專利名稱：提高高場(chǎng)大電流電磁彈射力的被射體的電磁作用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于推進(jìn)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的強(qiáng)電磁作用技術(shù)，特別是一種利用高溫超導(dǎo)技術(shù)實(shí) 現(xiàn)的強(qiáng)電磁發(fā)射系統(tǒng)，如用于飛行器的彈射或電磁炮。
背景技術(shù)：
利用強(qiáng)電磁排斥推力的作用，可設(shè)計(jì)種用于驅(qū)動(dòng)或發(fā)射系統(tǒng)的強(qiáng)電磁作用機(jī)構(gòu)。 與常規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)不同的是，這一系統(tǒng)具有短時(shí)強(qiáng)作用力，而可瞬時(shí)獲得很大的加速度和初 速度。作為一種實(shí)例結(jié)構(gòu)，具有永磁性的動(dòng)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(fā)射?，F(xiàn)有的電磁發(fā)射系統(tǒng)，雖然結(jié)構(gòu)不同，但都是基于電流與磁場(chǎng)或是磁場(chǎng)與磁場(chǎng)的 作用力，來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射的。作用的模式可以是被發(fā)射體的傳導(dǎo)電流與定子的磁場(chǎng)間的作用，被 發(fā)射體的感應(yīng)電流與定子的磁場(chǎng)間的作用，被發(fā)射體的永磁場(chǎng)與定子的電磁場(chǎng)間的作用。電磁發(fā)射系統(tǒng)的電磁作用力，通常取決于電磁作用中的電流密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度。而 通常材料的電流密度小于每平方厘米幾百安培，飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度小于幾特斯拉，因此傳統(tǒng)材 料和技術(shù)，限制了電磁發(fā)射技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。利用高溫超導(dǎo)技術(shù)可獲得密度大于每平方厘米幾萬(wàn)安培的電流強(qiáng)度，磁場(chǎng)強(qiáng)度大 于幾十特斯拉的超強(qiáng)特性。因而可明顯提高強(qiáng)電磁作用力，大大提高推進(jìn)效果。采用高溫超導(dǎo)技術(shù)有顯著的有勢(shì)，但在實(shí)際操作過程中，由于高溫超導(dǎo)塊材的操 作條件和環(huán)境的限制，難以對(duì)高溫超導(dǎo)塊材有效實(shí)施充磁和獲得較好的充磁效果，以致利 用高溫超導(dǎo)塊材永磁體的技術(shù)方案難以實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用高溫超導(dǎo)技術(shù)，設(shè)計(jì)一種能產(chǎn)生更大電磁推力的被彈射體的 電磁裝置和技術(shù)。用于與定子一同產(chǎn)生電磁推力的被彈射體動(dòng)子，可簡(jiǎn)單由永磁體構(gòu)成。但普通永 磁體的飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度一般在一個(gè)特斯拉左右，因而所能產(chǎn)生的電磁推力被限制了且相對(duì)較 低。從超導(dǎo)的特性看，高溫超導(dǎo)體具有很高的磁場(chǎng)俘獲能力。由于高溫超導(dǎo)塊材的高 捕獲磁場(chǎng)能力，例如可獲得超過IOT的磁感應(yīng)強(qiáng)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)永磁體IT左右的磁場(chǎng)強(qiáng) 度，因此利用高溫超導(dǎo)塊材磁體設(shè)計(jì)的電磁作用機(jī)構(gòu)，推力大大增加，效率更高，彈射行程 更遠(yuǎn)，且電磁作用機(jī)構(gòu)可具有更小的體積和重量。