被動磁懸浮電磁彈射器的製造方法
2023-05-31 10:19:01
被動磁懸浮電磁彈射器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種航母上用的被動磁懸浮電磁彈射器。它包括固定的彈射底座和套裝在其上的彈射平臺和直線電機，利用被動磁懸浮支承技術支承艦載機彈射平臺，採用大功率直線彈射電機驅動彈射平臺，來實現艦載飛機彈射起飛的目的。本發明與現有技術相比，引入了被動磁懸浮支承技術，設有速度控制系統，從而大大提高了精度和彈射速度，實現了電氣化，縮短了彈射距離，延長了使用壽命，具有無摩擦、節省能量、結構簡單、無需潤滑、無環境汙染等優點。
【專利說明】被動磁懸浮電磁彈射器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種航母上用的電磁彈射器，特別是一種被動磁懸浮電磁彈射器。
【背景技術】
[0002]航母作為海上霸主，在海軍武器中佔據核心地位。航母的關鍵部件之一彈射器一直是航母技術中的一大難點。隨著我國經濟的飛速增長，科技水平的不斷提升，我國已經有一定的經濟實力和技術能力來發展自己的航母。由瓦良格號改裝成的遼寧艦航母是中國航母的真正起點，但它是由我國從烏克蘭買來的未完工航母改裝的，根本沒有包括彈射器在內的關鍵部件，只有比較落後的滑躍式助起飛甲板。
[0003]首先，從起飛方式上來說，我國不可能停留在落後的滑躍式起飛，這會使我國的航母戰鬥力大打折扣(相同噸位的航母滑躍式起飛艦載機掛彈量只有彈射起飛的25%)。其次，由於目前國外服役的蒸氣式彈射器技術複雜，我國也毫無建造經驗，況且美國不會把這項技術賣給中國，所以也不是最好的選擇。最後，更加先進的下一代彈射器-電磁彈射器是我們最佳的選擇。所以，對電磁彈射器技術進行研發十分重要。
[0004]美國是電磁彈射器研製最領先的國家，據報導，美國已經在陸地上試驗成功，預計將會裝備在下一代福特號航母上，據報導福特號航母將裝備四套電磁彈射器，但都是機械支承的，不是磁懸浮支承的。而我國國內對此的研究如海軍工程大學研製的電磁彈射器樣機也是機械支承的，因此，需要對磁懸浮電磁彈射器投入相關的研究。
[0005]本發明申請的被動磁懸浮電磁彈射器包含兩項關鍵技術:被動磁懸浮支承技術和大功率直線彈射電機技術。
[0006]被動磁懸浮支承技術是世界公認的高新技術之一。它的最大特點就是實現了微接觸、微摩擦支承。將磁懸浮技術應用於電磁彈射器上將對彈射器的性能帶來很大的提升。
[0007]電磁彈射器所採用的大功率直線彈射電機技術是一種將電能直接轉換成直線運動機械能的直線電機驅動技術，是一種不需要通過任何中間轉換機構(如鏈條、齒條或絲槓等)的新型直線驅動技術，它是20世紀下半葉電工領域中出現的具有新原理、新理論的新技術，與微電子技術、計算機技術和旋轉電機技術一樣，在人類的各個領域具有廣闊的應用前景。
