[发明专利]力度可控的电磁弹射装置及其电磁弹射方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁弹射技术领域，具体是一种力度可控的电磁弹射装置及其电磁弹射方法。

背景技术

在军事领域中，占有重要地位的弹射器如火箭、火炮等多属于化学弹射器。然而，传统的弹射器已难以满足发展要求。电磁弹射技术EML(Electromagnetic Launch)是一种新兴的直线弹射技术，其拥有的诸多优点随着科研技术的不断进步日益明朗，力度可控、加速均匀、能量转换效率高、准备周期短等是电磁弹射技术的部分优点。

李勇等在《微特电机》第2001,(5):3–18发表的“电磁弹射技术的原理与现状[J]”以及杨世荣等在《物理》第2003,32(4):253–256发表的“电磁发射器的原理与应用[J]”均体现了：电磁弹射的这些优点使得其在军事方面，特别是在作为航母舰载飞机弹射器上的优势尤为突出。

PWM(Pulse Width Modulation)，即脉冲宽度调制技术，是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变。通过改变导通时间占总时间的比例，也就是占空比，达到调整电压和频率的目的。其被广泛应用在测量、通信、电机控制、功率变换等许多领域中。

现有航母舰载弹射器多采用蒸汽弹射技术。苏子舟等在《火炮发射与控制学报》第2011,(1):93–96发表的“无人机电磁弹射应用综述[J]”以及李梅武等在《舰船科学技术》第2008,30(2):34-37发表的“航母飞机起飞的最佳选择——电磁弹射系统[J]”提出的航母舰载弹射器蒸汽弹射方法，蒸汽弹射中普遍存在的缺点为能量转换效率低、可控性差、准备周期长、装置体积大等，同时，随着对弹射要求的不断提高，其弹射速度和弹射质量也越发无法满足需求。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种力度可控的电磁弹射装置及其电磁弹射方法，通过调压模块控制电磁弹射装置输入电压，以达到弹射力度的可控。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种力度可控的电磁弹射装置，包括直流电源、调压模块、充电电路、储能模块、放电电路以及控制器，其中，所述直流电源通过调压模块与充电电路相连接，所述充电电路通过储能模块与放电电路相连接，所述控制器分别与调压模块、充电电路以及放电电路连接。

所述直流电源可以根据需要采用不同伏值。

所述调压模块为脉宽调制(PWM)模块，所述脉宽调制模块的输入占空比与输出电压正相关，通过改变脉宽调制模块的占空比来调节输出电压的大小。

所述控制器用于向调压模块提供输入占空比以及给调压模块、充电电路和放电电路提供通断信号。

所述控制器为单片机。

所述充电电路用于连接调压模块和储能模块，并提供储能模块储蓄所需的能量，充电电路包括依次连接的充电继电器S₁、充电电阻R_L、充电继电器S₂和充电电阻R_C，所述充电继电器S₁和充电继电器S₂作为充电电路的导通控制器，并与控制器相连接。

所述储能模块用于存储直流电源通过调压模块控制后输出的电能，包括一个或多个通过串联和/或并联连接的储能元件。

所述储能元件为电容。

所述放电电路包括：弹射继电器、放电电阻R、两条相互之间平行固定且可导电的弹射轨道、电枢以及发射体，其中，所述弹射继电器与放电电阻R相连接，所述放电电阻R与其中一条弹射轨道相连接，所述电枢安装于发射体末端并置于两条弹射轨道之间，用于连接弹射轨道；所述弹射继电器作为放电电路的导通控制器，并与控制器相连接。

一种基于上述力度可控的电磁弹射装置的电磁弹射方法，包括以下步骤：

第一步，取电磁弹射装置的总电感梯度L’为一常数，则电磁力F可由回路电流i控制；回路电流i由储能模块提供，储能模块的储能电压直接由调压模块的输出电压决定，同时，调压模块的输出电压由输入占空比D_C控制；通过改变输入占空比而获得不同的输出电压，继而获得大小不同的弹射力度；

第二步，确定目标电压，充电电路的导通控制器闭合，储能模块通过充电电路的充电电阻R_C充电，此时，储能模块的电压为充电电阻R_L两端的电压，当储能模块电压超过所需电压时，通过充电电路的充电电阻放电，从而控制储能模块上的目标电压；