但實(shí)際具體利用高溫超導(dǎo)塊材磁體時(shí)，高溫超導(dǎo)塊材的充磁，由于高溫超導(dǎo)塊材 是工作于低溫恒溫器的操作環(huán)境中的，因而難以對(duì)其有效充磁和獲得較高的磁場(chǎng)，以致實(shí) 際利用高溫超導(dǎo)塊材磁體的方案難以實(shí)施。本發(fā)明解決的核心技術(shù)問題高溫超導(dǎo)體具有很高的磁場(chǎng)俘獲能力，但在進(jìn)行電 磁彈射實(shí)際操作過程中時(shí)，由于無(wú)法避免高溫超導(dǎo)塊材與外部充磁磁體間過大的間隙而難于形成高場(chǎng)充磁。而體積巨大的高場(chǎng)磁化源，也限制了高溫超導(dǎo)塊材磁體彈射方案的實(shí)際 使用。高溫超導(dǎo)塊材的充磁難題成為高溫超導(dǎo)電磁彈射技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的屏障。本設(shè)計(jì)方案 充分利用了超導(dǎo)的特性，通過如附圖1所示的整體復(fù)合設(shè)計(jì)，有效解決了上述高溫超導(dǎo)塊 材磁體充磁技術(shù)難點(diǎn)，可顯著改善了充磁效果，得常規(guī)方法無(wú)法得到的既簡(jiǎn)單又高效的實(shí) 用方法，進(jìn)而可大大提升彈射效率和效果。由于本設(shè)計(jì)將高溫超導(dǎo)塊材和高溫超導(dǎo)線圈構(gòu) 成一個(gè)整體，一方面從結(jié)構(gòu)上提高了高溫超導(dǎo)塊材俘獲場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，另一方面從高溫超導(dǎo)材 料電流密度上提高了磁化場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)，因此有效場(chǎng)強(qiáng)大大提高。同時(shí)，在彈射操作時(shí)，高溫超導(dǎo) 線圈磁體可與高溫超導(dǎo)塊材磁體同時(shí)作用，共同形成更大的電磁作用力。本發(fā)明的技術(shù)方案是利用高溫超導(dǎo)體制備電磁彈射的動(dòng)子電磁作用機(jī)構(gòu)，并將其 復(fù)合到被彈射體上，使其與電磁定子或軌道產(chǎn)生更高的電磁力以增加彈射力。即在被彈射 的物體上，復(fù)合不同形式的高溫超導(dǎo)體，并產(chǎn)生更大推力。高溫超導(dǎo)磁體以嵌入方式或敷著 方式，與被彈射物復(fù)合形成一體。實(shí)際方案可利用附圖1-7所示的高溫超導(dǎo)塊材、高溫超導(dǎo)導(dǎo)線和高溫超導(dǎo)線圈， 按不同結(jié)構(gòu)和工作方式組合，構(gòu)成被彈射物體的強(qiáng)電磁作用機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)解決了彈射系統(tǒng)中高溫超導(dǎo)塊材磁體充磁的技術(shù)難題，大大提高 了電磁作用的場(chǎng)強(qiáng)，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(yuǎn)。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中 附圖1高溫超導(dǎo)塊材磁體和線圈磁體復(fù)合式彈射機(jī)構(gòu)。附圖2高溫超導(dǎo)塊材磁體嵌入式彈射機(jī)構(gòu)。附圖3 高溫超導(dǎo)環(huán)嵌入式彈射機(jī)構(gòu)。附圖4 嵌入式連接方式。附圖5 敷著式連接方式。附圖6 高溫超導(dǎo)彈射機(jī)構(gòu)。附圖7 高溫超導(dǎo)懸浮彈射機(jī)構(gòu)。其中1-被彈射物，2-高溫超導(dǎo)塊，3-高溫超導(dǎo)線圈，4-低溫箱，5-制冷液，6_大電 流電極，7-高溫超導(dǎo)環(huán)，8-高溫超導(dǎo)環(huán)，9-骨架，10-低溫箱與被彈射物的連接頭，11-高溫 超導(dǎo)條，12-大電流電極，13-高溫超導(dǎo)塊(懸浮)。
具體實(shí)施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/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(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只 是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。實(shí)施例1