[0008]目前，美國已經成功地在陸地上利用電磁彈射器對飛機進行了彈射，但美國目前研製的電磁彈射器只是把蒸汽彈射器的活塞換成了大功率直線彈射電機，彈射電機帶有滾輪，帶著一個往復行車在電磁力的作用下沿彈射器軌道運行，拉著飛機在甲板上沿彈射衝程加速到起飛速度，飛機還是通過輪子直接放在甲板上，並沒有消除飛機輪子與甲板之間的滾動摩擦阻力。這一點可以從美國海軍公布的電磁彈射器視頻和眾多電磁彈射器文獻中均未提到磁懸浮支承技術這兩方面加以證實。而本申請方案除了採用直線彈射電機作為驅動，還引入了被動磁懸浮支承技術，利用磁懸浮技術把放置飛機的彈射平臺懸浮起來，大大減小了摩擦阻力的彈射器性能上會更加先進，可以縮短彈射距離，將會超過美國並達到國際領先水平。
【發明內容】
[0009]本發明的目的在於針對已有技術存在的缺陷，提供一種被動磁懸浮電磁彈射器，它利用被動磁懸浮支承技術支承放置艦載機的彈射平臺，並用大功率直線彈射電機驅動彈射平臺，來實現艦載飛機彈射起飛的目的。
[0010]為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案:
一種被動磁懸浮電磁彈射器，包括固定的彈射底座和套裝在其上的彈射平臺、固定在彈射底座和彈射平臺上的永磁條、安裝在彈射平臺上防止平臺與底座碰撞的導向保護小滾輪和裝在彈射底座和彈射導軌上的直線電機兩級，其特徵在於還包含有彈射平臺上面連接艦載飛機的連接部件、位於彈射底座的磁懸浮導軌底面中心線上用來提供彈射動力的直線彈射電機初級繞組和對應嵌入在彈射平臺內底面上的次級繞組、設置在初級繞組旁邊用來檢測直線彈射電機驅動彈射平臺速度的速度傳感器和安裝在彈射底座首端的連接所有有源電線的航空插座，該航空插座通過與之相配的航空插頭連接到彈射器的控制柜上。
[0011]上述的被動磁懸浮電磁彈射器中，所述安裝在彈射平臺和彈射底座上的永磁條構成磁懸浮支承裝置，該裝置採用斥力型磁懸浮技術，對應於彈射平臺的同一截面上，彈射底座的磁懸浮導軌的兩邊上、下面分別安裝一對斥力支承的承載永磁條，而在該導軌的兩側面上、下邊分別安裝一對斥力支承的導向永磁條，與主動磁懸浮技術不同的是它不需要控制電路，彈射平臺與彈射底座之間由永磁條之間的斥力支承導向控制著彈射平臺使之懸浮在彈射底座的磁懸浮導軌上，另外彈射平臺上還安裝有導向保護小滾輪防止平臺與底座直接接觸產生滑動摩擦力；在彈射底座的中間安裝直線彈射電機的初級繞組，在彈射平臺上相應位置安裝直線彈射電機的次級繞組，源電線都在彈射底座內部集中連接通到彈射底座首端的航空插座上，再由與之相配的航空插頭連接到控制柜上。
[0012]上述的被動磁懸浮電磁彈射器中，速度傳感器的電信號輸出連接一個變頻調速控制器的輸入，該變頻調速控制器的輸出連接直線彈射電機的初級繞組；其控制過程如下:一個變頻調速控制器給直線彈射電機的初級繞組輸入速度可調的直線運動磁場，驅動彈射平臺上的次級繞組作直線彈射運動，彈射平臺的彈射速度由速度傳感器測出，可以控制彈射平臺彈射飛機並返回原點的過程。
[0013]上述的被動磁懸浮電磁彈射器中，所述直線彈射電機採用初級長定子、次級短動子的形式。
[0014]上述的被動磁懸浮電磁彈射器中，所述安裝在彈射平臺上的固定艦載飛機的連接部件起到把艦載飛機牢固連接在彈射平臺上的作用，該連接部件由牽引杆和拖拽杆組成，它們的作用是艦載飛機起飛前彈射平臺通過牽引杆牽引著艦載飛機運行，同時艦載飛機的引擎啟動也拖拽著彈射平臺運行；由於彈射艦載飛機時，必須在直線彈射電機和艦載飛機共同驅動下才能完成艦載飛機的彈射起飛，在彈射加速期連接部件主要作用是牽引艦載飛機並拖拽著彈射平臺共同加速；在彈射末期，也就是艦載飛機已經加速到其起飛速度時，連接部件將自動放開艦載飛機與彈射平臺的連接，艦載飛機將利用彈射慣性和自身引擎的驅動力彈射起飛，而彈射平臺在彈射電機改換反向驅動力並在剎車制動裝置阻力作用下剎車減速，到末端時停止，然後返回首端原位準備彈射下一架艦載飛機。
