一种脉冲磁震弹射器
阅读说明：本技术 一种脉冲磁震弹射器 (Pulse magnetic vibration catapult ) 是由 肖瑞文 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：一种脉冲磁震弹射器,包括电源、供电控制板、与供电控制板连接的U型弹射导轨以及设置在U型弹射导轨上滑动连接的弹射牵引器,弹射牵引器是框架结构滑块,滑块内嵌有至少四对上下两块对称配置的正负磁极相间的磁铁；U型弹射导轨的左右两侧壁对称嵌装有绕组沿长度方向串联连接构成的矽钢片绕组单元阵列；矽钢片绕组单元包括两个相向配置的线圈,矽钢片绕组单元由电源供电产生磁场,电源是超大功率变频脉冲发生器。本发明结构简单,技术难度小,制作成本低,维护方便,节能显著。同等条件下与现有使用永磁直线同步电机的电磁弹射器对比,节能至少40％。本发明采用无地线方式供电不仅可以降低脉冲幅度,降低电刷消耗量,而且省去了地线。(A pulse magnetic shock catapult comprises a power supply, a power supply control panel, a U-shaped catapult guide rail connected with the power supply control panel and a catapult tractor arranged on the U-shaped catapult guide rail in a sliding connection manner, wherein the catapult tractor is a frame structure slide block, and at least four pairs of magnets with alternate positive and negative magnetic poles which are symmetrically arranged up and down are embedded in the slide block; the left side wall and the right side wall of the U-shaped ejection guide rail are symmetrically embedded with a silicon steel sheet winding unit array formed by connecting windings in series along the length direction; the silicon steel sheet winding unit comprises two coils which are arranged oppositely, the silicon steel sheet winding unit is powered by a power supply to generate a magnetic field, and the power supply is an ultra-high power variable frequency pulse generator. The invention has the advantages of simple structure, small technical difficulty, low manufacturing cost, convenient maintenance and obvious energy saving. Compared with the existing electromagnetic catapult using the permanent magnet