅度提升火炮发射速度的要求，同时，又能有效缓解高温环境下的轨道及弹丸烧蚀问题，并且在炮弹射出瞬间，由于形成短暂的导电回路，减小了炮口的火光和空气击穿程度，综合利用化学能和电磁能发射弹丸。电磁复合火炮装置包括脉冲电源1、炮闩2、弹丸3、绝缘介质4、火炮管5、上轨道6、电枢7、下轨道8、炮尾9、导体环10、电磁炮管11。所述炮闩2提供化学能用以发射弹丸，包括发射时承受燃气压力，包括闭锁、击发、开锁、开闩及抽出药筒等功能构件。所述炮尾9连接炮闩和身管并容纳部分炮闩机构及构件零件。所述脉冲电源1给上下轨道和电枢7提供高功率超大电流脉冲，可调可控，其正负极通过导线分别与上轨道6和下轨道8连接，用于产生电磁作用力来驱动电枢7和圆柱体弹丸3。所述电枢7和圆柱体弹丸3采用电枢-弹丸一体化（即电枢和弹丸固定在一起）形式，以保证电枢对弹丸有效地传递电磁力。所述电枢7与上轨道6和下轨道8及脉冲电源1在弹丸发射时形成闭合回路，产生电磁效应。所述上轨道6安装在前段火炮管内上部，上轨道6和前段火炮管上部之间用绝缘介质4隔开。所述下轨道8安装在前段火炮管下部，下轨道8和前段火炮管下部之间用绝缘介质4隔开。所述上轨道6、前段火炮管、绝缘介质4、下轨道8构成电磁炮管11。所述电磁炮管11的弹丸出炮口内处安装有导体环10，用于产生导电回路，减小炮弹在射出瞬间能量损耗，缓解轨道烧蚀问题。所述圆柱体弹丸3表面镀锡，在弹丸发射时，一方面锡与空气作用形成氧化锡，作为弹丸滑动的固体润滑剂。一方面，火炮内壁由于强高温和摩擦，使锡融化，这部分融化的锡填充在轨道与弹丸间，减小了接触电阻，缓解了轨道的高温烧蚀。本电磁复合火炮的炮管的后段为传统的火炮管5，前段为电磁炮管11。

具体地，本发明的具体实施方式为：

运用化学能加电磁能发射弹丸，提高弹丸射速。在弹丸发射过程中，首先运用传统火炮发射方式推动炮管中的电枢7和圆柱体弹丸3，使电枢7和圆柱体弹丸3在化学能的作用下在炮管中向前推进。高功率电流脉冲电源开关打开，电枢7与上下轨道及脉冲电源间形成闭合通路，由于电磁效应，在其间生成强大磁场，电枢7在电磁场力的作用下进一步受到向前推进的力，炮管内的圆柱体弹丸3在初始的化学推力和持续的电枢电磁力推力的作用下加速发射，直至射出炮口。

在弹丸发射时，一方面弹丸表面镀的锡与空气作用形成氧化锡，作为弹丸向前滑动的固体润滑剂，以减小弹丸在向前推进加速过程中的阻力以及对轨道的摩擦。另一方面，火炮内壁的强高温和摩擦作用，使弹丸表面镀的锡融化，并覆盖到轨道表面，作为大电流带来的轨道烧蚀的补充。在电枢7和圆柱体弹丸3运动至出炮口时，火炮内壁的强高温和摩擦作用融化的锡很快粘接到导体环上，形成闭合回路，在电枢7和圆柱体弹丸3一起射出炮口的瞬间，避免由于电枢出射后闭合回路断开引起的强自感和空气击穿现象，缓解管烧蚀问题。

相对于现有技术，本发明有益成果是，提供一种电磁复合火炮，运用化学能加电磁能发射弹丸，使弹丸在双重推力（初始的化学推力和持续的电枢电磁力推力）的作用下加速发射，可满足大幅度提升火炮发射速度的要求，同时，采用在炮管的弹丸出炮口内壁处镀导体圈，和圆柱体弹丸3表面镀锡的方法，有效的减小了轨道的摩擦和烧蚀，空气击穿带来的管烧蚀以及炮口处尾端能量损耗的问题。

Claims

1.电磁复合火炮，包括火炮管（5）、炮闩（2）、炮尾（9）、弹丸（3），炮闩（2）提供化学能用以发射弹丸（3），炮尾（9）连接炮闩（2）和火炮管（5），其特征在于还包括脉冲电源（1）、上轨道（6）、下轨道（8）和电枢（7），上轨道（6）安装在前段火炮管（5）内上部，上轨道（6）和前段火炮管（5）上部之间用绝缘介质（4）隔开，所述下轨道（8）安装在前段火炮管（5）内下部，下轨道（8）和前段火炮管（5）下部之间用绝缘介质（4）隔开，上轨道（6）、前段火炮管（5）、绝缘介质（4）、下轨道（8）构成电磁炮管（11），电枢（7）和弹丸（3）采用电枢-弹丸一体化形式，电枢（7）和上轨道（6）、下轨道（8）接触；脉冲电源（1）其正负极通过导线分别与上轨道（6）和下轨道（8）连接。

2.根据权利要求1所述的电磁复合火炮，其特征在于弹丸（3）表面镀锡。

3.根据权利要求2所述的电磁复合火炮，其特征在于电磁炮管（11）炮口处设有导体环（10），导体环（10）与电磁炮管（11）连接处涂有绝缘介质，导体环（10）分为左右两个间隔开的半圆环，上轨道（6）和下轨道（8）分为左右两个间隔开的半轨道，上轨道（6）的左半轨道端部嵌入左半圆环中，上轨道（6）的右半轨道端部嵌入右半圆环中，下轨道（8）的左半轨道端部嵌入左半圆环中，下轨道（8）的右半轨道端部嵌入右半圆环中，导体环（10）其材料为亲和锡的材料，电磁炮管（11）中的轨道材料选用不亲和锡的材料。