[发明专利]一种运载火箭电磁发射系统和方法

权利要求书

1.一种运载火箭电磁发射系统，其特征在于，包括：

脉冲发电机电源，用于接收电磁发射系统所需的电能并储存，以及，在脉冲发电机电源释放储存的电能时，通过整流电路和逆变电路对释放的电能进行整流处理，输出工作电流；其中，工作电流为满足悬浮直线感应电机工作的电流；

悬浮直线感应电机，用于接收脉冲发电机电源输出的工作电流，对工作电流进行电能转换，向运载火箭提供发射时所需的初始动能；以及，采用模型预测控制的双侧PWM综合控制策略，实现负载突变条件下的悬浮直线感应电机的稳定控制；

吸引型轨道控制器，用于在检测到悬浮直线感应电机的母线电压突变时，根据预置功率补偿控制策略，抑制母线电压突变，以确保运载火箭分离过程中悬浮直线感应电机的稳态运行；以及，基于电磁效应产生悬浮磁力；通过控制悬浮磁力大小使运载火箭在空气中处于一个无金属摩擦、无接触的平衡状态，以在运载火箭加速过程中保持运载火箭姿态稳定；以及，通过控制电磁铁中的电流，使运载火箭在悬浮状态下与轨道四周布置的磁铁产生吸引力，确保水平加速过程中运载火箭姿态稳定；以及，在运载火箭分离后，采用永磁励磁制动，以确保悬浮直线感应电机的动子稳定减速制动；以及，采用奇异摄动裕度的三回路自动驾驶仪控制策略，对运载火箭与电磁轨道的分离进行控制，确保运载火箭与电磁轨道的稳定分离；

其中：

脉冲发电机电源，包括：原动机、脉冲发电机、VSR整流电路和逆变电路；脉冲发电机电源在开始工作时首先用原动机拖动，拖动过程采用低功率来使脉冲发电机慢慢升速；当脉冲发电机转速达到3000r/min时，原动机退出工作，此后脉冲发电机自身开始进行转速上升；当脉冲发电机转速升至电磁发射所需速度时，脉冲发电机电源开始放电，释放后的电能通过VSR整流电路和逆变电路进行整流后输送给悬浮直线感应电机；放电开始时，脉冲发电机产生的电频率和自身转速最高，随着脉冲发电机逐渐将动能转化为电能释放，其转速也不断下降，对应的电频率也逐渐降低；脉冲发电机电源采用电源并联设计，选用统一型号的110台脉冲发电机电源进行并联，其中每两台脉冲发电机电源将运行方向反向设计构成电机对，从而有效地减小放电时产生的电磁力对电机以及外围结构的影响；

悬浮直线感应电机，包括：定子、电枢绕组、非导磁材料块和动子；定子采用无槽结构作为铁心，定子的材料采用1J22合金，提供1.57MN以上的推力；电枢绕组依次按相序缠绕在定子铁心上；在定子铁心上加装非导磁材料块作为电枢绕组缠绕的凭借，同时为电枢绕组提供定位依据；每一块定子对应两个极距，即一相电枢绕组在一块定子内正好达成360度电角度；电枢绕组按定子每段接好后引出串联供电，供电方式为分段供电：当动子前端与某一块定子完全重合后，该段定子开始供电；当动子末端与某一块定子完全脱离后，该段定子停止供电；动子材料选用铝合金，为电磁场提供涡流回路实现水平方向的电磁推力；

悬浮直线感应电机在采用模型预测控制的双侧PWM综合控制策略，实现负载突变条件下的悬浮直线感应电机的稳定控制时，包括：通过构建由整流电路、直流电路和逆变电路构成的脉冲调制整流变量控制主电路拓扑频率调速系统，实现负载突变条件下的悬浮直线感应电机的稳定控制。

2.根据权利要求1所述的运载火箭电磁发射系统，其特征在于，吸引型轨道控制器，包括：

电磁铁单元模块，用于产生磁力吸引悬浮的运载火箭；

动子回收模块，用于在运载火箭分离后，控制动子稳定减速制动。