本發(fā)明涉及電磁炮領(lǐng)域，準(zhǔn)確地說(shuō)是一種永磁直流電磁炮的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)動(dòng)能殺傷武器，是利用運(yùn)動(dòng)電荷或載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的電磁力(通常稱它為洛倫茲力)去加速?gòu)椡璧摹睦碚摵蛯?shí)踐比較成熟的主要有一下三種形式：第一電磁軌道炮的工作原理，第二是同軸線圈炮的工作原理，第三是重接炮的工作原理。第二種同軸線圈電磁炮由環(huán)繞于炮膛的一系列固定的加速線圈與環(huán)繞于彈丸的彈載運(yùn)動(dòng)線圈(發(fā)射線圈)構(gòu)成，如附圖1所示。它利用加速線圈1a、1b、1c…(分別表示三個(gè)加速線圈)與發(fā)射線圈2之間互感時(shí)產(chǎn)生的電磁力作為彈丸的加速力，當(dāng)給加速線圈突然加上電流時(shí)在發(fā)射線圈內(nèi)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流，這時(shí)兩個(gè)線圈相當(dāng)于兩個(gè)電磁鐵，它們相互排斥，發(fā)射線圈2受到的這個(gè)排斥力就是加速力，發(fā)射時(shí)依次給加速線圈供電，于是產(chǎn)生沿炮身管運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)與發(fā)射線圈中感應(yīng)電流激勵(lì)的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生連續(xù)的加速力fa，從而使彈丸加速運(yùn)動(dòng)，3表示彈丸運(yùn)動(dòng)的方向。需要說(shuō)明的是，加速線圈與發(fā)射線圈之間的相互作用，相當(dāng)于兩個(gè)磁體間的相互作用，既可以相斥也可以相吸，可使彈丸加速也可使彈丸減速。缺點(diǎn)是：必須保證使加速線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與發(fā)射線圈的運(yùn)動(dòng)位置精確同步，否則彈丸不能正常發(fā)射。

永久磁鐵在工農(nóng)業(yè)及國(guó)防領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。雖然永久磁鐵的性能近幾年有了很大的提高，但在使用中仍然存在永久磁鐵的退磁現(xiàn)象。從永磁體退磁機(jī)理來(lái)看，外磁場(chǎng)退磁是其中的一個(gè)原因；同樣也用外磁場(chǎng)給永磁體充磁。從磁疇理論上，不管是給永磁體充磁還是引起退磁都有外磁場(chǎng)大小的問(wèn)題。退磁機(jī)理：當(dāng)退磁磁場(chǎng)的強(qiáng)度達(dá)到一定值后，永磁體內(nèi)的磁疇將發(fā)生疇壁位移及磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)到反磁化場(chǎng)方向，形成不可逆的轉(zhuǎn)動(dòng)，即使當(dāng)退磁磁場(chǎng)消失，永磁體內(nèi)的磁疇磁矩不能回到原來(lái)磁矩方向，即產(chǎn)生不可逆退磁。但是，當(dāng)退磁磁場(chǎng)強(qiáng)度小于永磁體的磁場(chǎng)，那么產(chǎn)生退磁現(xiàn)象就非常小。另外，永久磁鐵的磁場(chǎng)有吸引鐵磁質(zhì)的特性，而鐵磁質(zhì)又有對(duì)磁場(chǎng)的匯集性質(zhì)。也就是當(dāng)磁感線在空氣中遇到鐵磁質(zhì)時(shí)，磁感線會(huì)偏離原來(lái)的方向進(jìn)入鐵磁質(zhì)，所以鐵磁質(zhì)有強(qiáng)烈地匯聚作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有同軸線圈電磁炮存在的缺點(diǎn)和永久磁鐵的性質(zhì)，提供一種永磁直流電磁炮的設(shè)計(jì)方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的方法，是根據(jù)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到安培力的原理和鐵磁質(zhì)對(duì)磁感線有強(qiáng)烈地匯聚作用設(shè)計(jì)的。下面從兩個(gè)方面說(shuō)明：<1>.本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式與永久磁鐵的特性：附圖2是說(shuō)明鐵磁質(zhì)對(duì)磁感線有匯聚作用的示意圖。圖2中的4是一個(gè)鐵磁質(zhì)圓形炮筒，圓筒內(nèi)側(cè)裝有四塊n極極面都面向圓心的永久磁鐵5，四塊永久磁鐵的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)相同。鐵質(zhì)圓形炮筒4內(nèi)裝有一個(gè)矯頑力很小的軟磁質(zhì)內(nèi)圓筒6，兩圓筒同心且它們之間設(shè)有氣隙7(間隙)。根據(jù)永久磁鐵5的特性，四塊永久磁鐵的磁場(chǎng)都被軟磁質(zhì)內(nèi)圓筒6匯集，磁力線方向指向圓心；四塊永久磁鐵5的磁場(chǎng)互為外磁場(chǎng)、互相相斥。如背景技術(shù)所述，該外磁場(chǎng)如果達(dá)到一定的強(qiáng)度，會(huì)造成永久磁鐵5的退磁現(xiàn)象出現(xiàn)。但是在本方案中，由于對(duì)于每塊永久磁鐵來(lái)說(shuō)，該外磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)低于每塊永久磁鐵內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)，所以達(dá)不到造成永久磁鐵5退磁的程度。<2>.電磁作用原理：圖3表示在鐵質(zhì)內(nèi)圓筒6外側(cè)環(huán)繞有發(fā)射線圈2(沿用背景技術(shù)中的稱謂)，當(dāng)發(fā)射線圈2接通直流電源并且使電流按順時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)時(shí)，根據(jù)安培定律，發(fā)射線圈2在永久磁鐵5的磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力的作用。電磁力的方向：根據(jù)左手定則，伸開(kāi)左手并使拇指與十指垂直，然后手心對(duì)永久磁鐵的n極，四個(gè)手指指向電流的方向，那么拇指所指的方向?yàn)榘l(fā)射線圈2受到電磁力的方向。圖3中發(fā)射線圈2受到電磁力的方向是離開(kāi)紙面。本方案中，發(fā)射線圈2的每一匝的長(zhǎng)度幾乎全部在永久磁鐵的磁場(chǎng)中，根據(jù)電磁力公式f＝bil，當(dāng)發(fā)射線圈2內(nèi)的電流強(qiáng)度i一定、由于永久磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度b不變，載流導(dǎo)線的長(zhǎng)度l就是線圈的總長(zhǎng)度?？梢?jiàn)，射線圈2的有效利用率極高。此時(shí)，如果圓形炮筒4和永久磁鐵5固定不動(dòng)，發(fā)射線圈2和內(nèi)圓筒6可以前后移動(dòng)，那么發(fā)射線圈2和內(nèi)圓筒6會(huì)在電磁力f的作用下被推出紙面。本發(fā)明正是利用這一結(jié)構(gòu)形式和電磁作用原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖4和圖5表示利用本發(fā)明所述的方法設(shè)計(jì)的永磁直流電磁炮的原理示意圖。圖4表示電磁炮沿軸向的剖視圖、圖5表示電磁炮沿a-a向的剖視。多塊永久磁鐵5固定安裝在圓形炮筒4的內(nèi)壁上，直流發(fā)射線圈2繞在內(nèi)圓筒6上。圓形炮筒及永久磁鐵固定不動(dòng)，內(nèi)圓筒和線圈可以左右移動(dòng)。當(dāng)發(fā)射線圈2接通直流電源且使圓筒上側(cè)的導(dǎo)體電流流入下側(cè)的導(dǎo)體電流流出“⊙”。根據(jù)左手定則，發(fā)射線圈2和內(nèi)圓筒6在電磁力fb的作用下向左射出，圖中的3表示運(yùn)動(dòng)方向。

