[发明专利]超导磁体直接释能弹射器

说明书

技术领域

本发明属于超导电工技术领域，特别涉及一种超导磁体直接释能弹射器。

背景技术

弹射器主要应用于飞行器起飞过程，也可以应用于其它大质量物体的高速加速系统中。以往电磁弹射系统均采用脉冲电源供电的工作方式，其电源与驱动过程相分离，系统效率低。由于高功率脉冲电源技术要求较高，成熟的电磁弹射系统非常少见。另有利用超导储能磁体作为脉冲电源的设计方案，但未见利用超导储能磁体的能量释放过程直接驱动弹射系统的方案。“线圈炮”是由一系列固定的驱动线圈(drive coil)组成发射管，其内部(也可以在其外部)有一弹射线圈(armature)。当弹射线圈进入驱动线圈时，通过开关把高功率脉冲电源加到相应的驱动线圈上，在驱动线圈内产生较强的脉冲磁场。根据法拉第电磁感应定律，同时在弹射线圈内会感应出强大的反向电流及反向磁场。弹射线圈将获得巨大的电磁排斥驱动力。一系列固定的驱动线圈逐一推斥弹射线圈，最终可以使较大质量的物体形成很大的运动速度。

采用脉冲电源驱动一系列固定驱动线圈的电磁驱动系统具有许多独特的优点。由于采用同轴电磁场驱动形式，固定驱动线圈与弹射线圈之间自然悬浮，省去了材料性能要求极高的导轨。另一方面的优势在于电磁场产生的驱动力很强，适宜驱动大质量物体。基于对一些公认的优势和一些难以解决的技术问题进行优化，重新设计一种更完善的系统意义很大。

目前电磁驱动结构中，如图1所示，原始驱动线圈1一般用铜一类的常规导线制作。为实现快速充磁，其匝数很少。一系列原始驱动线圈1按照同轴方式排列成圆管形。原始弹射线圈2是匝数很少的线圈，也可以是一个实心的导电材料。高压脉冲电源3是兆瓦级强脉冲电源。一般工作电压在万伏以上，工作脉冲电流在千安以上。目前正在研究采用最新技术来制作这种高压脉冲电源。比如使用飞轮技术存储能量，再用单级发电机将其转变成脉冲电能。还可以使用超导磁体储能或化学能制作高压脉冲电源。所用高压脉冲电源脉冲功率为兆瓦量级，是制约电磁驱动结构发展和突破的技术难题之一。

在如图1所示的公知电磁驱动结构中，当弹射线圈2运动进入一系列原始驱动线圈1中，原始弹射线圈2所在位置相对应的驱动线圈1在高压脉冲电源3的驱动下，会产生很强的脉冲磁场。同时，在原始弹射线圈2内部会感应出反向电流。所产生的强大排斥力会推动原始弹射线圈2进入原始驱动线圈1的下一级中。重复进行前述动作，高压脉冲电源3顺序给驱动线圈1供电，排斥力使原始弹射线圈2不断加速。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种超导磁体直接释能弹射器。

该弹射器包括低温容器外壳、超导驱动线圈、弹射线圈、超导电源、支撑架和弹射线圈低温容器；

其中，低温容器外壳为中空的密封容器，通常可以制成圆管形，多级超导驱动线圈通过支撑架安装在低温容器外壳的内壁上，在超导驱动线圈和低温容器外壳构成的管道内部轴线上布置弹射线圈。弹射线圈能够在轴线上灵活运动；每一级超导驱动线圈配备一个超导电源，或者几级超导驱动线圈配备一个电源；

弹射线圈采用超导线圈或普通常导线圈或金属环形导体，当弹射线圈采用超导线圈的情况下，需要在弹射线圈外安装低温容器；

超导驱动线圈采用高温超导磁体或采用低温超导磁体，超导驱动线圈每一级的工作电流选择从几十安到上千安，每一级的匝数从几百匝到数千匝之间变化；因为使用的是零电阻超导线圈，对能量释放速度不会产生明显不利的影响。

所述的超导驱动线圈至少采用五个不同时释能的绕组；

所述的低温容器内部使用液氮、液氦低温液体或使用制冷机传导冷却形式。