[发明专利]基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置及方法

说明书

本发明提供基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置及方法，装置包括驱动线圈，驱动线圈采用超导线材或带材绕制，多个驱动线圈组成发射通道；抛体线圈，抛体线圈采用超导块材或线材绕制；超导直流电源，超导直流电源用于为驱动线圈、抛体线圈提供初始电流。释能换向电路，释能换向电路利用中间电容器回收转存超导驱动线圈磁能。基于该装置，通过为超导驱动线圈与超导抛体线圈分别注入预设比值的电流，即可使得当超导抛体线圈运动到超导驱动线圈轴向中心处时，超导驱动线圈中的电流自动衰减至0，进而避免超导驱动线圈对超导抛体线圈产生反向拉力，保证抛体线圈持续加速发射。本发明解决了传统线圈发射电流难以快速同步精准换向的难题。

技术领域

本发明涉及电磁发射技术领域，具体而言，涉及基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置及方法。

背景技术

电磁发射是利用电流与磁场之间的安培力来加速抛体运动的一项技术。目前较为常用的线圈型电磁发射方式为磁阻型线圈发射，该发射方式的关键技术难点在于，当抛体电枢运动到驱动线圈中心时，要尽快释放掉驱动线圈中的电流，避免产生反向减速力；同时，要求控制系统与抛体电枢运动同步，选择设定合适的提前放电时刻和触发放电位置，以便最大化地利用电磁加速力。然而，在大推力、超高速、大电流、多级发射情况下，随着抛体速度越来越快，换向电路开关的通断压力越来越大，驱动线圈中的电流难以同步、快速、准确地完成放电。

发明内容

本发明的目的在于提供基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置及方法，以解决抛体运动到驱动线圈中心时，因电流不能及时释放时产生反向减速力。本发明提出采用超导线材绕制驱动线圈，使用超导块材制作抛体电枢，设计释能换向电路转存磁能，给出使驱动线圈电流自动过零的比例值计算方法。

本发明解决了传统线圈型发射模式的内阻损耗过大问题，克服了驱动线圈电流难以快速同步精准换向难题，同时，降低了释能电路换向开关的通断压力，有效地解决了抛体线圈发射过程中受到制动减速力的问题，有效地提高了线圈型电磁发射效率。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

第一方面，提供基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置，包括驱动线圈，所述驱动线圈采用超导线材或带材绕制，多个所述驱动线圈组成发射通道；抛体线圈，所述抛体线圈采用超导块材或线材绕制；超导直流电源，所述超导直流电源用于为驱动线圈、抛体线圈提供初始电流。

第二方面，基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射方法，应用于上述的基于超导恒磁通感应电流过零换向的电磁发射装置；发射方法如下：

发射前，使用超导直流电源为超导驱动线圈励磁充电至电流I_d1，然后，闭合超导开关，使超导驱动线圈以电流I_d1闭环运行；

发射初始时刻，利用超导直流电源为超导抛体线圈励磁充电，使超导抛体线圈产生电流I_p1，且电流I_d1与I_p1的方向一致；然后闭合超导开关，使超导抛体线圈闭环运行；

发射时，超导驱动线圈和超导抛体线圈中的电流同向，产生相互吸引的电磁力，拉动抛体线圈加速运动。当超导抛体线圈不断靠近驱动线圈时，由于电磁感应相互作用和超导恒磁通原理，超导驱动线圈中的电流I_d1将不断减小。

通过预设的初始电流设定，可以使得：当超导抛体线圈运动到超导驱动线圈中心点位置时，超导驱动线圈中的电流I_d1刚好自动衰减过零。此时，断开释能换向电路的第一回路，同时换向至第二回路转存磁能。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：