本發(fā)明所述的一種永磁直流電磁炮，是利用載流線圈在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電磁力的原理和鐵磁質(zhì)對(duì)永久磁鐵的磁場(chǎng)具有匯集作用的性質(zhì)設(shè)計(jì)的。其結(jié)構(gòu)：主要由固定在炮體上的永久磁鐵5和發(fā)射線圈2組成，永久磁鐵5安裝在炮體上鐵磁質(zhì)圓形炮筒4的內(nèi)壁上，多塊瓦片狀永久磁鐵5的磁極、安裝方向?yàn)橥源艠O極面都面向圓心；發(fā)射線圈2沿徑向繞在軟磁質(zhì)圓筒6上。發(fā)射原理是：當(dāng)發(fā)射線圈2接通直流電源后，彈丸8是在載流發(fā)射線圈2在永久磁鐵5同磁性磁場(chǎng)中產(chǎn)生的電磁力fa的作用下射出炮膛的。發(fā)射過(guò)程：一是發(fā)射線圈2接通電源發(fā)射后，等發(fā)射線圈2到達(dá)設(shè)定的位置由感應(yīng)器及控制系統(tǒng)切斷電源、彈丸8發(fā)射出去；二是同時(shí)改變電源的正負(fù)極再接通，同樣由通電發(fā)射線圈2與炮體上的同磁極磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁力、使發(fā)射線圈2制動(dòng)停止且返回到發(fā)射的初始位置。發(fā)射線圈2返回時(shí)的速度由輸入直流電流的大小控制。本發(fā)明與傳統(tǒng)的同軸線圈電磁炮相比較，其益效果在于：使運(yùn)動(dòng)中的通電發(fā)射線圈與永磁體之間沿軸向沒(méi)有精度要求；被發(fā)射物體得到的加速力，是一個(gè)穩(wěn)恒的電磁力；具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、推力大、電流小節(jié)能、容易操作和使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

