一种电磁轨道炮用线圈式装弹机

技术领域

本发明涉及电磁发射技术领域，特别是涉及一种电磁轨道炮用线圈式装弹机。

背景技术

电磁发射是一种利用电磁场与大电流产生电磁力推动电枢与载体高速运动的技术。电磁发射与常规火药发射方式相比具有弹丸初速高等特点，具有更大威力。对于常规兵器，为实现其自动装弹及连续射击，可以利用火药燃气进行高频射击，常见的有两种形式，如后坐式和导气式等。后坐式是指利用射击时后坐部件的后坐能量带动机构工作，导气式是指利用从身管导入部分火药燃气能量带动机构动作。这两种方式射频较高，在中、小口径自动炮中较为常见。而电磁发射由于其本身采用电能作为方式，无法利用燃气推动机构动作，一般采用外能源装弹的方式，如使用液压杆来装弹。

电磁轨道炮是电磁发射的一种形式，其结构主要由导电轨道，轨道间电枢，以及电枢推动的弹丸组成。电磁发射技术利用大电流产生电磁场与电磁力，推动电枢高速运动，而电枢则推动弹丸一起运动，最终实现较高的速度。电磁轨道炮作为一款兵器，连续发射是其必不可少的性能。电磁轨道炮的装填方式相比常规自动兵器有其特点，一是装填需要提供巨大的预紧力以提高电接触性能，比普通弹丸大的多，因此普通电机无法提供巨大的装弹力；二是装填深度大，以减小汇流装置影响；三是发射完毕后，不需要退弹壳，可以简化抛壳机构；四是发射过程中内膛不需要密封。由于少了两个机构动作，理论上讲其发射频率应大于常规自动兵器。但由于其巨大的装弹力和较深的装填距离，往往采用液压机构，使得装弹动作缓慢，射频远远低于常规自动兵器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁轨道炮用线圈式装弹机。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电磁轨道炮用线圈式装弹机，包括正极回流导线、负极回流导线、驱动线圈、驱动线圈正极汇流排、驱动线圈负极汇流排、推弹电枢、推弹杆、复位弹簧、固定块、导向管和弹匣；所述正极回流导线前部与正极发射导轨的前部连接，负极回流导线前部与负极发射导轨的前部连接；正极回流导线后部与驱动线圈正极汇流排连接，负极回流导线后部与驱动线圈负极汇流排连接；所述驱动线圈为多圈导线绕制而成，驱动线圈中间为空心结构，能够使推弹电枢能够沿着驱动线圈中心滑动；驱动线圈正极汇流排与驱动线圈负极汇流排分别连接到驱动线圈内部导线的两端，向驱动线圈内输入输出电流；所述推弹电枢前方连接推弹杆，当推弹电枢向前运动时，推弹杆同时被带动向前运动；所述推弹杆向前运动后能插入弹匣中，并将弹丸推出弹匣，之后将弹丸推入发射器内膛。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

(1)本发明设计有回流导线，主要目的是将电磁发射后剩余的电能传导至装弹机中，进而装弹机内的推弹电枢运动，进行装填。与现有技术相比，能够有效提高发射电能的利用率，减小炮口烧蚀，且有更快的装填速度，使电磁发射达到目前自动射击武器的高射频能力。

(2)本发明设计有驱动线圈，主要目的是利用电磁发射后剩余的电能形成强磁场，使推弹电枢内产生涡流，并与其涡流作用产生大电磁力，或者驱动线圈形成强磁场吸引推弹电枢运动，同时推弹电枢沿导向管滑动，完成装弹的功能。

附图说明

图1本发明提供的装弹机及发射器结构示意图。

图2本发明提供的装弹机及发射器结构左侧示意图。

图3本发明提供的装弹机原理剖面结构示意图。

图4本发明提供的装弹机原理斜视结构示意图。

图5本发明提供的装弹机推弹机构示意图。

其中，1—正极回流导线；2—负极回流导线；3—驱动线圈；4—驱动线圈正极汇流排；5—驱动线圈负极汇流排；6—推弹电枢；7—推弹杆；8—复位弹簧；9—固定块；10—导向管；11—弹丸；12—弹匣；13—正极发射导轨；14—负极发射导轨。

