提高高場大電流電磁彈射力的被射體的電磁作用裝置的製作方法

2023-07-18 04:48:11

專利名稱：提高高場大電流電磁彈射力的被射體的電磁作用裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於推進及驅動系統的強電磁作用技術，特別是一種利用高溫超導技術實 現的強電磁發射系統，如用於飛行器的彈射或電磁炮。
背景技術：
利用強電磁排斥推力的作用，可設計種用於驅動或發射系統的強電磁作用機構。 與常規電機驅動不同的是，這一系統具有短時強作用力，而可瞬時獲得很大的加速度和初 速度。作為一種實例結構，具有永磁性的動子在電磁定子或電磁定子軌道的作用下，可被快 速加速和發射。現有的電磁發射系統，雖然結構不同，但都是基於電流與磁場或是磁場與磁場的 作用力，來實現發射的。作用的模式可以是被發射體的傳導電流與定子的磁場間的作用，被 發射體的感應電流與定子的磁場間的作用，被發射體的永磁場與定子的電磁場間的作用。電磁發射系統的電磁作用力，通常取決於電磁作用中的電流密度和磁場強度。而 通常材料的電流密度小於每平方釐米幾百安培，飽和磁場強度小於幾特斯拉，因此傳統材 料和技術，限制了電磁發射技術的實際應用。利用高溫超導技術可獲得密度大於每平方釐米幾萬安培的電流強度，磁場強度大 於幾十特斯拉的超強特性。因而可明顯提高強電磁作用力，大大提高推進效果。採用高溫超導技術有顯著的有勢，但在實際操作過程中，由於高溫超導塊材的操 作條件和環境的限制，難以對高溫超導塊材有效實施充磁和獲得較好的充磁效果，以致利 用高溫超導塊材永磁體的技術方案難以實施。

發明內容
本發明的目的是利用高溫超導技術，設計一種能產生更大電磁推力的被彈射體的 電磁裝置和技術。用於與定子一同產生電磁推力的被彈射體動子，可簡單由永磁體構成。但普通永 磁體的飽和磁場強度一般在一個特斯拉左右，因而所能產生的電磁推力被限制了且相對較 低。從超導的特性看，高溫超導體具有很高的磁場俘獲能力。由於高溫超導塊材的高 捕獲磁場能力，例如可獲得超過IOT的磁感應強度，遠遠高於常規永磁體IT左右的磁場強 度，因此利用高溫超導塊材磁體設計的電磁作用機構，推力大大增加，效率更高，彈射行程 更遠，且電磁作用機構可具有更小的體積和重量。但實際具體利用高溫超導塊材磁體時，高溫超導塊材的充磁，由於高溫超導塊材 是工作於低溫恆溫器的操作環境中的，因而難以對其有效充磁和獲得較高的磁場，以致實 際利用高溫超導塊材磁體的方案難以實施。本發明解決的核心技術問題高溫超導體具有很高的磁場俘獲能力，但在進行電 磁彈射實際操作過程中時，由於無法避免高溫超導塊材與外部充磁磁體間過大的間隙而難於形成高場充磁。而體積巨大的高場磁化源，也限制了高溫超導塊材磁體彈射方案的實際 使用。高溫超導塊材的充磁難題成為高溫超導電磁彈射技術實際應用的屏障。本設計方案 充分利用了超導的特性，通過如附圖1所示的整體複合設計，有效解決了上述高溫超導塊 材磁體充磁技術難點，可顯著改善了充磁效果，得常規方法無法得到的既簡單又高效的實 用方法，進而可大大提升彈射效率和效果。由於本設計將高溫超導塊材和高溫超導線圈構 成一個整體，一方面從結構上提高了高溫超導塊材俘獲場的場強，另一方面從高溫超導材 料電流密度上提高了磁化場場強，因此有效場強大大提高。同時，在彈射操作時，高溫超導 線圈磁體可與高溫超導塊材磁體同時作用，共同形成更大的電磁作用力。本發明的技術方案是利用高溫超導體製備電磁彈射的動子電磁作用機構，並將其 複合到被彈射體上，使其與電磁定子或軌道產生更高的電磁力以增加彈射力。即在被彈射 的物體上，複合不同形式的高溫超導體，並產生更大推力。高溫超導磁體以嵌入方式或敷著 方式，與被彈射物複合形成一體。實際方案可利用附圖1-7所示的高溫超導塊材、高溫超導導線和高溫超導線圈， 按不同結構和工作方式組合，構成被彈射物體的強電磁作用機構。本發明的優點解決了彈射系統中高溫超導塊材磁體充磁的技術難題，大大提高 了電磁作用的場強，因而大大增加了有效彈射推力，使被彈射物速度更快、彈射距離更遠。