在被彈射物中嵌入如附圖1所示的高溫超導(dǎo)強(qiáng)電磁作用機(jī)構(gòu)。高溫超導(dǎo)強(qiáng)電磁作用機(jī) 構(gòu)，可由下面的材料和組件構(gòu)成。
高溫超導(dǎo)塊材磁體，可利用YBaCuO (Y-123)圓餅塊材構(gòu)成，圓餅塊材可以是一整 塊或多塊。高溫超導(dǎo)塊材磁體外層，是由高溫超導(dǎo)導(dǎo)線繞制的高溫超導(dǎo)線圈磁體，其導(dǎo)線可 是 YBaCuO (Y-123)或 BiSiCaCuO (Bi-2223 或 Bi-2212)高溫超導(dǎo)導(dǎo)線。高溫超導(dǎo)塊材磁體和高溫超導(dǎo)線圈磁體置于低溫箱中，并利用制冷液冷卻。制冷 液可選用液氫O0K)。低溫箱可以由如非金屬玻璃鋼等等材料制備。高溫超導(dǎo)塊材通過高溫超導(dǎo)線圈磁體，可采用穩(wěn)恒外加場(chǎng)場(chǎng)冷或脈沖場(chǎng)零場(chǎng)冷 充磁方案充磁，由于高溫超導(dǎo)塊材和高溫超導(dǎo)線圈磁體二者的緊密接觸結(jié)構(gòu)，可高效地為 高溫超導(dǎo)塊材磁體充磁。作為實(shí)例，高溫超導(dǎo)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(dǎo)導(dǎo)線以多層螺線管方式密集繞制，可產(chǎn)生 5Τ場(chǎng)強(qiáng)，高溫超導(dǎo)YBaCuO (Υ-123)圓餅塊材Φ =3cm/H=2cm,可被充磁獲得3T場(chǎng)強(qiáng)。高溫超 導(dǎo)線圈磁體具有為高溫超導(dǎo)塊材磁體充磁功能的同時(shí)，還可與溫超導(dǎo)線圈磁體同時(shí)操作， 用于產(chǎn)生附加電磁推進(jìn)力，即能獲得高達(dá)8T的復(fù)合場(chǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于IT的傳統(tǒng)技術(shù)場(chǎng)強(qiáng)，因而 實(shí)現(xiàn)了一種更高效的彈射系統(tǒng)。實(shí)施例2
在被彈射物中嵌入高溫超導(dǎo)塊材磁體組件，如附圖2所示。高溫超導(dǎo)塊材磁體，為利用Y系其它高溫超導(dǎo)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(dǎo)塊材磁體置于非磁性低溫箱中，并利用制冷液冷卻。制冷液可選用液氮 (77K)。高溫超導(dǎo)塊材可采用穩(wěn)恒外加場(chǎng)場(chǎng)冷充磁方案充磁，成為高溫超導(dǎo)塊材磁體，而 后嵌入被彈射物中。實(shí)施例3
在被彈射物中嵌入高溫超導(dǎo)環(huán)組件，如附圖3所示。高溫超導(dǎo)環(huán)，可是帶狀圓環(huán)上由YBaCuO (Y-123)鍍膜構(gòu)成，也可由TOaCuO (Y-123)或BiSiCaCuO (Bi-2223或Bi-2212)高溫超導(dǎo)導(dǎo)線線圈端點(diǎn)短路構(gòu)成。高溫超導(dǎo)圓環(huán)或閉合線圈置于非金屬玻璃鋼低溫保溫箱中，并利用制冷液液氮冷 卻。高溫超導(dǎo)圓環(huán)或閉合線圈在外場(chǎng)感應(yīng)下，形成與外場(chǎng)的排斥電磁推力。實(shí)施例4
在被彈射物中嵌入高溫超導(dǎo)塊材組件，如附圖4所示。高溫超導(dǎo)塊材磁體，可利用多塊YBaCuO (Y-123)方形塊材構(gòu)成。高溫超導(dǎo)塊材磁體置于非磁性的低溫箱中，并利用制冷液冷卻。制冷液可選用液 氧(90K)。高溫超導(dǎo)塊材可采用零場(chǎng)冷脈沖充磁的操作方案，并將利用形成的電磁推進(jìn)力實(shí) 現(xiàn)發(fā)射。實(shí)施例5
在被彈射物中敷著高溫超導(dǎo)圓餅?zāi)そM件，如附圖5所示。高溫超導(dǎo)圓餅?zāi)?，可利用YBaCuO (Y-123)圓餅?zāi)ぁ?br> 高溫超導(dǎo)塊材磁體置于非磁性的低溫箱中，并利用制冷液冷卻。制冷液可選用液 氖 07K)。高溫超導(dǎo)圓餅?zāi)た刹捎昧銏?chǎng)冷且不進(jìn)行充磁的操作方案，并將利用感應(yīng)電流形成 的推進(jìn)力實(shí)現(xiàn)發(fā)射。實(shí)施例6