linear synchronous motor under the same condition, the energy is saved by at least 40 percent. The invention adopts the mode of no ground wire to supply power, which not only can reduce the pulse amplitude and reduce the consumption of the electric brush, but also saves the ground wire.)
技术领域
本发明涉及物体弹射装置，特别是涉及一种脉冲磁震弹射器。
背景技术
电磁弹射技术是一种新兴的能量弹射直线推进技术，属于航空母舰(以下简称航母)核心技术之一。采用电磁能量推动被弹射的物体向外直线推进，被弹射物体不启用自身的动力装置而靠弹射器赋予的起动力实施起飞，适宜于短行程发射诸如将重量近30吨的航母舰载机在不到100米的距离内加速到140海里/小时以上的离舰起飞速度，在军事、民用和工业领域具有广泛应用前景。现有的航母舰载机采用的电磁弹射器通过铺平固定在导轨上不能移动的通电线圈定子依次通电切割磁感应线产生洛伦兹力，洛伦兹力积累的安培力与通电线圈定子位置垂直，作为活动体转子的航母舰载机在安培力的作用下沿着直线导轨向前方推进。安培力与通电流的平方成正比，只要有足够的电流输入，就可以产生足够大的推进力，使被弹射的航母舰载机具有更高的速度。这种电磁弹射器由于使用成本低、功率损耗小、可根据航母舰载机的吨位进行调节等优势，已经取代蒸汽弹射器成为主流。采用全电推进的航母直接将发动机输出的功率转换为电能，避免了传动机构的损耗，因此在能量传输过程中损耗更小，理论上能为电磁弹射器预留更丰富的电能，从动力系统的选取上，核动力航母确实更加适合配装电磁弹射器。相对于常规动力航母，核动力航母的功率更加充沛，因此在供给船舶自身航行所需的动力后，能剩余更多的能量用于发电。但是，现有的非核动力航母使用的电磁弹射系统的电源装置都是永磁直线同步电机式，存在结构复杂、技术难度大，以及对电力的要求特别苛刻，需要强电能的缺陷，业界普遍认为非核动力航母难以应用电磁弹射器，有必要进行改进。中国专利数据库中尚未见有应用于弹射航母舰载机的脉冲磁震弹射器。
发明内容
本发明目的在于提出一种脉冲磁震弹射器，以解决上述现有技术存在的的技术问题。
为此，本发明提出一种脉冲磁震弹射器。
这种脉冲磁震弹射器，包括电源、与所述电源连接的供电控制板、与所述供电控制板连接的U型弹射导轨，以及设置在所述U型弹射导轨上且与所述U型弹射导轨滑动连接的弹射牵引器，所述U型弹射导轨和所述弹射牵引器组成高推力密度的直线推进装置。
这种脉冲磁震弹射器的特点是：
所述弹射牵引器是一由底板和边框组成的框架结构滑块，滑块内嵌有至少四对上下两块对称配置的正负磁极相间的磁铁，所述边框固定在所述底板上，所述弹射牵引器内磁铁的排列组合满足闭环磁路条件，所述弹射牵引器内磁铁的全部磁力线都屏蔽在所述U型弹射导轨内，不会对弹射牵引器牵引的航母舰载机的仪表造成磁干扰，所述弹射牵引器内磁铁的磁性越强，所贡献的弹射能量越大，所述弹射牵引器与所述供电控制板之间无电连接，所述弹射牵引器不消耗电能，可以弥补现有使用永磁直线同步电机的电磁弹射系统需要强电能的缺陷。
所述U型弹射导轨是一U型缝隙槽，所述U型缝隙槽的左右两侧壁对称嵌装有绕组沿长度方向向前方依次串联连接构成的矽钢片绕组单元阵列，所述矽钢片绕组单元的数量至少是所述弹射牵引器内磁铁数量的数倍。
所述矽钢片绕组单元包括两个分别在U型缝隙槽左右两侧壁的相向配置的线圈，所述左侧线圈进线端与前面一个矽钢片绕组单元的右侧线圈出线端连接，所述左侧线圈出线端与所述右侧线圈进线端连接，所述右侧线圈出线端与后面一个矽钢片绕组单元的左侧线圈进线端连接，按照右手定则满足闭环磁路条件，所述矽钢片绕组单元还与所述弹射牵引器内磁铁构成闭环磁路。