本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中 附圖1高溫超導塊材磁體和線圈磁體複合式彈射機構。附圖2高溫超導塊材磁體嵌入式彈射機構。附圖3 高溫超導環嵌入式彈射機構。附圖4 嵌入式連接方式。附圖5 敷著式連接方式。附圖6 高溫超飛彈射機構。附圖7 高溫超導懸浮彈射機構。其中1-被彈射物，2-高溫超導塊，3-高溫超導線圈，4-低溫箱，5-製冷液，6_大電 流電極，7-高溫超導環，8-高溫超導環，9-骨架，10-低溫箱與被彈射物的連接頭，11-高溫 超導條，12-大電流電極，13-高溫超導塊(懸浮)。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只 是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。實施例1
在被彈射物中嵌入如附圖1所示的高溫超導強電磁作用機構。高溫超導強電磁作用機 構，可由下面的材料和組件構成。
高溫超導塊材磁體，可利用YBaCuO (Y-123)圓餅塊材構成，圓餅塊材可以是一整 塊或多塊。高溫超導塊材磁體外層，是由高溫超導導線繞制的高溫超導線圈磁體，其導線可 是 YBaCuO (Y-123)或 BiSiCaCuO (Bi-2223 或 Bi-2212)高溫超導導線。高溫超導塊材磁體和高溫超導線圈磁體置於低溫箱中，並利用製冷液冷卻。製冷 液可選用液氫O0K)。低溫箱可以由如非金屬玻璃鋼等等材料製備。高溫超導塊材通過高溫超導線圈磁體，可採用穩恆外加場場冷或脈衝場零場冷 充磁方案充磁，由於高溫超導塊材和高溫超導線圈磁體二者的緊密接觸結構，可高效地為 高溫超導塊材磁體充磁。作為實例，高溫超導線圈磁體Φ =5οπι/Φ ^=10cm/L=10cm由 0. lmmX4mm截面的上述TOaCuO (Y-123)高溫超導導線以多層螺線管方式密集繞制，可產生 5Τ場強，高溫超導YBaCuO (Υ-123)圓餅塊材Φ =3cm/H=2cm,可被充磁獲得3T場強。高溫超 導線圈磁體具有為高溫超導塊材磁體充磁功能的同時，還可與溫超導線圈磁體同時操作， 用於產生附加電磁推進力，即能獲得高達8T的複合場，遠遠高於IT的傳統技術場強，因而 實現了一種更高效的彈射系統。實施例2
在被彈射物中嵌入高溫超導塊材磁體組件，如附圖2所示。高溫超導塊材磁體，為利用Y系其它高溫超導材料的圓餅塊材，如RBaCuO (123) (R為下列材料之一，Sm、Gd、Nd、Dy)。高溫超導塊材磁體置於非磁性低溫箱中，並利用製冷液冷卻。製冷液可選用液氮 (77K)。高溫超導塊材可採用穩恆外加場場冷充磁方案充磁，成為高溫超導塊材磁體，而 後嵌入被彈射物中。實施例3
在被彈射物中嵌入高溫超導環組件，如附圖3所示。高溫超導環，可是帶狀圓環上由YBaCuO (Y-123)鍍膜構成，也可由TOaCuO (Y-123)或BiSiCaCuO (Bi-2223或Bi-2212)高溫超導導線線圈端點短路構成。高溫超導圓環或閉合線圈置於非金屬玻璃鋼低溫保溫箱中，並利用製冷液液氮冷 卻。高溫超導圓環或閉合線圈在外場感應下，形成與外場的排斥電磁推力。實施例4
在被彈射物中嵌入高溫超導塊材組件，如附圖4所示。高溫超導塊材磁體，可利用多塊YBaCuO (Y-123)方形塊材構成。高溫超導塊材磁體置於非磁性的低溫箱中，並利用製冷液冷卻。製冷液可選用液 氧(90K)。高溫超導塊材可採用零場冷脈衝充磁的操作方案，並將利用形成的電磁推進力實 現發射。實施例5
在被彈射物中敷著高溫超導圓餅膜組件，如附圖5所示。高溫超導圓餅膜，可利用YBaCuO (Y-123)圓餅膜。
高溫超導塊材磁體置於非磁性的低溫箱中，並利用製冷液冷卻。製冷液可選用液 氖 07K)。高溫超導圓餅膜可採用零場冷且不進行充磁的操作方案，並將利用感應電流形成 的推進力實現發射。實施例6
在被彈射物中嵌入高溫超導條組件構成高溫超導電樞，如附圖6所示。高溫超導條形材可利用YBaCuO (Y-123)或BiSrCaCuO (2212或2223)條塊，或 YBaCuO (Y-123)或 BiSrCaCuO (2212 或 2223)複合導線。高溫超導條形材置於低溫箱中，並利用製冷液冷卻。製冷液可選用液氮(77K)。含 有高溫超導的低箱嵌入彈射體。高溫超導塊材通過金屬極靴引入大電流，高溫超導導電條即電樞受到的電磁場的 作用力與電流強度的平方成正比，即Foc I2，而形成巨大的電磁彈射力。由於高溫超導體 可承受遠高於傳統導體的電流密度，因而高溫超導電樞彈射可獲得更大的電磁推力和彈射 效果。實施例7
在被彈射物中嵌入高溫超導塊材磁體組件，如附圖7所示。與實施例1 -6相似，不同點為