具体实施方式

本发明提出一种利用发射剩余电能进行高频装填的电磁轨道炮用线圈式装弹机，包括回流导线、驱动线圈、驱动线圈正极汇流排、驱动线圈负极汇流排、推弹电枢、推弹杆、复位弹簧、固定块、导向管、弹匣。轨道炮发射后，发射系统中的电能不能完全释放，在炮口安装回流导线，可以将剩余电能输送回装弹机用于下一次装填。剩余电能通过回流导线进入装弹机后，从驱动线圈正极汇流排流入驱动线圈，再流到驱动线圈负极汇流排，驱动线圈间产生的强磁场，使推弹电枢内形成电涡流，强磁场与电涡流相互作用，形成强大电磁力带动推弹电枢向前运动。或者推弹电枢使用铁磁材料制作，能够被强磁场吸引动作，完成装弹功能。推弹电枢与推弹杆固连，推弹电枢向前运动后驱动推弹杆伸入弹匣，进而将弹匣中的弹丸推出并继续向前推入至轨道炮内膛。电磁发射的剩余电能巨大，使得装弹机的装填力大，且动作速度快，适合高频装填，同时装弹机可以消耗剩余电能，有效减小炮口电弧等问题。

结合图1～图5，一种电磁轨道炮用线圈式装弹机，包括正极回流导线1、负极回流导线2、驱动线圈3、驱动线圈正极汇流排4、驱动线圈负极汇流排5、推弹电枢6、推弹杆7、复位弹簧8、固定块9、导向管10和弹匣12；所述正极回流导线1前部与正极发射导轨13的前部连接，负极回流导线2前部与负极发射导轨14的前部连接；正极回流导线1后部与驱动线圈正极汇流排4连接，负极回流导线2后部与驱动线圈负极汇流排5连接；所述驱动线圈3为多圈导线绕制而成，驱动线圈3中间为空心结构，能够使推弹电枢6能够沿着驱动线圈3中心滑动；驱动线圈正极汇流排4与驱动线圈负极汇流排5分别连接到驱动线圈3内部导线的两端，向驱动线圈3内输入输出电流。

进一步的，回流导线为正负极两根导线；或者，所述的回流导线由多根导线组成正负极传导线，用于传导电流；或者，所述的回流导线为金属杆结构，不影响其功能。

进一步的，所述驱动线圈3材质为金属导电材料以及绝缘材料，其结构一个线圈，或多个线圈合并而成，用于传导电流。

进一步的，所述推弹电枢6的材质为金属导电材料，可以在内部感生出涡流；所述推弹电枢6为金属固体块状结构，或者由金属丝组成。

或者，所述推弹电枢6为铁磁材料，能够被磁场吸引。

进一步的，所述驱动线圈3可以产生强电磁场，使推弹电枢内产生涡流，并与其涡流相互作用产生电磁力，驱动推弹电枢运动；所述驱动线圈可以产生强电磁场能够吸引铁磁材料的推弹电枢，驱动推弹电枢运动。

进一步的，所述推弹电枢6的形状为实心圆柱形，或者空心圆柱形。

所述推弹电枢6前方连接推弹杆7，当推弹电枢6向前运动时，推弹杆7同时被带动向前运动。所述推弹杆7向前运动后能插入弹匣12中，并将弹丸11推出弹匣12，之后将弹丸11推入发射器内膛。

所述弹匣12内部整齐排列多个弹丸11，方便推弹杆7插入，将弹丸11推出。

所述弹匣12内部放置一个弹丸11，方便推弹杆7插入，将弹丸11推出。

所述推弹电枢6后方与复位弹簧8连接，复位弹簧8另一端与固定块9连接。当推弹电枢向前移动时，复位弹簧被拉长产生弹簧力，所述弹簧力将使推弹电枢返回初始发射位置，以进行下一次发射装填。

所述推弹电枢6前方与复位弹簧8连接，复位弹簧8另一端与固定块9连接。复位弹簧8能够将推弹电枢6推回初始位置。

所述推弹电枢6与导向管10接触，导向管10另一端与固定块9连接，推弹电枢6可以沿着导向管10滑动，并且推弹电枢6的运动方向受到导向管10限制。

所述导向管10为多根棒状结构，或者1根棒状结构，能够限制推弹电枢6的运动方向，在装填过程中导向管10保持固定。

所述导向管10为圆管状结构，能够限制推弹电枢6的运动方向，在装填过程中导向管10保持固定。

进一步的，所述弹匣为框架结构，用于固定弹丸，推弹杆可以将其内部的弹丸推出弹匣；或者，所述弹匣的结构为链条状结构，不影响其使用功能。

本发明将电磁发射后剩余的巨大电能用于装弹机的装填。有研究表明，轨道炮发射中一般只有约60％的电能用于推动弹丸运动，使其达到数千米每秒的超高速。另外，有约30％的电能将在炮口释放到空气中，产生巨大的电弧，而高温电弧将严重烧蚀炮口的材料，其余电能会转化为热能等形式。本发明的目的即是将在炮口释放到空气中的约30％的电能利用起来，依靠导线将电能输送至装弹机，而装弹机在此巨大电能的驱动下，完成快速、强力的冲击装填，从而完成轨道炮的高频发射。提高能量利用率的同时，有效减小炮口电弧的烧蚀。