所述U型弹射导轨内矽钢片绕组单元由所述电源供电产生磁场，如果矽钢片绕组单元阵列的一个矽钢片绕组单元与所述弹射牵引器内的一个磁铁的磁极性相同，就会产生电磁振荡即磁震，形成巨大的排斥力，在所述U型弹射导轨内矽钢片绕组单元之间形成向前方移动的磁场，所述磁场产生的洛伦兹力所积累的安培力与通电的矽钢片绕组单元的位置垂直，处于磁场中的所述弹射牵引器内磁铁连同弹射牵引器在安培力的作用下沿着所述U型弹射导轨向前面滑动，所述弹射牵引器带动航母舰载机沿着所述U型弹射导轨向前面弹射离舰飞行，实现磁震弹射。
所述电源是超大功率变频脉冲发生器，输出同步正负脉冲组成的变频脉冲信号，弹射启动时为低频率脉冲信号，所述弹射牵引器低速向前面滑动，弹射时为高频率脉冲信号，所述弹射牵引器高速向前面滑动，采用脉冲供电还可以避免矽钢片绕组单元产生磁饱和现象，线圈自损耗特别小，进一步弥补现有使用永磁直线同步电机的电磁弹射系统结构复杂、技术难度大以及需要强电能的缺陷。
优选地，本发明还可以具有如下技术特征：
所述超大功率变频脉冲发生器通过所述供电控制板、电刷与所述U型弹射导轨内矽钢片绕组单元采用无地线方式连接，可以降低脉冲幅度，降低电刷消耗量，再进一步弥补现有使用永磁直线同步电机的电磁弹射系统结构复杂、技术难度大以及需要强电能的缺陷。
所述超大功率变频脉冲发生器输出的同步正负脉冲信号的功率至少是5千伏安，电压幅度至少是145伏特，电流幅度至少是225安培，脉冲频率至高为650赫兹，脉冲宽度与所述U型弹射导轨内矽钢片绕组单元的线圈匝数以及矽钢片导磁率密切相关，在试车中调整确定。
所述供电控制板设置在U型弹射导轨的下面，所述供电控制板沿长度方向设有数量是所述矽钢片绕组单元数量二分之一的电刷，所述电刷中的序号为奇数的电刷一端与所述电源的负脉冲输出端连接，所述电刷中的序号为奇数的电刷的另一端通过滑片与对应的所述矽钢片绕组单元链接，所述电刷中的序号为偶数的电刷一端与所述电源的正脉冲输出端连接，所述电刷中的序号为偶数的电刷的另一端通过滑片与对应的所述矽钢片绕组单元链接，仅为处于工作状态的一部分矽钢片绕组单元局部供电，再进一步弥补现有使用永磁直线同步电机的电磁弹射系统结构复杂、技术难度大以及需要强电能的缺陷。
优选地，本发明还可以具有如下进一步的技术特征：
所述供电控制板的前端设有弹射锁桩，用于限制弹射牵引器向前面滑动的最远位置，所述供电控制板的后端设有复位锁桩，用于限制弹射牵引器向后面滑动的复位位置。
所述弹射牵引器的底板是铝合金底板与高强度胶木底板中的一种，所述弹射牵引器的边框是胶木边框，所述边框由螺栓固定在所述底板上。
所述弹射牵引器上设有航母舰载机挂钩，等待弹射的航母舰载机的前轮钩在所述航母舰载机挂钩上。
所述U型弹射导轨内矽钢片绕组单元的矽钢片叠层厚度至少为0.5米。
所述U型弹射导轨的长度至少为100米。
所述U型弹射导轨设置在航母滑行甲板后半部的舰载机机库前台，所述U型弹射导轨的后边与所述舰载机机库地面在同一平面内连接。
本发明与现有技术对比的有益效果：
结构简单，技术难度小，制作成本低，维护方便，节能显著。同等条件下与现有使用永磁直线同步电机的电磁弹射器对比节能至少40％。节能技术措施包括：弹射牵引器与与供电控制板之间无电连接，弹射牵引器不消耗电能，采用脉冲供电还可以避免矽钢片绕组单元产生磁饱和现象，线圈自损耗特别小，以及供电控制板仅为处于工作状态的一部分矽钢片绕组单元局部供电。节能技术措施还包括优选方案中，采用无地线方式供电不仅可以降低脉冲幅度，降低电刷消耗量，而且省去了地线，具有极有利于供电电路安全的进一步的技术效果。
附图说明
图1是本发明
具体实施方式
的外观组成结构示意图；
图2是图1的U型弹射导轨与弹射牵引器的横截面示意图；
