一种六极电磁轨道发射器

技术领域

本发明属于电磁弹射技术领域，尤其涉及一种六极电磁轨道发射装置。

背景技术

电磁发射技术是一种将电磁能转换为发射弹丸所需动能的新型发射技术。电磁轨道发射系统主要包括电源系统和电磁轨道发射器，其中，电磁轨道发射器的核心部件是轨道和电枢，电枢与轨道相接触并可沿轨道滑动，当轨道通电后，电枢会在安培力的作用下加速运动。电磁轨道发射器内部为电磁环境，具有较强的电磁干扰，极易影响抛体装载区内电子元器件的正常工作。如何有效减小抛体装载区内电子元器件所受到的干扰，提高发射精准度是目前电磁轨道发射器需要解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以减小抛体装载区中电子元器件受到的干扰、提高发射精准度的六极电磁轨道发射器。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种六极电磁轨道发射器，包括主轨道及电枢，所述电枢和所述主轨道相接触，并可沿所述主轨道移动；所述电枢包括电枢本体以及和所述电枢本体相连的六根电枢臂，所述电枢臂沿所述电枢本体的外周面均匀间隔布置，相邻的所述电枢臂之间通过引流面相连，所述引流面在垂直于所述电枢的轴线的平面上的投影为半圆形。

如上所述的六极电磁轨道发射器，可选的，所述电枢臂具有和所述主轨道相接触的滑行接触面，所述滑行接触面为平面。

如上所述的六极电磁轨道发射器，可选的，所述滑行接触面和所述电枢的轴线相平行。

如上所述的六极电磁轨道发射器，可选的，所述主轨道的数量和所述电枢臂的数量相同，所述主轨道以中心对称的形式布置。

如上所述的六极电磁轨道发射器，可选的，所述电枢的相对设置的电枢臂中的电流方向相反，电流从一电枢臂流入后，从与该电枢臂相连的两电枢臂流出。

如上所述的六极电磁轨道发射器，可选的，所述电枢臂的背面和所述电枢本体之间通过弧面相连。

如上所述的六极电磁轨道发射器，可选的，所述弧面为1/4圆弧面。

由以上技术方案可知，本发明的电枢采用了六根电枢臂，且相邻电枢臂之间采用半圆形的引流面相连，通过增加电枢臂的数量，以及对引流弧形状的改进，有效改善了抛体装载区内的磁场屏蔽效果，具有更好的磁场屏蔽性能，可以减小抛体装载区内电子元器件所受到的干扰，从而有利于提高发射的精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种四极电磁轨道发射器的主轨道和电枢的配合示意图；

图2为一种四极电枢的结构示意图；

图3为四极电枢本体前端面的磁场强度分布云图；

图4为四极电枢本体后端面的磁场强度分布云图；

图5为在四极电枢本体上选取的路径示意图；

图6为四极电枢本体上路径1的磁场分布图；

图7为四极电枢本体上路径2的磁场分布图；

图8为本发明实施例六极电磁轨道发射器的主轨道和电枢的配合示意图；

图9为本发明实施例六极电枢的结构示意图；

图10为本发明实施例六极电枢的侧视图；

图11为本发明实施例六极电枢的正面视图；

图12为本发明实施例六极电枢的电枢臂的结构示意图；

图13为本发明实施例六极电枢内电流流向的示意图；

图14为本发明实施例六极电枢本体前端面的磁场强度分布云图；

图15为本发明实施例六极电枢本体后端面的磁场强度分布云图；

图16为四极电枢本体及六极电枢本体上路径1的磁场分布图；

图17为四极电枢本体及六极电枢本体上路径2的磁场分布图；

图18为引流弧为圆弧形的六极电枢的正面视图；

图19为引流弧为直线的六极电枢的正面视图；

图20为半圆形引流弧、圆弧形引流弧及直线形引流弧的六极电枢本体上路径1的磁场分布图；

图21为半圆形引流弧、圆弧形引流弧及直线形引流弧的六极电枢本体上路径2的磁场分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；术语“正”、“反”、“底”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