在被彈射物中嵌入高溫超導(dǎo)條組件構(gòu)成高溫超導(dǎo)電樞，如附圖6所示。高溫超導(dǎo)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)復(fù)合導(dǎo)線。高溫超導(dǎo)條形材置于低溫箱中，并利用制冷液冷卻。制冷液可選用液氮(77K)。含 有高溫超導(dǎo)的低箱嵌入彈射體。高溫超導(dǎo)塊材通過金屬極靴引入大電流，高溫超導(dǎo)導(dǎo)電條即電樞受到的電磁場(chǎng)的 作用力與電流強(qiáng)度的平方成正比，即Foc I2，而形成巨大的電磁彈射力。由于高溫超導(dǎo)體 可承受遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)導(dǎo)體的電流密度，因而高溫超導(dǎo)電樞彈射可獲得更大的電磁推力和彈射 效果。實(shí)施例7
在被彈射物中嵌入高溫超導(dǎo)塊材磁體組件，如附圖7所示。與實(shí)施例1 -6相似，不同點(diǎn)為
增加了產(chǎn)生懸浮力的高溫超導(dǎo)塊材磁體，其可利用YBaCuO (Y-123)塊材實(shí)現(xiàn)。高溫超導(dǎo)推進(jìn)和懸浮塊材采用零場(chǎng)冷強(qiáng)脈沖磁場(chǎng)充磁方案充磁，而后將含有高溫 超導(dǎo)塊材磁體和高溫超導(dǎo)懸浮環(huán)的低溫箱嵌入彈射體。被彈射物的彈射可在無(wú)摩擦的狀態(tài) 下，被高效彈射。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的 新特征或任何新的組合，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(quán)利要求
1.一種高溫超導(dǎo)彈射動(dòng)子機(jī)構(gòu)，包括下面的材料和組件高溫超導(dǎo)塊材磁體、高溫超 導(dǎo)線圈、低溫箱、制冷液、大電流電極；其中的高溫超導(dǎo)塊材磁體，可利用YBaCu0(Y-123)圓 餅塊材構(gòu)成，圓餅塊材可以是一整塊或多塊；高溫超導(dǎo)塊材磁體外層，是由高溫超導(dǎo)導(dǎo)線 繞制的高溫超導(dǎo)線圈磁體，其導(dǎo)線是YBaCuO(Y-12;3)或BiSiCaCuO(Bi-2223或Bi-2212) 高溫超導(dǎo)導(dǎo)線；所述高溫超導(dǎo)塊材磁體和高溫超導(dǎo)線圈磁體置于低溫箱中，并利用制冷液 冷卻；所述制冷液用液氫(20K)；低溫箱可由非金屬玻璃鋼等材料制備；其特征在于所述 高溫超導(dǎo)塊材通過高溫超導(dǎo)線圈磁體，可采用穩(wěn)恒外加場(chǎng)場(chǎng)冷或脈沖場(chǎng)零場(chǎng)冷充磁方案充 磁，由于高溫超導(dǎo)塊材和高溫超導(dǎo)線圈磁體二者的緊密接觸結(jié)構(gòu)，可高效地為高溫超導(dǎo)塊 材磁體充磁，并可復(fù)合產(chǎn)生附加場(chǎng)以使動(dòng)子形成更高的合成磁場(chǎng)；制備的動(dòng)子與電磁定子 作用形成更大的電磁推力實(shí)現(xiàn)彈射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)彈射動(dòng)子機(jī)構(gòu)，其特征在于所述高溫超導(dǎo)線圈磁 體 Φ 內(nèi)=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(dǎo) 導(dǎo)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(chǎn)生5T場(chǎng)強(qiáng)，高溫超 導(dǎo)TOaCu0(Y-123)圓餅塊材Φ=3αιι/Η=2αιι，可被充磁獲得3Τ場(chǎng)強(qiáng)；高溫超導(dǎo)線圈磁體具 有為高溫超導(dǎo)塊材磁體充磁功能的同時(shí)，還可與高溫超導(dǎo)塊材磁體同時(shí)操作，用于產(chǎn)生附 