图3是图1的弹射牵引器在弹射时的工作示意图。
以上附图中的数字标记如下：
电源1，供电控制板2，U型弹射导轨3，弹射牵引器4，铝合金底板5，胶木边框6，磁铁7，螺栓8，航母舰载机挂钩9，矽钢片绕组单元10，电刷11，弹射锁桩12，复位锁桩13，左侧线圈进线端14，右侧线圈出线端15。
具体实施方式
前述已经宽泛地阐述了本发明的技术特征和技术优势，以便能够更好地理解本发明的详细描述，本发明的其它特征和优势将在以下描述。本技术领域的专业技术人员应该理解，披露的概念和具体实施例可以很容易地被使用作为基础用于修改或设计其它结构以完成本发明的相同目的。本技术领域的专业技术人员也应该认识到，这种等同的构造并没有偏移本发明的精神和范围。被认为是本发明特点的新颖性特征，其结构和运作方法，以及进一步的目的和优点，从以下的描述并结合附图将被更好地理解。但是，应该深刻地认识到，提供的每个技术特征都仅是为了描述和说明，而不是意在限制本发明的定义。
本发明以功能性为主的国际专利分类表分类，属于航母甲板设施，进一步属于用弹射器的航母舰载机的发射或拖曳装置；以应用性为辅的国际专利分类表分类，属于物体与沿着一路径行进的磁场之间的相互电动作用，而使刚体沿该路径移动的推进系统。
下面参照附图1、2、3将描述非限制性和非排他性的具体实施例，附图1、2、3中相同的附图标记表示相同的部件，除非另外特别说明。
实施例：一种用于航母舰载机的脉冲磁震弹射器
一种如附图、2、3所示的用于航母舰载机的脉冲磁震弹射器，设置在航空母舰的滑行甲板后半部，包括电源1、与电源1连接的供电控制板2、与供电控制板2连接的U型弹射导轨3，以及设置在U型弹射导轨3上且与U型弹射导轨3滑动连接的弹射牵引器4，U型弹射导轨3和弹射牵引器4组成高推力密度的直线推进装置，等待弹射的航母舰载机跨设在U型弹射导轨3上。供电控制板2的前端设有弹射锁桩12，用于限制弹射牵引器4向前面滑动的最远位置，供电控制板2的后端设有复位锁桩13，用于限制弹射牵引器4向后面滑动的复位位置。
弹射牵引器4是一由铝合金底板5和胶木边框6组成的框架结构滑块，滑块内嵌有至少四对上下两块对称配置的正负磁极相间的磁铁7，胶木边框6由螺栓8固定在铝合金底板5上，弹射牵引器4内磁铁7的排列组合满足闭环磁路条件，弹射牵引器4内磁铁7的全部磁力线都屏蔽在U型弹射导轨3内，不会对弹射牵引器4牵引的航母舰载机的仪表造成磁干扰。弹射牵引器4上设有航母舰载机挂钩9，等待弹射的航母舰载机的前轮钩在航母舰载机挂钩9上。
U型弹射导轨3是一长度为100米的U型缝隙槽，U型缝隙槽的左右两侧壁对称嵌装有绕组沿长度方向向前方依次串联连接构成的矽钢片绕组单元10阵列，矽钢片绕组单元10的数量至少是弹射牵引器4内磁铁7数量的数倍，矽钢片绕组单元10的矽钢片叠层厚度为0.5米，U型弹射导轨3设置在航母滑行甲板后半部的舰载机机库前台，U型弹射导轨3的后边与航母舰载机机库地面在同一平面内连接。
供电控制板2设置在U型弹射导轨3的下面，供电控制板2沿着长度方向设有数量与矽钢片绕组单元10数量二分之一的电刷11，电刷11中的序号为奇数的电刷一端与电源1的负脉冲输出端连接，电刷11中的序号为奇数的电刷的另一端通过滑片与对应的矽钢片绕组单元10链接，电刷11中的序号为偶数的电刷一端与电源1的正脉冲输出端连接，电刷11中的序号为偶数的电刷的另一端通过滑片与对应的矽钢片绕组单元10链接，仅为处于工作状态的一部分矽钢片绕组单元10局部供电，又可以进一步弥补现有使用永磁直线同步电机的电磁弹射系统结构复杂、技术难度大以及需要强电能的缺陷。
供电控制板2的前端设有弹射锁桩12，用于限制弹射牵引器4向前面滑动的最远位置，供电控制板2的后端设有复位锁桩13，用于限制弹射牵引器4向后面滑动的复位位置。