本发明提供了一种利用发射剩余电能进行高频装填的电磁轨道炮用线圈式装弹机结构，使用回流导线将电磁发射后剩余的电能传导至装弹机中，驱动线圈通入大电流后，将形成强磁场。同时，推弹电枢由于电磁感应，在内部产生涡流，强磁场与推弹电枢内涡流相互作用产生大电磁力，或者推弹电枢为铁磁材料，能够在强磁场中被吸引运动。产生的电磁力将驱动推弹电枢与推弹杆向前运动，并将弹匣中弹丸推出，装入内膛，从而完成快速装弹。

本发明设计的正极回流导线与正极发射导轨的前端连接，负极回流导线与负极发射导轨的前端连接，前端连接的结构是为了防止轨道炮在发射过程中有大电流从回流导线流入装弹机。一般正极发射导轨和负极发射导轨的后部连接有汇流排，使电源的电能从正极发射导轨流入，再通过弹丸流回负极发射导轨，形成一个回路。回流导线连接到发射导轨前方，由于初始状态的装弹机回路电阻、电感等远大于弹丸支路的电阻和电感，因此发射初始时，电源中电能主要从弹丸中流过，只有很小一部分从回流导线泄露到装弹机中，但不会驱动装弹机内推弹电枢的运动。随着弹丸向前运动，此时，弹丸支路的电阻和电感也会增加，流入回流导线的电流也在增大，但由于磁通压缩的影响，流入回流导线的电能相对于总电能仍然较小。当弹丸出膛后，不再导通正负极发射导轨，此时，发射系统中剩余的大量电能将通过回流导线流入驱动线圈中，使装弹机开始装填。

所述的正极回流导线后部与驱动线圈正极汇流排连接，负极回流导线后部与驱动线圈负极汇流排连接，驱动线圈的正负极汇流排为金属导体材料。正极回流导线将发射系统中剩余的电能输送至驱动线圈正极汇流排，驱动线圈正极汇流排将电流传导至驱动线圈内，形成强磁场。推弹电枢是金属导电材料，推弹电枢在驱动线圈形成的强磁场中会产生涡流，该涡流与强磁场作用形成电磁力，驱动推弹电枢运动。或者推弹电枢是铁磁材料，能够被强磁场吸引运动。驱动线圈中的电流通过驱动线圈负极汇流排和负极回流导线流回电源系统。

所述的驱动线圈在通入剩余电能后，将在导轨之间形成强磁场，根据麦克斯韦电磁场方程，这个变化的强磁场将在推弹电枢内形成涡电流，推弹电枢位于驱动线圈轴向位置处，该位置磁场强度最大，因此在推弹电枢内形成的电磁力也更大，或者吸引铁磁材料推弹电枢的电磁力也大。该电磁力是将弹丸从弹匣推入发射器内膛的主要动力，在电磁力的作用下推弹电枢将沿着驱动线圈的中心轴线运动。

所述的驱动线圈中流过剩余电能，能够有效利用发射系统的剩余能量，防止该强大的剩余电能在炮口释放到空气中，避免产生巨大的电弧。从而减少因电弧流过剩余电能而形成强光、强噪音，减小电弧的能量和温度，减小炮口部位的烧蚀。吸收利用剩余电能，减少轨道炮炮口电弧与炮口烧蚀也是本发明的一个重要功能。

所述的推弹电枢在剩余电能的作用下向前运动，在推弹电枢的前方连接有推弹杆，推弹杆在推弹电枢推动下也向前运动，插入弹匣中，将弹匣中的弹丸顶出弹匣。之后，推弹杆继续向前运动将弹丸推入内膛。由于电磁发射剩余的电能巨大，使推弹电枢中产生的电磁力也较大，能使推弹杆产生较大的推弹力，因此，弹丸被较大的推力推入内膛，使弹丸能够牢固地接触到正负极发射导轨，提高初始电接触性能。同时，推弹杆有较长的长度，使弹丸能够深入发射器内膛一定距离。

所述的弹匣主要用于放置弹丸，其结构可以为方框形、圆柱框形，或者链条形，使弹丸能够较整齐的排列在弹匣中，并固定于正负极发射导轨和装弹机驱动线圈负极汇流排之间，推弹杆能够深入其中将弹丸推出。之后，当推弹杆退回后，弹匣能够利用弹簧或者卡扣将下一发弹丸放到推弹杆的路径上，为下一次装填作好准备。

