[发明专利]次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置

说明书

本发明涉及一种次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置，次级为外置的鞍形绕组，跨骑在初级螺线管线圈上，通过正、负极轨道、多个电刷与螺线管初级串励形成回路，初级螺线管线圈串入回路的部分也就是励磁部分与次级鞍形绕组相互作用，推动次级鞍形绕组持续前进。初级螺线管线圈与次级鞍形绕组之间的电刷连接模式有多种，由此也形成多种对次级鞍形绕组的推进模式：单推、单拉、双推、双拉、推拉等模式。次级鞍形绕组跨骑在初级螺线管线圈上，初级螺线管线圈处于空间开放状态，能够方便地固定在地面上，初级的长度不再有限制，结构强度和冲击稳定性也得以保证，非常有利于长距离大推力直线推进加速。

技术领域

本发明属于电磁加速与推进技术领域，适用于地面交通、物料运输、飞行器助推与投射、电磁动能武器等相关技术范畴，具体涉及一种次级鞍形绕组和初级螺线管线圈串励直线电磁推进装置。

背景技术

串励式直线螺线管电磁推进装置以其结构简单、推力大、效率高、驱动电源类型宽泛、冲击过载易控等优点长期以来受到电磁推进领域内研究人员的重视，图10显示了串励式直线螺线管电磁推进的基本原理(参考文献：T.G.Engel，etc.，Development of amedium-bore high-efficiency helical coil electromagnetic launcher，IEEETRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE,VOL.32,NO.5,OCTOBER 2004，pp1893-1895)，其定子(图中的stator)，也叫初级，为导体绕制的螺线管，动子或称抛体(ArmatureProjectile，也叫次级，以下均统称次级)亦为导线绕制的螺线管，套在初级外面，但螺旋绕向与初级相反，电刷(Brush)1和2将正极轨道(+Rail)和初级动态导通连接，且电刷1和2随次级运动，电流经由初级后经电刷3与次级串联，然后由次级经由电刷4与负极轨道(-Rail)导通，以上回路与电源相接，形成电流(Current)回路，也就是动子绕组的励磁电流来自与其串联的初级，因此称为串励。因为初级和次级的螺线管的螺旋绕向相反，初级螺线管导通段产生的磁场与次级螺线管的磁场方向相反，也就是形成一个作用力相斥的磁场对极，初级推进次级向右直线运动，由于4个电刷都固定在次级上，初级螺线管导通段随次级一起向右移动，就会持续推动次级前进。次级和初级相对位置可以互换，也就是次级位于初级内部，这种情况下两个轨道以及电刷也要位于初级内部。

目前现有技术也存在明显缺陷，1)如果次级在初级内部，次级就无法挂载包络尺寸大于初级内径的载荷，而且轨道和电刷在初级内部狭小的空间难以安装和连接固定；2)为了解决载荷外挂的问题，次级必须在初级外部，而初级就只能单端也就是悬臂梁状态固定，其余部分无法获得支撑，载荷的质量和初级的长度就会严重被限制，也就是直线推进的距离被限制，那么最终次级的出口速度就被限制，应用领域变得很窄；3)初次级都是螺线管，无法引出专用的接线板作为电刷接触点，电刷只能直接和螺线管导体接触，运动过程高压摩擦，螺线管匝间的绝缘要求提高，螺线管导体与电刷接触部分一旦破坏，整个线圈就无法继续使用，维护成本高；4)外挂载荷质心与初级对次级的推力轴线不重合，或者因为次级受到偏心的气动阻力，加速过程中次级及载荷会产生一个向后仰的翻滚力矩，速度、加速度越大这个翻滚力矩就越大，必须另外添加专门的滑动定位约束来克服这个翻滚力矩，增加了系统的复杂度，当用机械接触的滑块来克服这个翻滚力矩时，整个动子的摩擦阻力加大，降低了整体运行效率。

发明内容