增加了產生懸浮力的高溫超導塊材磁體，其可利用YBaCuO (Y-123)塊材實現。高溫超導推進和懸浮塊材採用零場冷強脈衝磁場充磁方案充磁，而後將含有高溫 超導塊材磁體和高溫超導懸浮環的低溫箱嵌入彈射體。被彈射物的彈射可在無摩擦的狀態 下，被高效彈射。本發明並不局限於前述的具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中披露的 新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1.一種高溫超飛彈射動子機構，包括下面的材料和組件高溫超導塊材磁體、高溫超 導線圈、低溫箱、製冷液、大電流電極；其中的高溫超導塊材磁體，可利用YBaCu0(Y-123)圓 餅塊材構成，圓餅塊材可以是一整塊或多塊；高溫超導塊材磁體外層，是由高溫超導導線 繞制的高溫超導線圈磁體，其導線是YBaCuO(Y-12;3)或BiSiCaCuO(Bi-2223或Bi-2212) 高溫超導導線；所述高溫超導塊材磁體和高溫超導線圈磁體置於低溫箱中，並利用製冷液 冷卻；所述製冷液用液氫(20K)；低溫箱可由非金屬玻璃鋼等材料製備；其特徵在於所述 高溫超導塊材通過高溫超導線圈磁體，可採用穩恆外加場場冷或脈衝場零場冷充磁方案充 磁，由於高溫超導塊材和高溫超導線圈磁體二者的緊密接觸結構，可高效地為高溫超導塊 材磁體充磁，並可複合產生附加場以使動子形成更高的合成磁場；製備的動子與電磁定子 作用形成更大的電磁推力實現彈射。
2.根據權利要求1所述的高溫超飛彈射動子機構，其特徵在於所述高溫超導線圈磁 體 Φ 內=5 11/(15外=10011/1=10011，由有0· Imm χ 4mm 截面的上述 TOaCuO(Y_l23)高溫超導 導線以多層螺線管方式密集繞制，在有液氫的低溫箱工作條件下，可產生5T場強，高溫超 導TOaCu0(Y-123)圓餅塊材Φ=3αιι/Η=2αιι，可被充磁獲得3Τ場強；高溫超導線圈磁體具 有為高溫超導塊材磁體充磁功能的同時，還可與高溫超導塊材磁體同時操作，用於產生附 加電磁推進力，即能獲得高達8Τ的複合場，遠遠高於IT的傳統技術場強，因而實現了一 種更高效的彈射系統。
3.根據權利要求1或2所述的高溫超飛彈射動子機構，其特徵是利用高溫超導塊材磁 體及其低溫箱嵌入或敷著到被發射體；其中，高溫超導塊材可採用穩恆外加場場冷充磁方 案充磁，成為高溫超導塊材磁體，而後與低溫箱作為整體嵌入或敷著到被彈射物上。
4.根據權利要求1或2所述的高溫超飛彈射動子機構，其特徵是在發射體內嵌入取代 高溫超導塊材磁體的高溫超導短路環，利用定子在高溫超導短路環產生的感應電流形成推 力。
5.根據權利要求1或2所述的高溫超飛彈射動子機構，其特徵是利用多塊高溫超導塊 材磁體共同組成一體的動子磁體，而後與低溫箱作為整體嵌入被發射體。
6.根據權利要求1或2所述的高溫超飛彈射動子機構，其特徵是利用高溫超導圓餅膜 取代高溫超導塊材並與低溫箱構成一體嵌入被發射體，利用定子在高溫超導圓餅膜中產生 的感應電流形成推力。
7.根據權利要求1或2所述的高溫超飛彈射動子機構，其特徵是利用置於低溫箱中的 高溫超導條塊導體的大電流，與定子的電磁場產生強作用力彈射被發射體。
8.根據權利要求1或2所述的高溫超飛彈射動子機構，其特徵是在利用高溫超導塊材 進行彈射推進的同時利用高溫超導塊材實現被彈射動子與軌道間的懸浮，而大大提高有效 彈射力。全文摘要
本發明公開了一種提高高場大電流電磁彈射力的被射體的電磁作用裝置即高溫超飛彈射動子機構，包括下面的材料和組件高溫超導塊材磁體、高溫超導線圈、低溫箱、製冷液、大電流電極；其特徵在於所述高溫超導塊材通過高溫超導線圈磁體，可採用穩恆外加場場冷或脈衝場零場冷充磁方案充磁；製備的動子與電磁定子作用形成更大的電磁推力實現彈射。有效解決了用於上述方案的高溫超導塊材磁體充磁技術難點，顯著改善了充磁效果由於本設計將高溫超導塊材和高溫超導線圈構成一個整體，一方面從結構上提高了高溫超導塊材俘獲場的場強，另一方面從高溫超導材料電流密度上提高了磁化場場強，因此有效場強大大提高。
文檔編號H02N15/00GK102075064SQ20101059262
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者金建勳 申請人:電子科技大學