基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置及方法，装置包括驱动线圈，驱动线圈采用超导线材或带材绕制，多个驱动线圈组成发射通道；抛体线圈，抛体线圈采用超导块材或线材绕制；超导直流电源，超导直流电源用于为驱动线圈、抛体线圈提供初始电流。释能换向电路，释能换向电路利用中间电容器回收转存超导驱动线圈磁能。基于该装置，通过为超导驱动线圈与超导抛体线圈分别注入预设比值的电流，即可使得当超导抛体线圈运动到超导驱动线圈轴向中心处时，超导驱动线圈中的电流自动衰减至0，进而避免超导驱动线圈对超导抛体线圈产生反向拉力，保证抛体线圈持续加速发射。本发明专利技术解决了传统线圈发射电流难以快速同步精准换向的难题。步精准换向的难题。步精准换向的难题。

【技术实现步骤摘要】
基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置及方法


[0001]本专利技术涉及电磁发射
，具体而言，涉及基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置及方法。

技术介绍

[0002]电磁发射是利用电流与磁场之间的安培力来加速抛体运动的一项技术。目前较为常用的线圈型电磁发射方式为磁阻型线圈发射，该发射方式的关键技术难点在于，当抛体电枢运动到驱动线圈中心时，要尽快释放掉驱动线圈中的电流，避免产生反向减速力；同时，要求控制系统与抛体电枢运动同步，选择设定合适的提前放电时刻和触发放电位置，以便最大化地利用电磁加速力。然而，在大推力、超高速、大电流、多级发射情况下，随着抛体速度越来越快，换向电路开关的通断压力越来越大，驱动线圈中的电流难以同步、快速、准确地完成放电。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置及方法，以解决抛体运动到驱动线圈中心时，因电流不能及时释放时产生反向减速力。本专利技术提出采用超导线材绕制驱动线圈，使用超导块材制作抛体电枢，设计释能换向电路转存磁能，给出使驱动线圈电流自动过零的比例值计算方法。
[0004]本专利技术解决了传统线圈型发射模式的内阻损耗过大问题，克服了驱动线圈电流难以快速同步精准换向难题，同时，降低了释能电路换向开关的通断压力，有效地解决了抛体线圈发射过程中受到制动减速力的问题，有效地提高了线圈型电磁发射效率。
[0005]本专利技术的实施例通过以下技术方案实现：
[0006]第一方面，提供基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置，包括驱动线圈，所述驱动线圈采用超导线材或带材绕制，多个所述驱动线圈组成发射通道；抛体线圈，所述抛体线圈采用超导块材或线材绕制；超导直流电源，所述超导直流电源用于为驱动线圈、抛体线圈提供初始电流。
[0007]第二方面，基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射方法，应用于上述的基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置；发射方法如下：
[0008]发射前，使用超导直流电源为超导驱动线圈励磁充电至电流I
d1
，然后，闭合超导开关，使超导驱动线圈以电流I
d1
闭环运行；
[0009]发射初始时刻，利用超导直流电源为超导抛体线圈励磁充电，使超导抛体线圈产生电流I
p1
，且电流I
d1
与I
p1
的方向一致；然后闭合超导开关，使超导抛体线圈闭环运行；
[0010]发射时，超导驱动线圈和超导抛体线圈中的电流同向，产生相互吸引的电磁力，拉动抛体线圈加速运动。当超导抛体线圈不断靠近驱动线圈时，由于电磁感应相互作用和超导恒磁通原理，超导驱动线圈中的电流I
d1
将不断减小。
[0011]通过预设的初始电流设定，可以使得：当超导抛体线圈运动到超导驱动线圈中心
点位置时，超导驱动线圈中的电流I
d1
刚好自动衰减过零。此时，断开释能换向电路的第一回路，同时换向至第二回路转存磁能。
[0012]本专利技术实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
[0013]通过为超导驱动线圈与超导抛体线圈分别注入预设比值的电流，即超导抛体线圈的磁通与超导驱动线圈的磁通满足预设比例关系，使得超导抛体线圈的中点位于超导驱动线圈轴向中心处时，超导驱动线圈中的电流自动衰减过零，进而避免超导驱动线圈对超导抛体线圈产生反向拉力；
[0014]所提技术方案可以解决传统线圈型发射模式的内阻损耗过大问题，克服驱动线圈电流难以快速同步精准换向难题，同时，降低释能电路换向开关的通断压力，可有效地解决抛体线圈发射过程中受到制动减速力的问题。该发射模式充分回收并利用耦合磁能，避免传统线圈发射器剩留磁能的损失，有效地提高了线圈型电磁发射效率。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的超导恒磁通感应发射原理图；
[0016]图2为本专利技术的超导恒磁通感应发射线圈电流自动过零图；
[0017]图3为本专利技术的超导恒磁通感应发射方法流程图；
[0018]图4为本专利技术的超导恒磁通感应发射系统框图；