电磁轨道发射器根据主轨道的数量可分为二极电磁轨道发射器和四极电磁轨道发射器。二极电磁轨道发射器包括两根主轨道，四极电磁轨道发射器的主轨道有四根。四极电磁轨道的四根主轨道中，相邻的主轨道内电流的流向相反，对应的，四极电枢相邻的电枢臂内电流的流向也相反，从而对电枢的抛体装载区(电枢圆孔)产生的磁场可以相互抵消，因此，相比于二极电磁轨道发射器，四极电磁轨道发射器具有更好的磁屏蔽效果，能够更为有效地保护发射体内敏感的精密电子元件。

发明人在进一步研究后发现，虽然四极电磁轨道发射器对发射器内抛体装载区的磁场强度具有一定的屏蔽作用，但效果并不是很明显。图1和图2分别为四极电磁轨道发射器的主轨道和电枢相配合的示意图以及四极电枢的结构示意图。如图1和图2所示，电枢100设置于4根主轨道101之间，并可沿着主轨道200移动，相邻的主轨道200之间通入相反的脉冲电流。电枢100包括电枢本体101以及和电枢本体101相连的四根电枢臂102，电枢臂102为挠性臂，电枢臂102具有和主轨道200相接触的滑行接触面s1，电枢臂102和主轨道200之间为过盈配合。电枢本体101上设置有一沿电枢100的轴线延伸的通孔a，该通孔a即为抛体装载区。相邻的电枢臂102之间的连接面为引流面s2，引流面s2在垂直于电枢的轴线的平面上的投影为引流弧。电枢臂102从其和电枢本体101的连接处向远离电枢本体101的方向延伸。为了便于说明，将电枢臂102的远离电枢本体101的一端(即电枢臂的自由端)定义为电枢臂102的尾端，将电枢本体101的远离电枢臂102的尾端的端面定义为电枢本体的前端面，电枢本体101的靠近电枢臂102的尾端的端面为电枢本体的后端面。

图3和图4分别为电枢本体的前端面的磁场强度分布云图和电枢本体的后端面的磁场强度分布云图。从图3和图4可以看出，虽然在电枢的抛体装载区具有一定的磁场屏蔽效果，但磁场在抛体装载区的屏蔽范围很小，而且出现了磁场集中现象。

如图5所示，在电枢上选取两条路径，一条路径沿抛体装载区(通孔a)的径向，将该路径定义为路径1；另一条路径沿电枢的轴向，且从电枢本体的前端面向电枢本体的后端面延伸，将该路径定义为路径2。图6和图7分别为路径1和路径2的磁场分布图。从图6可以看出，抛体装载区中心处的磁场强度基本为零，但磁场在路径1上的变化较为剧烈，沿着抛体装载区的径向向外延伸磁场强度不断增大。从图7可以看出，磁场在path2的变化呈波荡起伏式上升，磁场强度沿着抛体装载区的中心向通入电流方向呈现锯齿形上升趋势。图3、4及图6、7说明了在复杂的磁场环境作用下，四极电枢对磁场屏蔽效果有限，这不利于抛体的精准发射。

为了改善抛体装载区内磁场屏蔽效果不好的现象，本发明提供了一种六极电磁轨道发射器，如图8所示，本实施例的六极电磁轨道发射器包括六根主轨道1，六根主轨道以中心对称形式布置，电枢2设置于主轨道1之间，并可沿主轨道1移动。

参照图9、图10、图11及图12，本实施例的电枢2包括电枢本体2-1以及和电枢本体2-1相连的六根电枢臂2-2。电枢本体2-1上设置有沿电枢的轴线贯穿电枢本体2-1的电枢圆孔a，电枢圆孔a为抛体装载区。电枢臂2-2的一端和电枢本体2-1的外周面相连，另一端从电枢臂2-2和电枢本体2-1的连接处向远离电枢本体2-1的方向延伸。六根电枢臂2-2沿电枢本体2-1的外周面均匀间隔布置，分布在电枢本体2-1的外围，相邻的电枢臂2-2之间通过位于电枢本体2-1上的引流面s2相连。电枢臂2-2具有和主轨道1相接触的滑行接触面s1，滑行接触面s1为平面，且和电枢的轴线相平行。电枢臂2-2的和滑行接触面s1相对的表面为电枢臂2-2的背面s3。为了改善电枢发射过程中的应力集中现象，可选的，电枢臂2-2的背面s3和电枢本体2-1之间通过弧面s4相连，通过弧面s4连接电枢臂2-2的背面s3和电枢本体2-1还可以增大电流的流通截面积、提高可通入电流的最大峰值。优选的，弧面s4为1/4圆弧面。此外，电枢本体中采用倒角设计，以利于电枢进行装配，减小损伤。如图11所示，本实施例的引流面s2在垂直于电枢的轴线的平面上的投影为半圆形，即引流弧为半圆形。引流弧的半径和电枢臂2-2的宽度相等(图11中的b)。

