[发明专利]一种超导电磁快速连续发射系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明属于电磁发射技术，涉及一种能够实现载体高速推进、无烧蚀且可快速连续发射的全超导电磁发射系统及其实现方法。

背景技术

电磁发射技术是未来航空航天和武器装备领域的主流方向。与火箭或火炮系统相比，电磁发射技术不受燃气声速和滞止声速限制，可以将不同质量的发射体加速至每秒几千米到几十千米。此外，电磁发射无需加注昂贵的化学燃料，单次发射成本远远低于化学能发射，发射同样动能的小型弹丸，其成本仅是火炮的1％左右，而发射较大质量的航空航天器时，其成本约是火箭的2％-10％。

目前传统电磁发射技术主要可分为两大类，即电枢轨道型和重接型。电枢轨道型系统结构简单，出口速度较高，但发射体与电枢间必须有电气连接，因此自身存在摩擦损耗和烧蚀问题。重接型可分为线圈重接型和磁场重接型，其可以实现发射体悬浮，消除弹体摩擦，但由于磁场结构与受力等原因，必须采用推进系统分段结构，并需要对发射体进行精确定位和反馈控制，目前电力电子设备和控制技术的发展水平极大制约了重接型电磁发射系统的加速度和出口速度指标。上述两种电磁发射系统都存在固有技术缺陷，并且由于传统电工材料的限制，需要进行强迫散热，不能满足武器系统连续发射的应用需求。在未来10年内，如没有重大的理论或材料突破，上述两种电磁发射技术难以得到真正应用，因此迫切需要寻找一种新的电磁发射技术，不仅可以实现无摩擦、大推力和高出口速度，且能够满足连续发射要求。

本发明以克服传统电磁发射系统固有的技术缺陷为主要目标，通过高温超导磁悬浮技术和全超导材料的引入，有效解决电枢型发射存在的机械摩擦问题以及重接型发射存在的主动控制难题，并且使发射系统具备连续发射能力，满足实际应用需求。实现无摩擦、大推力和高出口速度，且能够满足连续发射要求。

高温超导磁悬浮技术基于高温超导块材所特有的磁通钉扎能力，是一种新型被动悬浮技术，其无需主动控制即可实现稳定悬浮，既消除了传统机械结构中的摩擦损耗，也避免了主动悬浮系统中控制技术和设备的引入。高温超导磁悬浮技术以其结构简单、原理可靠、性能优越的特性，成为实用磁悬浮技术的理想选择之一。高温超导磁悬浮系统可以用于维持发射体的稳定悬浮，从而消除了机械摩擦和烧蚀，此外，其悬浮力密度和刚度较高，完全能够满足重载电磁推进需求，可以用于大型航空航天器的助推发射。而高温超导磁悬浮原理也可用于高速轴承系统，以此为基础的飞轮储能器具有转速高和储能密度大的特点，采用碳纳米管纤维材料制作飞轮时其储能密度可以与氢燃料电池相媲美，远远高于目前超级电容的储能密度。超导磁悬浮飞轮配合脉冲补偿电机进行一体化设计，可以实现高功率的脉冲电能输出，因此是发射系统脉冲电源的理想选择。此外，超导磁悬浮飞轮储存的是机械能，其可监控性和稳定性远远高于超级电容和电池，且循环使用次数极多，亦可在短时间内完成多次充放电过程，因此非常适合有连续射击或发射需求的电磁推进系统使用。