炮弹加速飞船的弹壳和飞船制造技术

本发明专利技术为炮弹加速飞船的弹壳和飞船，在炮弹加速飞船的方法里，电磁炮发射炮弹内装了燃料。飞船接收到炮弹后，利用燃料和火箭发动机来产生推力，从而推动飞船加速。普通的炮弹的装药比很低。本发提供了一种高装药比的炮弹，且飞船上配套的燃烧炉，炮弹取出燃料后剩下的弹壳可以在燃烧炉内燃烧。这种组合能够大大提高数倍装药比，炮弹的等效比冲可以提高5倍以上，极大地增加了炮弹的利用率，大大减少了炮弹的使用量，节省电磁炮系统规模要求。节省电磁炮系统规模要求。

【技术实现步骤摘要】
炮弹加速飞船的弹壳和飞船


[0001]本专利技术涉及太空、火箭、火箭发动机、化学燃料、电磁炮等技术，尤其涉及炮弹加速飞船的系统的设计。

技术介绍

[0002]专利2020108535240披露了一种炮弹加速系统及其加速办法，这种方法主要是：电磁炮依次发射一串炮弹，这种炮弹内含有喷气燃料；炮弹都向着飞船飞行，飞船依次接收到各个炮弹；飞船每接收到一个炮弹，就取出炮弹内的燃料，放入火箭发动机、向后喷气，从而使得飞船加速。炮弹的燃料取出后，炮弹就丢弃在太空中，成为一个太空垃圾。
[0003]炮弹需要弹壳来储纳燃料，目前的普通弹壳是由钢、铜制造而成的，这些重金属的密度达到7.8
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9kg/L，使得炮弹的燃料质量占炮弹总重量的比值过小。即使装药比最高的高爆弹、迫击炮炮弹，通常只能够达到15
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20%。这个是因为炮弹发射时的冲击很大，必须采用厚厚的弹壳才可以保证炮弹的强度，而弹壳的密度很大，而炸药的密度很小，使得炮弹的装药比非常小。尤其是在太空中的电磁炮炮弹，作为装药的火箭发动机燃料，密度比炸药更小，所以采用普通炮弹的话，装药比更小。
[0004]普通炮弹内装入燃料，普通火箭燃料的比冲可达3500
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4200m/s，设1kg中的炮弹装入0.15kg的燃料，则炮弹的等效比冲可以计算为：0.15*3500/1=525m/s，0.15*4200/1=630m/s，也就是说，普通炮弹的等效比冲是525
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630m/s。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种高等效装药比的炮弹，这种炮弹的弹壳是由可燃材料制造而成的，而飞船上安装了一个燃烧炉，燃烧炉内通入氧化剂，把弹壳放入炉内燃烧。炮弹携带了燃料，燃料分为氧化剂和氧化剂。所谓可燃的弹壳，是指弹壳能够在氧化剂内燃烧。燃烧炉燃烧弹壳产生的大量高温高压气体，可以导入涡轮机内发电。高温高压气体也可以用于加热热量，从而提高燃料的比冲。
[0006]进一步地，可燃弹壳的比冲也往往可达2500
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3500m/s。燃烧炉的出口设喷管，燃烧压力保持在1MPa以上，这个时候燃烧炉和喷管就组成了一个火箭发动机，喷气速度可达2500
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3500m/s，从而大大提高了炮弹加速的效果。把弹壳喷气产生的冲量，折算为燃料的冲量，就可以计算出来炮弹的等效装药比。这个等效装药比，比普通炮弹的装药比高得多。
[0007]有益效果 通过这些组合，都能够大大提高弹壳的利用率，提高炮弹的等效比冲。
[0008]l 可燃材料的密度通常是1.5
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2.7kg/L，远远低于钢、铜，从而大大减少弹壳的重量、把装药比从5
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10%提高到80%以上。
[0009]l 采用纤维材料制造的弹壳，由于纤维材料的比强度比钢、铜高3
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8倍，因此按照体积计算，弹壳使用量可以比钢、铜少很多，从而进一步减少弹壳质量、提高装药比。
[0010]l 可燃材料如果采用纤维材料，由于纤维燃烧速度快、能够产生大量的高温高压
气体，加上喷管后，可以充当火箭发动机产生推力。从而加强炮弹的加速效果。
[0011]l 可燃材料无论是纤维材料还是铝、镁、锂等制造而成的，都可以在氧气中燃烧，产生的热量可以预热燃料，从而提高燃料的比冲10%以上。也可以通过温差发电机进行发电。
