航母電磁飛機彈射系統(tǒng)設(shè)計

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1、-即將登場的航母電磁飛機彈射系統(tǒng)院系：班級：學(xué)號：學(xué)生姓名：.---火炮、火箭等發(fā)射裝置大多屬于化學(xué)發(fā)射器,它們在軍事領(lǐng)域占有重要的地位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)生了電磁發(fā)射技術(shù)EML(ElectromagneticLaunch)。電磁推進技術(shù)的原理早在19世紀(jì)初就已有人提出,后經(jīng)過幾十年的探索與研究,人們相繼研制出了各種電磁感應(yīng)原理的直線發(fā)射裝置或模型,但由于受相關(guān)研究領(lǐng)域技術(shù)的影響,上述模型的性能距工程實用尚存在著較大的差距。70年代以后,超大功率脈沖技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展使電磁發(fā)射技術(shù)有了重大突破。1978

2、年澳大利亞的馬歇爾等人用550MJ單極發(fā)電機作為電源和采用等離子體電樞在5m長的導(dǎo)軌炮上把3g重的聚碳酸脂彈丸加速到了5.9km/s的初速度。這個具有劃時代意義的研究成果證明了用電磁力可以把較重的彈丸推進到高速的可能性,使世界各地的科學(xué)家受到極大的鼓舞和啟發(fā),由此也將電磁發(fā)射技術(shù)的研究推向了一個新階段。直線電磁發(fā)射器(又叫電炮)按照其工作原理或工作方式可分為導(dǎo)軌型、線圈型和重接型。在線圈型原理的基礎(chǔ)上,又發(fā)展出了電磁彈射技術(shù)。一彈射器的原理和發(fā)展前景1線圈型電磁發(fā)射器的原理和特點線圈型電磁發(fā)射器早期又稱“同軸加速

3、器”,一般是指用序列脈沖或交流電流產(chǎn)生運動磁場從而驅(qū)動帶有線圈的彈丸或磁性材料彈丸的發(fā)射裝置。由于工作的機理是利用驅(qū)動線圈和被加速物體之間的耦合磁場,因此線圈型電磁發(fā)射器的本質(zhì)可以理解成直線電動機。一個簡單結(jié)構(gòu)的線圈型電磁發(fā)射器的模型如圖.---1a所示。一單匝的驅(qū)動線圈和一發(fā)射線圈同軸排列。發(fā)射線圈上以永磁或電勵磁方式建立一恒定磁場,兩個線圈之間的互感M如圖1b所示。當(dāng)驅(qū)動線圈中通以圖1c規(guī)律的電流時,發(fā)射線圈上始終要受到一個軸向力F,從而使其加速,沿著X軸的正方向前進。一般地,為了減少加速力F的波動和延長其加

4、速行程,上述的驅(qū)動線圈和發(fā)射線圈都做成多匝結(jié)構(gòu),一個多匝線圈型電磁發(fā)射器的原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。根據(jù)發(fā)射線圈上磁場的形成機理和驅(qū)動線圈的結(jié)構(gòu)與控制方式,線圈型電磁發(fā)射器可分為多種類型,相應(yīng)的特點如下表所示..---美國海軍航母目前使用的飛機蒸汽彈射器不僅體積笨重、噪音大，而且能量效率低下，因此美國海軍曾多次研究新原理的彈射器去取代它，但均由于某些技術(shù)原因而陸續(xù)放棄。20世紀(jì)90年代，美國海軍開始設(shè)計下一代航母（顯示CVN－21，后來定為CVN－78）是提出了一個非常先進的概念——全電軍艦。它要求航母的動力傳輸

5、都將以電力為基礎(chǔ)，而不再采用蒸汽、液壓等傳統(tǒng)的機械手段，其中最重要的技術(shù)飛躍之一就是蒸汽彈射器將被電磁彈射器所取代。2電磁彈射器的研究現(xiàn)狀彈射的要領(lǐng)在射擊武器中是指被發(fā)射的物體不啟用自身的動力裝置而靠發(fā)射器賦予的起動力而實施起飛的一種發(fā)射方式。彈射是發(fā)射技術(shù)的一種特例,具體特點有:(1)彈射的對象與發(fā)射相比一般都是大載荷物體。作為電磁炮的電磁發(fā)射器中發(fā)射的彈丸一般都是幾克到幾百克,最大也不過上千克;而彈射器的彈射對象則是小到幾千克的航空模型大到幾十噸的戰(zhàn)機。(2)彈射器的速度與發(fā)射器相比不是很高。一般情況下,發(fā)射

6、器的彈丸可以達到每秒幾千米到幾十千米,理論上可以達到上百千米;而彈射器則不要求很高的速度,每秒幾十米到幾百米就可以滿足要求。(3)彈射器的發(fā)射頻率遠低于發(fā)射器。在電磁發(fā)射器中,防空電磁炮要求每分鐘發(fā)射500發(fā),反導(dǎo)電磁炮要求每秒發(fā)射60發(fā);而電磁彈射器則可以幾分鐘,甚至于幾十分鐘做一次彈射。(4)從結(jié)構(gòu)上說,電磁炮的發(fā)射體一般都在發(fā)射管內(nèi)部,而電磁彈射器在載荷由于相對較大,一般都是“騎”在驅(qū)動器之上的。由此可見,電磁彈射的主要應(yīng)用范圍是大載荷的短程加速,在軍事上比較典型的是航空母艦上的艦載飛機起飛彈射。現(xiàn)在電磁發(fā)

7、射技術(shù)在全世界范圍內(nèi)都處于實驗研究階段,電磁彈射雖起步稍晚,但由于其潛在的應(yīng)用前景,該項技術(shù)的研究還是備受重視,1988年美國海軍與卡曼航空航天公司曾計劃聯(lián)合研制航母艦載電磁彈射器模型,指標(biāo)是在3s的加速時間內(nèi),把重達36T的全載F-14戰(zhàn)機加速到150節(jié)。據(jù)估計,這種電磁彈射器的重量只有現(xiàn)役的蒸汽彈射器的十分之一,而且省去許多管道,這對于艦船的安全運行和減重提速都具有重要意義。英國國防部正著手準(zhǔn)備一個開發(fā)與試驗計劃,研究在未來兩艘航母上加裝一種新型電磁彈射系統(tǒng)的可能性。與此同時,其他國家也對電磁彈射技術(shù)產(chǎn)生了濃

8、厚的興趣。4電磁彈射技術(shù)的發(fā)展趨勢展望應(yīng)該說,無論是在軍事領(lǐng)域的航母艦載飛機彈射,還是在民用領(lǐng)域的電磁列車等方面,以加速大載荷為特征的電磁彈射技術(shù)擁有廣闊的應(yīng)用空間。在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中一些行程較短、以直線運動為主的驅(qū)動或傳動環(huán)節(jié)上也可能會大有作為。以下幾方面是該項技術(shù)發(fā)展的幾個關(guān)鍵問題。3電磁彈射技術(shù)的發(fā)展趨勢展望(1)導(dǎo)電材料在普通電機中用的導(dǎo)電材料以銅居多,但在電磁彈射