本实施例的电枢的电流流向如图13所示，图13中的“·”为电流流出电枢，“×”为电流流入电枢。四极电磁轨道发射器中，相邻的主轨道内电流的流向相反，相对的主轨道内的电流为同向，则相应的，四极电枢的相对设置的电枢臂内电流的流向相同。而本发明的相对设置的主轨道内电流的流向相反，电流从某一主轨道流入后，从与其相邻的两根主轨道流出，对应的，六极电枢的相对设置的电枢臂2-2中电流的方向相反，电流从某一电枢臂2-2流入后，从与该电枢臂2-2相邻的两电枢臂2-2流出，由此可以获得比较好的推力和磁场屏蔽效果。

为了验证本发明电枢的效果，发明人采用有限元仿真发对本实施例的电磁轨道发射器进行了仿真。仿真所使用的激励电源采用外电路电容放电方式，作为高功率脉冲电源。仿真时设定网格单元的最大边长为模型相应边长的五十分之一，求解域设定为400％。

仿真参数如表1和表2所示，电磁轨道发射器的主轨道的材质为铜，电枢的材质为铝。参照图11和图12，表1中的各参数分别为：h—电枢本体的厚度，d

表1六极轨道电磁发射器尺寸参数

表2六极轨道电磁发射器材料参数

图14和图15分别为电枢本体前端面和后端面的磁场强度分布云图。同样在电枢上选取两条路径，一条路径沿抛体装载区的径向，作为路径1；另一条路径沿电枢的轴线方向，从前端面向后端面延伸，作为路径2，图16和图17分别为路径1和路径2的磁场分布图。从图14和图15可以看出，本发明的电枢本体的前端面的磁场强度在引流弧处虽然也出现了磁场集中现象，但是比四极电枢的磁场集中现象得到了改善。图16中的曲线a表示四极电枢的路径1的磁场分布曲线，曲线b表示本发明六极电枢的路径1的磁场分布曲线，p为路径1的四极电枢的磁场和六极电枢的磁场的比值。图17中的曲线a表示四极电枢的路径2的磁场分布曲线，曲线b表示本发明六极电枢的路径2的磁场分布曲线，p为路径2的四极电枢的磁场和六极电枢的磁场的比值。从图16可以看出，六极电枢在抛体装载区中心位置附近的磁场强度基本为零，且相较于四极电枢而言，具有明显的磁场屏蔽优势。从图17中可以看出，六极电枢在path2路径上的磁场强度基本稳定在1mT附近，而四极电枢始终波动上升，因此在同一电源激励下，相较于四极轨道电磁发射器而言，六极轨道电磁发射器的磁场屏蔽性能具有明显的优势，电枢的中心路径的磁场屏蔽效果有了明显的改善。

为了验证引流弧的形状对磁场屏蔽效果的影响，如图18和图19所示，发明人还设计了引流弧为圆弧形的六级电枢，该圆弧形的圆弧角为80°，以及引流弧为直线的六级电枢。这两种电枢和本发明的电枢除了引流弧形状不同外，其余结构均相同。对这两种六极电枢和本发明的六极电枢进行磁场屏蔽效果的仿真，仿真参数和前述实施例的仿真参数相同，仿真结果如图20和图21所示。图20为不同形状引流弧的六极电枢的路径1的磁场分布曲线。图21为不同形状引流弧的六极电枢的路径2的磁场分布曲线。从图20和图21可以看出，引流弧为半圆形的六极电枢的磁场屏蔽效果要优于引流弧为圆弧以及引流弧为直线的六极电枢的磁场屏蔽效果。

以上仿真结果说明，本发明的六极轨道电磁发射器可以很好地改善抛体装载区内磁场屏蔽效果不明显的现象，而抛体装载区的磁场屏蔽效能高，在对同一电子元器件进行发射时，发射的成功率高，从而具有更高的效率及性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。