[0012]l 可燃材料如果是采用铝、镁、锂制造而成的，则燃烧后生成氧化铝、氧化镁、氧化锂，这些都是耐高温材料，可以用于生成飞船的整流罩。飞船在到达目标星球后在大气中减速着陆过程中，整流罩可以用来防热。
[0013]l 通过上述措施，炮弹的等效比冲提高6
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7倍以上，炮弹使用量可以减少60
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85%以上。
[0014]l 电磁炮系统的建设规模、造价都将大幅缩小。
实施例
[0015]实施例1（1、2、3、4）一种太空中加速飞船的炮弹加速系统，部署在地球的第二拉格朗日点上。加速系统是由电磁炮、炮弹组成，系统运行在太空中；炮弹放置在电磁炮内发射，电磁炮由电源供电。炮弹内装有燃料，燃料是固态的氧和固态的甲烷，这种燃料的比冲是3800m/s。电磁炮的发射速度可调，以发射不同速度的炮弹。飞船安装了火箭发动机、捕获设备，捕获设备可以捕捉飞到附近的炮弹。飞船内安装了火箭发动机，炮弹的燃料可用于火箭发动机点火喷气，产生推力，从而推动飞船加速。
[0016]所述炮弹的弹壳是碳纤维制造而成的，碳纤维的碳含量是90%，其余主要是氢元素。弹壳厚度是0.1cm，长度是20cm，直径是10cm。炮弹的圆周和底部有弹壳，前端没有弹壳，弹壳表面积是726cm^2，体积是0.073L，碳纤维密度是2.5kg/L，弹壳的重量是0.18kg。而炮弹的容积是1.57L，燃料的平均密度是0.9kg/L，可以装燃料1.41kg。这种炮弹的全重是0.18+1.41=1.59kg，装药比高达88.6%。
[0017]炮弹在飞行过程中与电磁炮的通讯设备、飞船上的通讯设备联络，不断调整炮弹的飞行方向。所述捕获设备是一个网，飞船上安装了一个网，网的长宽分别是5米，网垂直于飞行方向。炮弹遇到飞船时，炮弹与飞船之间的速度差小于5m/s，以免撞击损坏网。各个炮弹追上飞船，被飞船捕获。炮弹在飞行过程中速度基本不变。
[0018]而飞船安装了燃烧炉和喷管，以及刀具。炮弹的燃料被取出后，刀具开把弹壳切碎，放入燃烧炉内，并通入氧气，把弹壳烧掉。
[0019]燃烧炉的压力保持在3MPa，燃烧产生的高温高压燃气导入到喷管，产生3300m/s的比冲。燃烧0.18kg的碳纤维需要0.48kg的氧，两者之和是0.18+0.48=0.66kg。而甲烷、用于与甲烷反应的氧的占比之和是1.41
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0.48=0.93kg。炮弹的等效比冲计算办法是：(0.93*3800+0.66*3300)/1.59=3592m/s，比普通炮弹的等效比冲提高6
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7倍。
[0020]实施例2（5、8）其他与上一个实施例相同，不同之处是：弹壳的圆筒形的圆周是由碳纤维薄膜螺旋缠绕而成的，碳纤维的缠绕方向是螺旋缠绕的，缠绕角（螺旋角）是20度。螺旋的缠绕角，使得弹壳的前后更加紧密。
[0021]所述燃料是固态乙烷和固态氧，平均密度是1kg/L，密度大的燃料可以装入更多的
燃料。
[0022]此外，燃烧炉燃烧掉弹壳，避免弹壳成为太空垃圾，减少对太空的污染。
[0023]实施例3（6、9、10）其他与实施例1相同，不同之处是：弹壳的圆周是由聚乙烯纤维薄膜卷绕而成的，纤维的缠绕角是0度，缠绕层数是4。较薄的纤维，缠绕层数多，则弹壳越均匀，黏合力也越强。
[0024]弹壳的前端是朝着发射方向的前方，后端是靠近发射方向的后方。在发射时候，前端受到的挤压小，后端受到的挤压大。纤维薄膜是不等厚的，前端的厚度小，后端的厚度大。因此卷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加速系统，加速系统是由电磁炮、飞船组成，电磁炮发射炮弹，炮弹内含有燃料，燃料包括氧化剂、还原剂；飞船可以接收到炮弹，并取出炮弹内的燃料、放入火箭发动机产生推力，从而加速飞船；其特征是：炮弹的弹壳是可燃材料制造而成的，弹壳在氧化剂内可燃；飞船上安装了燃烧炉，弹壳可以在燃烧炉内燃烧掉。2.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述弹壳是纤维材料制造而成的。3.根据权利要求2所述的系统，其特征是：所述弹壳的圆周的纤维的缠绕方向是螺旋缠绕的，缠绕角是大于等于0度，小于等于30度。4.根据权利要求2所述的系统，其特征是：所述弹...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，
申请(专利权)人：珠海达理宇航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：