所述的推弹电枢后部安装有复位弹簧，当推弹电枢带动推弹杆向前运动时，复位弹簧也被拉长，产生向后拉动推弹电枢的弹簧力。发射系统中的剩余电能通过驱动线圈逐渐释放，使得推弹电枢的电磁力逐渐减小。当推弹杆将弹丸装填到位后，复位弹簧向后的拉力大于装弹的推力，复位弹簧将拉动推弹电枢向后运动，使推弹电枢返回至起始位置，为下一次装填作好准备。复位弹簧的另一端固定到固定块上，固定块在装填过程中保持静止。

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明提出的电磁轨道炮用线圈式装弹机结构如图1所示，图1为本发明提出电磁轨道炮用线圈式装弹机与正极发射导轨13、负极发射导轨14结合在一起的形式，正极发射导轨13和负极发射导轨14作为电磁轨道炮常见的发射轨道，并不属于本发明的一部分，图1中给出了示意图，但正极发射导轨13和负极发射导轨14的结构不影响本发明的内容，可以是与装弹机分开的结构，也可以是与装弹机合成一体的结构。图1中所示的正极回流导线1的前部与正极发射导轨13的前部连接，负极回流导线2的前部与负极发射导轨14的前部连接，前端连接的方式可以在发射时形成磁通压缩原理，避免刚开始发射时大电流从正极回流导线1和负极回流导线2中流到装弹机内，而只是流入较小的电流，当弹丸发射出膛后，剩余的大电能将通过正极回流导线1和负极回流导线2流入装弹机。

如图1所示，电磁轨道炮用线圈式装弹机结构依靠正极回流导线1和负极回流导线2，将剩余电能传导至驱动线圈3。并且正极回流导线1的后部与驱动线圈正极汇流排4连接，负极回流导线2的后部与驱动线圈负极汇流排5连接，从而使电流从驱动线圈正极汇流排4流入，进一步电流通过驱动线圈3流入驱动线圈负极汇流排5，然后负极回流导线2流回发射系统。驱动线圈3中由于大电流的流入，在其中间形成强磁场，在推弹电枢6内形成涡电流，并产生强电磁力，驱动推弹电枢6向前运动。或者驱动线圈3形成的强磁场吸引铁磁材料的推弹电枢6，使其运动。需要说明的是，图1中所示的驱动线圈3为多层圆形螺线管状线圈，但驱动线圈3结构变化并不影响本发明内容，增加驱动线圈3层数或数量不影响本发明的内容。

如图2中所示，推弹电枢6的前部固定安装了推弹杆7，当推弹电枢6在电磁力的作用下向前运动时，推弹杆7也跟随一起向前移动。推弹杆7可以插入弹匣12中，并将弹丸11推出，并继续向前推动弹丸11，并将弹丸11推入内膛，即推入正极发射导轨13和负极发射导轨14之间，使正极发射导轨13和负极发射导轨14能够导通。

如图3中所示，推弹电枢6沿着导向管10滑动，导向管10使推弹电枢6只沿着驱动线圈3的中心轴线方向运动，起到导向作用。需要说明的是，导向管的形状和数量并不影响本发明内容。推弹电枢6后部连接复位弹簧8，当推弹电枢6向前运动后，复位弹簧8被拉长，形成弹簧拉力，随着推弹电枢6向前运动的距离增加，复位弹簧8的拉力也逐渐增加。当弹丸被推入内膛后，驱动线圈正极汇流排3和驱动线圈负极汇流排4内的电流逐渐减小，产生的电磁力也逐渐减小。之后，推弹电枢6在复位弹簧8拉力的作用下被拉着向后运动，返回其初始启动位置，从而为下一次的装填作好准备。需要说明的是，复位弹簧的结构不影响本发明内容

如图4中所示，弹匣12为框架结构，其内部排列有多发弹丸11，弹匣12的前面出口与正极发射导轨13和负极发射导轨14的后端膛口相对，弹匣12的后面口与驱动线圈3的中心轴线相对。这样推弹杆7可以插入弹匣12，并将其中的弹丸11推出，后推入轨道炮内膛。图4中给出的弹匣12仅是结构示意图，其可以是方形框结构、圆形框结构，或链条状等其它结构，不影响本发明内容。

如图5中所示，推弹杆7固定在推弹电枢6前部，推弹杆7的作用是将弹丸11总弹匣12中推出，并推入内膛。推弹杆7的结构不影响本发明内容。推弹电枢6后部连接有复位弹簧8，复位弹簧8的另一端与固定块9连接，固定块在装填过程中保持固定。需要说明的是，复位弹簧8可以放在推弹电枢6的后部，也可以放在推弹电枢6的前部，使弹簧的拉力变为压力，但其功能仍然是使推弹电枢6返回原位，因此复位弹簧8的放置位置，不影响本发明内容。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。