[發明專利]基于超導恒磁通感應電流過零換向的電磁發射裝置及方法

在審

• 申請號: 202310515364.2
• 申請日: 2023-05-08
• 公開（公告）號: CN116625161A
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 朱英偉;王鵬;雷勇;王為;劉雪山;王義剴;馬世金
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: F41B6/00
• 分類號: F41B6/00
• 代理公司: 成都睿道專利代理事務所(普通合伙) 51217
• 代理人: 潘育敏

本發明提供基于超導恒磁通感應電流過零換向的電磁發射裝置及方法，裝置包括驅動線圈，驅動線圈采用超導線材或帶材繞制，多個驅動線圈組成發射通道；拋體線圈，拋體線圈采用超導塊材或線材繞制；超導直流電源，超導直流電源用于為驅動線圈、拋體線圈提供初始電流。釋能換向電路，釋能換向電路利用中間電容器回收轉存超導驅動線圈磁能。基于該裝置，通過為超導驅動線圈與超導拋體線圈分別注入預設比值的電流，即可使得當超導拋體線圈運動到超導驅動線圈軸向中心處時，超導驅動線圈中的電流自動衰減至0，進而避免超導驅動線圈對超導拋體線圈產生反向拉力，保證拋體線圈持續加速發射。本發明解決了傳統線圈發射電流難以快速同步精準換向的難題。

技術領域

本發明涉及電磁發射技術領域，具體而言，涉及基于超導恒磁通感應電流過零換向的電磁發射裝置及方法。

背景技術

電磁發射是利用電流與磁場之間的安培力來加速拋體運動的一項技術。目前較為常用的線圈型電磁發射方式為磁阻型線圈發射，該發射方式的關鍵技術難點在于，當拋體電樞運動到驅動線圈中心時，要盡快釋放掉驅動線圈中的電流，避免產生反向減速力；同時，要求控制系統與拋體電樞運動同步，選擇設定合適的提前放電時刻和觸發放電位置，以便最大化地利用電磁加速力。然而，在大推力、超高速、大電流、多級發射情況下，隨著拋體速度越來越快，換向電路開關的通斷壓力越來越大，驅動線圈中的電流難以同步、快速、準確地完成放電。

發明內容

本發明的目的在于提供基于超導恒磁通感應電流過零換向的電磁發射裝置及方法，以解決拋體運動到驅動線圈中心時，因電流不能及時釋放時產生反向減速力。本發明提出采用超導線材繞制驅動線圈，使用超導塊材制作拋體電樞，設計釋能換向電路轉存磁能，給出使驅動線圈電流自動過零的比例值計算方法。

本發明解決了傳統線圈型發射模式的內阻損耗過大問題，克服了驅動線圈電流難以快速同步精準換向難題，同時，降低了釋能電路換向開關的通斷壓力，有效地解決了拋體線圈發射過程中受到制動減速力的問題，有效地提高了線圈型電磁發射效率。

本發明的實施例通過以下技術方案實現：

第一方面，提供基于超導恒磁通感應電流過零換向的電磁發射裝置，包括驅動線圈，所述驅動線圈采用超導線材或帶材繞制，多個所述驅動線圈組成發射通道；拋體線圈，所述拋體線圈采用超導塊材或線材繞制；超導直流電源，所述超導直流電源用于為驅動線圈、拋體線圈提供初始電流。

第二方面，基于超導恒磁通感應電流過零換向的電磁發射方法，應用于上述的基于超導恒磁通感應電流過零換向的電磁發射裝置；發射方法如下：

發射前，使用超導直流電源為超導驅動線圈勵磁充電至電流I_d1，然后，閉合超導開關，使超導驅動線圈以電流I_d1閉環運行；

發射初始時刻，利用超導直流電源為超導拋體線圈勵磁充電，使超導拋體線圈產生電流I_p1，且電流I_d1與I_p1的方向一致；然后閉合超導開關，使超導拋體線圈閉環運行；

發射時，超導驅動線圈和超導拋體線圈中的電流同向，產生相互吸引的電磁力，拉動拋體線圈加速運動。當超導拋體線圈不斷靠近驅動線圈時，由于電磁感應相互作用和超導恒磁通原理，超導驅動線圈中的電流I_d1將不斷減小。

通過預設的初始電流設定，可以使得：當超導拋體線圈運動到超導驅動線圈中心點位置時，超導驅動線圈中的電流I_d1剛好自動衰減過零。此時，斷開釋能換向電路的第一回路，同時換向至第二回路轉存磁能。

本發明實施例的技術方案至少具有如下優點和有益效果：