矽钢片绕组单元10包括两个分别在U型缝隙槽左右两侧壁相向配置的线圈，左侧线圈进线端14与前面一个矽钢片绕组单元10的右侧线圈出线端连接，左侧线圈的出线端与右侧线圈进线端连接，右侧线圈出线端15与后面一个矽钢片绕组单元10的左侧线圈进线端连接，按照右手定则满足闭环磁路条件，矽钢片绕组单元10还与弹射牵引器4内磁铁7构成闭环磁路，弹射牵引器4不消耗电能，可以弥补现有使用永磁直线同步电机的电磁弹射系统需要强电能的缺陷。
U型弹射导轨3内矽钢片绕组单元10由电源1供电产生磁场，如果矽钢片绕组单元阵列的一个矽钢片绕组单元10与弹射牵引器4内的一个磁铁7的磁极性相同，就会产生电磁振荡即磁震，形成巨大的排斥力，在U型弹射导轨3内矽钢片绕组单元10之间形成向前方移动的磁场，磁场产生的洛伦兹力所积累的安培力与通电的矽钢片绕组单元10的位置垂直，处于磁场中的弹射牵引器4内磁铁7连同弹射牵引器4在安培力的作用下沿着U型弹射导轨3向前面滑动，弹射牵引器4带动航母舰载机沿着U型弹射导轨3向前面弹射离舰飞行，实现磁震弹射。
电源1是超大功率变频脉冲发生器，输出同步正负脉冲组成的变频脉冲信号，超大功率变频脉冲发生器输出的同步正负脉冲信号的功率至少是5千伏安，电压幅度至少是145伏特，电流幅度至少是225安培，脉冲频率至高为650赫兹，脉冲宽度与U型弹射导轨3内矽钢片绕组单元10的线圈匝数以及矽钢片导磁率密切相关，在试车中调整确定。超大功率变频脉冲发生器通过供电控制板2、电刷11与U型弹射导轨3内矽钢片绕组单元10采用无地线方式连接，弹射启动时脉冲低频率供电，弹射牵引器4低速向前面滑动，弹射时改变为脉冲高频率供电，弹射牵引器4高速向前面滑动，电源1与U型弹射导轨3内矽钢片绕组单元10之间采用无地线方式连接，可以降低脉冲幅度，降低电刷消耗量，进一步弥补现有使用永磁直线同步电机的电磁弹射系统结构复杂、技术难度大以及需要强电能的缺陷。
本实施例的弹射牵引器在弹射与复位时的工作过程如下：
本实施例的矽钢片绕组单元10的矽钢片叠层厚度为0.5米。矽钢片绕组单元10由超大功率变频脉冲发生器供电推动弹射牵引器4向前方推进，在一个周期内由四个正负脉冲推动弹射牵引器4向前方推进四步，约2米，一步为四分之一周期。
当供电控制板2相对弹射牵引器4滞后四分之一周期时，弹射牵引器4内磁铁7的磁极性与对应的矽钢片绕组单元10阵列的绕组由电源1供电产生的磁极性相同，就会产生磁震，形成巨大的排斥力，在U型弹射导轨3内矽钢片绕组单元10之间形成向前方移动的磁场，磁场产生的洛伦兹力所积累的安培力与通电的矽钢片绕组单元10的位置垂直，处于磁场中的弹射牵引器4内磁铁7连同弹射牵引器4在安培力的作用下沿着U型弹射导轨3向前面滑动，弹射牵引器4带动航母舰载机沿着U型弹射导轨3向前面弹射离舰飞行，实现磁震弹射。
当供电控制板2相对弹射牵引器4超前四分之一周期时，弹射牵引器4内磁铁7的磁极性与对应的矽钢片绕组单元10阵列的绕组由电源1供电产生的磁极性相同，就会产生磁震，形成巨大的排斥力，在U型弹射导轨3内矽钢片绕组单元10之间形成向后方移动的磁场，磁场产生的洛伦兹力所积累的安培力与通电的矽钢片绕组单元10的位置垂直，处于磁场中的弹射牵引器4内磁铁7连同弹射牵引器4在安培力的作用下沿着U型弹射导轨3向后面滑动，弹射牵引器4沿着U型弹射导轨3向后面滑动完成复位。
本领域技术人员将认识到，对以上描述做出众多变通是可能的，所以实施例仅是用来描述一个特定实施方式。
尽管已经描述和叙述了被看作本发明的示范实施例，本技术领域的专业技术人员将会明白，可以对其作出各种改变和替换，而不会脱离本发明的精神。另外，可以做出许多修改以将特定情况适配到本发明的教义，而不会脱离在此描述的本发明中心概念。所以，本发明不受限于在此披露的特定实施例，但本发明可能还包括属于本发明范围的所有实施例及其等同物。
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