附圖1是同軸線圈電磁炮的基本工作原理示意圖。

附圖2表示圓形炮筒內(nèi)側(cè)永久磁鐵同性磁極的磁力線被軟磁質(zhì)內(nèi)圓筒匯集的示意圖。

附圖3表示永久磁鐵的同性磁極磁場(chǎng)與內(nèi)鐵磁質(zhì)圓筒之間繞有載流線圈的示意圖。

附圖4是用本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的永磁直流電磁炮負(fù)載發(fā)射時(shí)的示意圖。

附圖5是圖4沿a-a向的剖視圖。

附圖6表示正方形發(fā)射炮筒的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

(1a)通電加速線圈，(1b)未通電加速線圈，(1c)未通電加速線圈，(2)發(fā)射線圈，(2a)發(fā)射線圈電流的方向，(3)發(fā)射線圈運(yùn)動(dòng)的方向，(4)鐵磁質(zhì)圓形炮筒，(4a)鐵磁質(zhì)方形炮筒，(5)瓦片狀永久磁鐵，(5a)方塊形永久磁鐵，(6)軟磁質(zhì)內(nèi)圓筒，(6a)軟磁質(zhì)內(nèi)方筒，(7)永久磁鐵與發(fā)射線圈之間的氣隙，(8)彈丸，(9)受電滑軌。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施：本發(fā)明提供了一種永磁直流電磁炮或者說(shuō)一種永磁直流電磁發(fā)射器的設(shè)計(jì)方法。具體實(shí)施時(shí)，對(duì)于炮身是圓形還是方形、永磁體的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)以及發(fā)射線圈的線規(guī)匝數(shù)，都需要根據(jù)所發(fā)射負(fù)載(彈丸)出膛的初始速度來(lái)確定。下面結(jié)合附圖4和5對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例1：圖4和圖5說(shuō)明的是圓形電磁炮的基本結(jié)構(gòu)以及發(fā)射線圈2的受電方法。瓦片狀永久磁鐵5的鐵磁質(zhì)炮體為圓形炮筒4，圓形炮筒4的內(nèi)側(cè)沿軸向設(shè)計(jì)有用來(lái)安裝受電滑軌9的空間；瓦片狀永久磁鐵5的n極(或s極)都面向圓心。圓形炮筒4內(nèi)裝有用來(lái)繞發(fā)射線圈2的、一個(gè)具有高磁導(dǎo)率的軟磁質(zhì)內(nèi)圓筒6；被發(fā)射的彈丸8或者其它被發(fā)射物體，安裝在發(fā)射線圈2的前面。四條受電滑軌9的作用有兩個(gè)，一是與直流電源連接將電流導(dǎo)入導(dǎo)出發(fā)射線圈2；二是定位固定發(fā)射線圈2和軟磁質(zhì)內(nèi)圓筒6、并且能沿軸向自由移動(dòng)。當(dāng)電磁炮發(fā)射時(shí)，使直流電源與滑軌9連接，受電后的發(fā)射線圈2在永久磁鐵磁場(chǎng)的作用下將彈丸8發(fā)射出去；當(dāng)發(fā)射線圈2及彈丸8到達(dá)設(shè)定的位置，由感應(yīng)元件及控制系統(tǒng)切斷電源、同時(shí)改變電源的正負(fù)極再接通，同樣由電磁力的作用使發(fā)射線圈2制動(dòng)、停止并且返回到發(fā)射的初始位置。電磁炮的發(fā)射和返回，發(fā)射是目的，所以發(fā)射時(shí)需要輸入強(qiáng)電流才能產(chǎn)生相應(yīng)的加速力，而返回則只需要較弱的電流即可實(shí)現(xiàn)。具體操作時(shí)可根據(jù)要發(fā)射負(fù)載的大小、調(diào)節(jié)輸入直流電流的強(qiáng)弱使其達(dá)到預(yù)先設(shè)定出膛速度；同樣調(diào)節(jié)輸入直流電流的大小來(lái)控制返回的快慢。

實(shí)施例2：圖6表示的是：方形電磁炮的基本結(jié)構(gòu)原理示意圖，其中4a表示鐵磁質(zhì)方形炮筒，5a表示方塊形永久磁鐵，6a表示軟磁質(zhì)內(nèi)方筒。發(fā)射原理和圓形電磁炮相同，只是結(jié)構(gòu)不同。發(fā)射時(shí)：發(fā)射線圈2接通直流電源后，載流發(fā)射線圈2與永久磁鐵磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁力將彈丸8發(fā)射出去。所以，本發(fā)明所述的瓦片狀永久磁鐵可以是長(zhǎng)方體或正方體的永久磁鐵5a；圓形炮筒也可以是長(zhǎng)方體或正方體炮筒4a。

從理論上，用本發(fā)明所述的設(shè)計(jì)方法：如果永久磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠強(qiáng)、發(fā)射線圈2內(nèi)的電流足夠大、加速距離(發(fā)射線圈2的行程)足夠長(zhǎng)，那么永磁直流電磁炮能夠發(fā)射更重的炮彈，甚至能夠發(fā)射導(dǎo)彈。