[0015]本發明與現有蒸汽彈射器和美國電磁彈射器技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:本發明中採用永磁體之間的斥力將彈射平臺懸浮於導軌上，並設有彈射平臺速度控制系統，從而大大提高了彈射平臺的精度和彈射速度，縮短了彈射距離，延長了使用壽命，並具有微摩擦、節省能量、結構簡單、無需潤滑、無環境汙染等優點。
[0016]被動磁懸浮技術是本發明的兩大關鍵技術之一。由於彈射平臺上的艦載飛機與彈射軌道之間有很大的相對速度，所以支承技術就顯得非常重要。在蒸汽式彈射器和美國的電磁彈射器中，飛機直接通過飛機輪子與航母甲板接觸，它們之間的摩擦屬於滾動摩擦，再加上飛機速度很大，摩擦力是阻礙加速性能的一個主要因素，而本發明採用被動磁懸浮技術，可以大大減小航母甲板與彈射平臺上艦載飛機間的摩擦阻力，使得艦載機只受空氣阻力，對於彈射器的彈射性能和艦載機的加速性能具有明顯的提升效果，縮短了彈射距離。本發明採用的是斥力型被動磁懸浮技術。
[0017]直線彈射電機是本發明的另一項關鍵技術。但是彈射器由於自身的特點，設計要求不同於普通直線電機。第一個特點是因為彈射器要在短時間短行程內將飛機加速到起飛的速度，作為彈射器的心臟，這就要求直線彈射電機的功率非常大。另外，由於彈射平臺要與航母甲板之間有較大的相對速度，所以要避免在彈射平臺上布置有源電線，這是第二個特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明一個實施例的總體結構示意圖。
[0019]圖2是圖1彈射平臺截面中的永磁條布置與磁懸浮原理和直線電機兩級分布的結構圖。
[0020]圖3表示艦載機與彈射平臺連接件的原理圖。
[0021]圖4表示彈射平臺速度控制系統中速度傳感器信號採集的電路圖。
[0022]圖5表示檢測信號經過控制器處理後輸出控制電流給變頻調速控制系統對直線電機初級的控制電路原理圖。
[0023]圖6是大功率直線彈射電機的基本原理示意圖(圖中(a)圖為常見直線電機橫截面圖，(b)為常見電機的展開圖，(C)為本發明彈射電機展開圖)。
【具體實施方式】
[0024]本發明的優選實施例結合【專利附圖】
【附圖說明】如下:
實施例一:
參見圖廣圖3，本被動磁懸浮電磁彈射器包含有被彈射的艦載機I和放置艦載飛機並套裝在導軌上的彈射平臺2，其特徵在於還包含有彈射平臺2上面連接艦載飛機I的連接部件3、擁有磁懸浮導軌的彈射底座4、分別嵌入在彈射平臺2兩側凸條上下面和彈射底座4兩側凹槽上下面的永磁條甲5乙5』、安裝在彈射平臺2兩側的4個導向保護小滾輪6滾動抵靠在彈射底座4的兩側內壁、位於彈射底座4的磁懸浮導軌底面中心線上用來提供彈射動力的直線彈射電機初級繞組8和對應嵌入在彈射平臺2內底面凹槽壁上的次級繞組7，設置在初級繞組8旁邊用來檢測直線彈射電機驅動彈射平臺2速度的速度傳感器10和安裝在彈射底座4首端的連接所有有源電線的航空插座9，該航空插座通過與之相配的航空插頭連接到彈射器的控制柜上。[0025]實施例二:
本實施實例與實施實例一基本相同，特別之處如下:
所述的被動磁懸浮電磁彈射器，其特徵在於安裝在彈射平臺2上的永磁條甲5構成磁懸浮支承裝置，該裝置採用斥力型磁懸浮技術，對應於彈射平臺2的同一截面上，彈射底座4的磁懸浮導軌的兩邊上、下面分別安裝一對斥力支承的承載永磁條乙5』，而在該導軌的兩側面上、下邊各安裝I對斥力支承的導向永磁條丙5』』，與主動磁懸浮技術不同的是它不需要控制電路；所述在磁懸浮導軌的中間安裝直線彈射電機的初級繞組8以及在相應彈射平臺2上安裝直線彈射電機的次級繞組7，所有有源電線都在彈射底座4內部集中連接通到彈射底座4首端的航空插座9上，再由與之相配的航空插頭連接到控制柜上。
[0026]所述速度傳感器10的電信號輸出連接一個變頻調速控制器的輸入，該變頻調速控制器的輸出連接直線彈射電機的初級繞8 ;其控制過程:一個變頻調速控制器給直線彈射電機的初級繞組8輸入速度可調的直線運動磁場，驅動彈射平臺2上的次級繞組7作直線彈射運動，彈射平臺2的彈射速度由速度傳感器10測出，可以控制彈射平臺彈射飛機並返回原點的過程。
[0027]所述的直線彈射電機採用初級長定子、次級短動子的形式。
[0028]所述的安裝在彈射平臺上固定艦載飛機的連接部件3起到牢固連接艦載飛機和彈射平臺的作用，該連接部件由牽引杆11和拖拽杆12組成，它們的作用是艦載飛機起飛前彈射平臺通過牽引杆11牽引著艦載飛機運行，同時艦載飛機的引擎啟動也拖拽著彈射平臺運行；由於彈射艦載飛機時，必須在直線彈射電機和艦載飛機共同驅動下才能完成艦載飛機的彈射起飛，在彈射加速期連接部件主要作用是牽引艦載飛機並拖拽著彈射平臺共同加速；在彈射末期，也就是艦載飛機已經加速到其起飛速度時，連接部件將自動放開艦載飛機與彈射平臺的連接。
[0029]實施例三:
參見圖1和圖2,本被動磁懸浮電磁彈射器,包含有被彈射的艦載機I和放置艦載飛機並套裝在導軌上的彈射平臺2，其特徵在於還包含有彈射平臺2上面連接艦載飛機I的連接部件3、擁有磁懸浮導軌的彈射底座4、分別嵌入在彈射底座4兩側凹槽上下面和彈射平臺2兩側凸條上下面的永磁條甲5、乙5』、安裝在彈射平臺2兩側用於防止平臺2與底座4兩側內壁接觸的導向保護滾輪組6、位於彈射底座4上對應彈射平臺底面中心線位置用來提供彈射動力的直線彈射電機初級繞組8和對應嵌入在彈射平臺2內底面上的次級繞組7，設置在直線電機上用來檢測直線彈射電機驅動彈射平臺2速度的速度傳感器10和安裝在彈射底座4首端的連接所有有源電線的航空插座9，該航空插座通過與之相配的航空插頭連接到彈射器的控制器上。
[0030]參見圖1，本被動磁懸浮電磁彈射器包含有被彈射的艦載機模型1，放置艦載飛機的彈射平臺2，其材料擬採用強度最大、密度最小、質量最輕的工程塑料製作，彈射平臺上連接艦載飛機的連接部件3，它使得彈射平臺在彈射時牢固連接並帶動艦載機彈射運行，具有磁懸浮導軌的彈射底座4，其上的磁懸浮導軌使得2與4之間的相對運動體實現無機械接觸無摩擦的磁懸浮技術支承，使得彈射平臺上的艦載飛機只受空氣阻力，安裝在彈射平臺2與彈射底座4上的永磁條5，安裝在彈射平臺用於防止平臺與底座接觸的導向保護滾輪6，用來提供彈射動力的直線彈射電機初級8和次級7，用來檢測彈射平臺位移變化的感應式傳感器10和連接有源電線的航空插座9。