[0019]图5为本专利技术的释能换向电路原理图；
[0020]图6为本专利技术的瞬态过程驱动线圈和抛体线圈的电流变化曲线图；
[0021]图7为本专利技术的瞬态过程抛体线圈所受加速力和速度变化曲线图。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0023]本专利技术采用超导线材绕制驱动线圈，使用超导块材或线材制作抛体线圈，提出基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射新模式。该发射模式使用超导直流电源为驱动线圈和抛体线圈注入电流，预设电流在驱动线圈和抛体线圈中闭环运行产生磁场，进而利用驱动线圈和抛体线圈两者的磁场相互吸引而加速。根据电磁感应和楞次抵抗磁通原理，当抛体线圈不断靠近驱动线圈，驱动线圈中的电流将不断减小。通过恰当的预设电流设定，可以使得抛体线圈运动到驱动线圈轴向中心点位置时，驱动线圈中的电流自动衰减过零。此时，断开驱动线圈原回路，利用中间电容器回收暂存换向磁能，保证抛体线圈不受到反向减速力。该发射模式可以大大降低驱动线圈电流换向的开关压力，同时，也可以将中间储能电容器对下一级驱动线圈后半段放电，进而对抛体线圈产生斥力加速。这样，实现超导驱动线圈对抛体线圈先拉后推的全程加速。该发射模式充分回收并利用耦合磁能，避免传统线圈发射器剩留磁能的损失，可以大大提高系统发射效率。
[0024]上述的基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射新模式的原理如下：
[0025]超导体具有零电阻和迈斯纳效应。利用超导线材绕制成超导线圈，当超导线圈通
载电流，并通过超导开关闭环运行时，由于回路的电阻趋于为零，超导线圈回路的电流将持续不变，这即是超导磁通守恒定律。
[0026]基于超导磁通守恒定律，考虑同轴放置的两个超导线圈，如图1所示，一个作为抛体线圈p，一个作为驱动线圈d。驱动线圈的电感为L
d
，运行电流为I
d
；抛体线圈的电感为L
p
，运行电流为I
p
。驱动线圈与弹丸线圈之间的互感值为M，该互感值随着抛体线圈的运动而发生变化。当抛体线圈运动到驱动线圈中心的位置时，互感值最大。
[0027]在发射之前，抛体线圈和驱动线圈分别由超导直流电源供电励磁，达到设定初始电流值后，利用超导开关使之闭环运行。由于超导线材的无阻特性，超导线圈中的闭环电流可以持久运行。在无外部电磁相互作用和能量损耗情况下，驱动线圈和抛体线圈各自回路中的磁通保持不变。设定抛体线圈和驱动线圈中电流的方向一致，则抛体线圈将受到驱动线圈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置，其特征在于，包括：驱动线圈，所述驱动线圈采用超导线材或带材绕制，多个所述驱动线圈组成发射通道；抛体线圈，所述抛体线圈采用超导块材或超导线材绕制；超导直流电源，所述超导直流电源用于为驱动线圈、抛体线圈提供初始电流；释能换向电路，所述释能换向电路，利用中间电容器回收转存超导驱动线圈磁能。2.如权利要求1所述的基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置，其特征在于，还包括位置传感器，所述位置传感器用于监测抛体线圈的所在位置。3.如权利要求1所述的基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置，其特征在于，所述释能换向电路包括第一回路和第二回路；所述第一回路包括依次连接的驱动线圈、电阻R1与开关Sd1，所述第二回路包括依次连接的驱动线圈、电阻R1、二极管D1与电容器C1。4.如权利要求3所述的基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置，其特征在于，所述开关Sd1处还设置有电流检测装置，用于检测驱动线圈中的电流。5.如权利要求4所述的基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置，其特征在于，所述开关Sd1为超导开关或晶闸管换向开关。6.如权利要求1所述的基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置，其特征在于，还包括启动线圈，超导抛体线圈中的初始电流通过启动线圈脉冲放电感应获得，即通过储能电容器向启动线圈脉冲放电，使位于初始发射位置的抛体线圈产生感应电流。7.如权利要求1所述的基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置，其特征在于，所述发射通道由在同一轴线上间隔设置多个驱动线圈级联构成。8.如权利要求1所述的基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置，其特征在于，所述发射通道由多级多极矩线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱英伟，王鹏，雷勇，王为，刘雪山，王义剀，马世金，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：