一种基于电磁轨道温度分布的内部冷却系统

技术领域

本发明涉及电磁轨道炮技术领域，尤其涉及一种基于电磁轨道温度分布的内部冷却系统。

背景技术

电磁轨道炮利用正负极两根轨道与电枢构成回路，在脉冲电流作用下产生洛伦兹力推动电枢搭载导弹完成发射。轨道是电磁发射装置的关键部位之一，需要良好的导电导热性、耐蚀性、高强度和高温稳定性。在实际应用中，电磁发射器要达到一定的发射频率，周期性发射产生的热量沉积在电磁轨道上，容易造成电磁发射系统轨道的热应力损伤，进而明显影响到发射的高效性和准确性。

国内外学者对电磁轨道炮发射热场问题进行了仿真和试验研究，大量研究结果表明，电磁轨道的温升位于临近炮尾的一段轨道上，指明了炮尾处的轨道为热管理的关键部位。

授权公告号为CN109163603B的专利设置通孔式冷却通道来达到降低电磁轨道温度的目的。但上述专利所述的冷却通道形式一方面容易对电磁轨道造成“热反转”现象，即冷却介质将炮尾处热量向炮口方向驱散，炮口处轨道温度较低，临近炮口的一段轨道上，会发生冷却介质向轨道传热，导致轨道温度上升。除此之外，对于大型电磁轨道炮，在轨道内设置通孔式冷却通道工艺复杂，对电磁轨道的力学性能造成较大影响。

发明内容

基于上述分析，本发明旨在提供一种基于电磁轨道温度分布的内部冷却系统。将带有冷却通道的铜轨道、循环泵、储液箱、散热器、流量计、温度计、调节阀、排气阀组合在一起，通过轨道内部强制主动冷却解决炮尾处轨道在连续快速发射工况下热量沉积导致轨道快速升温造成热应力损伤等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的。

本发明实施例中，电磁轨道为凸轨，枢轨接触侧设有方形凸起，凸起部分沿轨道延伸方向设置，冷却通道对称设置于轨道非凸起部分，且被凸起部分覆盖。

本发明实施例中，轨道内部开设两个对称的L型的冷却通道，每个冷却通道包括：一个进水管，一个出水管和连接管。进水管从轨道炮尾处沿轨道延伸方向设置，出水管与轨道延伸方向呈垂直设置，进水管与出水管通过连接管连接，进水管与出水管与电磁轨道炮内部冷却循环系统连通。

本发明实施例中，冷却通道横截面为圆形，水平布置于轨道和电枢的基础面的平面上。冷却介质为去离子水或乙二醇水溶液，冷却介质流速可通过调节阀进行无极调节。

本发明实施例中，两条冷却通道的距离大于或等于1cm，冷却通道进水管长度为1/3～2/5轨道，出水管长度大于或等于1cm。

本发明实施例中，电磁轨道炮内部循环冷却系统包括循环水泵，储液箱，散热器等，进水管与循环水泵相连接，出水管与散热器连接，冷却介质冷却至设定温度后流回储液箱。

本发明技术方案的有益效果是：

1.大量模拟及实验数据指出，电磁轨道炮发射过程产生的热量主要集中在轨道炮尾1/3处，其中电枢起始位置附近温度最高。因此，本发明合理布置冷却通道可以集中快速地对轨道高温处进行冷却，防止轨道局部发生烧蚀等现象。

2.本发明仅在电磁轨道炮尾段设置冷却通道，一方面降低了开设冷却通道的实施难度，冷却通道布置更容易实现。另一方面，减少了对电磁轨道结构的应力损伤，保证轨道强度满足电枢发射。

3.本发明中冷却介质从进水管进入电磁轨道，冷却轨道高温区后通过出水管快速将热量带走，有效避免了“热反转”现象。

4.本发明设置散热器对升温后的冷却介质进行散热冷却，实现储液箱一电磁轨道一散热器的冷却介质的循环，冷却介质可回收，大大降低实验成本。

附图说明

图1为本发明实施例用于冷却电磁轨道的系统工作流程图；

图2为本发明实施例的轨道纵剖面示意图；

图3为本发明实施例的轨道横截面示意图。

附图标记：

1-电磁铜轨道；2-冷却通道；3-温度计；4-压力表；5-散热器；6-储液箱；7-泄水管阀门；8-循环泵；9-流量计；10-闸阀；11-自动排气阀。

具体实施方式

以下通过下述实施方式结合附图进一步说明本发明，其中，附图构成本申请的一部分。应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明实施例的主要思路是：在电磁轨道炮轨道1中开设两个对称的L型冷却通道2，冷却通道进出口管道与冷却介质循环系统相连。在电磁轨道炮发射前，轨道中冷却介质开始充盈流动。电枢在电磁场洛伦兹力推动下搭载导弹发射，毫秒级发射结束后，冷却介质将发射过程中沉积的大量热量快速带离轨道，进入冷却系统，冷却介质保持流动状态至电磁轨道炮整个连续发射周期后数秒，直至整个发射结束，电磁轨道1峰值温度维持在安全范围。

本发明实施例冷却通道2进水管长度与轨道长度和发射工况强相关，其基本思路是：冷却通道2布置于且贯穿于电磁轨道炮发射后热量集中的部分轨道，不贯穿整个轨道，通过侧面开设出水管，及时将热量带离电磁轨道。

本发明实施例冷却介质从电磁铜轨道1炮尾进入，从轨道侧面流出，流经散热器5对升温后的冷却介质进行冷却，被降温后的冷却介质进入储液箱6，由循环泵8送回电磁铜轨道1炮尾，实现对轨道1的强制冷却。

本实施发明例冷却通道2横截面为圆形，不设置为矩形或正方形，矩形或正方形冷却通道对轨道电流密度分布产生较大影响，从而导致发射过程中热量大量聚集在冷却通道2棱角部分。

本发明实施例冷却通道2进水管和出水管之间用圆角型连接管连接，不设置直角形连接管，同理，直角形连接管一方面会对轨道电流密度分布产生影响，另一方面会对冷却介质的流动造成不利阻碍。

本发明实施例在电磁铜轨道1两端均设置温度计3和压力表4，循环系统上设置转子流量计9、闸阀10和自动排气阀11。电磁轨道炮发射产生大量热量将系统内部分冷却介质汽化，汽化后的冷却介质通过自动排气阀6排出系统，保证系统内冷却介质流动稳定。

本发明实施例冷却介质采用去离子水或乙二醇水溶液，减小发射过程中对电磁轨道电流密度分布的影响。

本发明及一种基于电磁轨道温度分布的内部冷却系统依托冷却介质循环系统运行，除非另有说明，否则冷却介质在整个系统运行过程中以一定范围的稳定质量流量通过冷却通道2，通过单位时间质量流量和冷却通道尺寸，可推算处冷却介质流速等参数。