[0031]參見圖2，它是圖1示例彈射平臺截面的永磁導軌和直線電機兩級分布的結構圖，其中裝有永磁條並採用適當的結構布置使彈射平臺可以藉助斥力懸浮起來。為了防止平臺和底座直接接觸，平臺上還裝有導向保護滾輪6。保護滾輪在一般運行中是不接觸底座的，只是一種輔助支承手段，只有在平臺發生大的位置偏移時才會滾動接觸底座。7和8為直線電機的兩級。其中安裝在彈射平臺上的次級7採用的也是無源永磁體，不需要外接電源。9是航空插座，所有的有源電線均從彈射器底座的內部通道連接到航空插座上，與其相配的航空插頭與控制櫃相連(圖中未畫出)。
[0032]參見圖3，它是連接部件3的結構示意圖，該連接部件由牽引杆和拖拽杆組成，它們的作用是艦載飛機起飛前彈射平臺通過牽引杆牽引著艦載飛機運行，同時艦載飛機的引擎啟動也拖拽著彈射平臺運行。由於彈射艦載飛機時，必須在直線彈射電機和艦載飛機共同驅動下才能完成艦載飛機的彈射起飛，在彈射加速期連接部件主要作用是牽引艦載飛機並拖拽著彈射平臺共同加速；在彈射末期，也就是艦載飛機已經加速到其起飛速度時，連接部件將自動放開艦載飛機與彈射平臺的連接。
[0033]參見圖4和圖5，它們是直線彈射電機變頻調速控制的基本接線電路原理圖。圖4表示速度傳感器檢測彈射平臺彈射速度的接線電路圖。圖5表示檢測信號經過控制器處理後輸出控制電流給變頻調速控制系統對直線電機初級的控制電路原理圖，其中，直線電機初級定子及速度傳感器安裝在彈射底座上，它們的電線在彈射底座內部集中連接通到彈射底座首端的航空插座9上，再由與之相配的航空插頭連接到控制系統中。變頻調速控制器給直線彈射電機的初級輸入速度可調的直線運動磁場，驅動彈射平臺上的次級作直線彈射運動，彈射平臺的彈射速度由速度傳感器測出。
[0034]參見圖6，它是大功率直線彈射電機的基本原理示意圖，由旋轉電機把定子13和轉子14展開成直線電機的初級8 (定子)和次級7 (動子)，本發明設計的展開形式中上面是次級8，下面為初級7。這與普通常見的直線電機初級次級順序相反，而與高速磁懸浮列車的初級次級順序相同，固定在彈射平臺上的為永磁體次級，這樣彈射平臺上就不需要大功率電源了，避免了彈射平臺與發射底座的電線連接。
[0035]本實施例與現有蒸汽彈射器和美國電磁彈射器技術相比較，除了採用直線彈射電機作為驅動，還引入了被動磁懸浮支承技術，設有速度控制系統，從而大大提高了彈射平臺的精度和彈射速度，實現了電氣化，延長了使用壽命。利用磁懸浮技術把放置艦載飛機的彈射平臺懸浮起來，大大減小了飛機與甲板之間的摩擦，具有微摩擦、節省能量、結構簡單、無需潤滑、無環境汙染等優點，對於彈射器的彈射性能和艦載機的加速性能具有明顯的提升效果，縮短了彈射距離。採用大功率直線電機具有彈射效率高、彈射艦載機機型的調節範圍廣、可控性好、響應迅速等一系列優點。大大減小了摩擦阻力的彈射器所需的彈射長度將縮短，性能上會更加先進，將會超過美國，達到國際領先水平。
【權利要求】