加電磁推進(jìn)力，即能獲得高達(dá)8Τ的復(fù)合場(chǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于IT的傳統(tǒng)技術(shù)場(chǎng)強(qiáng)，因而實(shí)現(xiàn)了一 種更高效的彈射系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)彈射動(dòng)子機(jī)構(gòu)，其特征是利用高溫超導(dǎo)塊材磁 體及其低溫箱嵌入或敷著到被發(fā)射體；其中，高溫超導(dǎo)塊材可采用穩(wěn)恒外加場(chǎng)場(chǎng)冷充磁方 案充磁，成為高溫超導(dǎo)塊材磁體，而后與低溫箱作為整體嵌入或敷著到被彈射物上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)彈射動(dòng)子機(jī)構(gòu)，其特征是在發(fā)射體內(nèi)嵌入取代 高溫超導(dǎo)塊材磁體的高溫超導(dǎo)短路環(huán)，利用定子在高溫超導(dǎo)短路環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流形成推 力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)彈射動(dòng)子機(jī)構(gòu)，其特征是利用多塊高溫超導(dǎo)塊 材磁體共同組成一體的動(dòng)子磁體，而后與低溫箱作為整體嵌入被發(fā)射體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)彈射動(dòng)子機(jī)構(gòu)，其特征是利用高溫超導(dǎo)圓餅?zāi)?取代高溫超導(dǎo)塊材并與低溫箱構(gòu)成一體嵌入被發(fā)射體，利用定子在高溫超導(dǎo)圓餅?zāi)ぶ挟a(chǎn)生 的感應(yīng)電流形成推力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)彈射動(dòng)子機(jī)構(gòu)，其特征是利用置于低溫箱中的 高溫超導(dǎo)條塊導(dǎo)體的大電流，與定子的電磁場(chǎng)產(chǎn)生強(qiáng)作用力彈射被發(fā)射體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫超導(dǎo)彈射動(dòng)子機(jī)構(gòu)，其特征是在利用高溫超導(dǎo)塊材 進(jìn)行彈射推進(jìn)的同時(shí)利用高溫超導(dǎo)塊材實(shí)現(xiàn)被彈射動(dòng)子與軌道間的懸浮，而大大提高有效 彈射力。全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高高場(chǎng)大電流電磁彈射力的被射體的電磁作用裝置即高溫超導(dǎo)彈射動(dòng)子機(jī)構(gòu)，包括下面的材料和組件高溫超導(dǎo)塊材磁體、高溫超導(dǎo)線圈、低溫箱、制冷液、大電流電極；其特征在于所述高溫超導(dǎo)塊材通過高溫超導(dǎo)線圈磁體，可采用穩(wěn)恒外加場(chǎng)場(chǎng)冷或脈沖場(chǎng)零場(chǎng)冷充磁方案充磁；制備的動(dòng)子與電磁定子作用形成更大的電磁推力實(shí)現(xiàn)彈射。有效解決了用于上述方案的高溫超導(dǎo)塊材磁體充磁技術(shù)難點(diǎn)，顯著改善了充磁效果由于本設(shè)計(jì)將高溫超導(dǎo)塊材和高溫超導(dǎo)線圈構(gòu)成一個(gè)整體，一方面從結(jié)構(gòu)上提高了高溫超導(dǎo)塊材俘獲場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，另一方面從高溫超導(dǎo)材料電流密度上提高了磁化場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)，因此有效場(chǎng)強(qiáng)大大提高。
文檔編號(hào)H02N15/00GK102075064SQ20101059262
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者金建勛 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)