1.一種被動磁懸浮電磁彈射器,包含有被彈射的艦載機(I)和放置艦載飛機並套裝在導軌上的彈射平臺(2)，其特徵在於還包含有彈射平臺(2)上面連接艦載飛機(I)的連接部件(3)、擁有磁懸浮導軌的彈射底座(4)、分別嵌入在彈射平臺(2)兩側凸條上下面和彈射底座(4)兩側凹槽上下面的永磁條甲乙(5、5』)、安裝在彈射平臺(2)兩側的4個的導向保護小滾輪(6)滾動抵靠在彈射底座(4)的兩側內壁、位於彈射底座(4)的磁懸浮導軌底面中心線上用來提供彈射動力的直線彈射電機初級繞組(8)和對應嵌入在彈射平臺(2)內底面凹槽壁上的次級繞組(7)，設置在初級繞組(8)旁邊用來檢測直線彈射電機驅動彈射平臺(2)速度的速度傳感器(10)和安裝在彈射底座(4)首端的連接所有有源電線的航空插座(9)，該航空插座通過與之相配的航空插頭連接到彈射器的控制柜上。
2.根據權利要求1所述的被動磁懸浮電磁彈射器，其特徵在於:所述安裝在彈射平臺(2)上的永磁條甲(5)構成磁懸浮支承裝置，該裝置採用斥力型磁懸浮技術，對應於彈射平臺(2)的同一截面上，彈射底座(4)的磁懸浮導軌的兩邊上、下面分別安裝一對斥力支承的承載永磁條乙(5』)，而在該導軌的兩側面上、下邊各安裝I對斥力支承的導向永磁條丙(5』 』)，與主動磁懸浮技術不同的是它不需要控制電路；所述在磁懸浮導軌的中間安裝直線彈射電機的初級繞組(8)以及在相應彈射平臺(2)上安裝直線彈射電機的次級繞組(7)，所有有源電線都在彈射底座(4)內部集中連接通到彈射底座(4)首端的航空插座(9)上，再由與之相配的航空插頭連接到控制柜上。
3.根據權利要求1、或2所述的被動磁懸浮電磁彈射器，其特徵在於:所述速度傳感器(10)的電信號輸出連接一個變頻調速控制器的輸入，該變頻調速控制器的輸出連接直線彈射電機的初級繞組(8);其控制過程:一個變頻調速控制器給直線彈射電機的初級繞組(8)輸入速度可調的直線運動磁場，驅動彈射平臺(2)上的次級繞組(7)作直線彈射運動，彈射平臺(2)的彈射速度由速度傳感器(10)測出，可以控制彈射平臺彈射飛機並返回原點的過程。
4.根據權利要求3所述的被動磁懸浮電磁彈射器，其特徵在於所述的直線彈射電機採用初級長定子、次級短動子的形式。
5.根據權利要求1所述的被動磁懸浮電磁彈射器，其特徵在於:所述的安裝在彈射平臺上固定艦載飛機的連接部件(3)起到牢固連接艦載飛機和彈射平臺的作用，該連接部件由牽引杆(11)和拖拽杆(12)組成，它們的作用是艦載飛機起飛前彈射平臺通過牽引杆(11)牽引著艦載飛機運行，同時艦載飛機的引擎啟動也拖拽著彈射平臺運行；由於彈射艦載飛機時，必須在直線彈射電機和艦載飛機共同驅動下才能完成艦載飛機的彈射起飛，在彈射加速期連接部件主要作用是牽引艦載飛機並拖拽著彈射平臺共同加速；在彈射末期，也就是艦載飛機已經加速到其起飛速度時，連接部件將自動放開艦載飛機與彈射平臺的連接。
【文檔編號】B64F1/06GK103754384SQ201410000453
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月2日 優先權日:2014年1月2日
【發明者】張鋼, 張海龍, 張堅, 支漢立, 姜笑穎, 孟慶濤, 劉飛, 倪曉艇, 朱琳 申請人:上海大學