CN104634161B - 无线遥控的自行式多管电磁炮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线遥控的自行式多管电磁炮，包括遥控器、无线模块、单片机、工作装置、电源和底盘部分，工作装置固定设置在底盘部分上，单片机通过无线模块接收遥控器的控制信号，控制工作装置发射弹丸和底盘部分行走，无线模块和单片机设置在底盘部分内，电源为遥控器、无线模块、单片机、工作装置和底盘部分供电。本发明克服了传统的身管火炮存在的初速低、炮温高、射程小、危险性高、机械结构复杂等缺点，其结构及电路简单，可靠性高，并且弹丸的飞行速度可在较大范围内进行调整。

Description

无线遥控的自行式多管电磁炮

技术领域

本发明涉及一种电磁炮，特别是一种无线遥控的自行式多管电磁炮。

背景技术

传统身管火炮采用底部火药产生的火药气体点燃化学工质发射炮弹，存在初速低、炮温高、射程小等缺点。而电磁炮是利用电磁力将弹丸加速到高速度,使电源电能转换为物体动能的新概念武器。与传统火炮相比,电磁炮具有速度高、性能优良和可控性好等诸多优势。按照加速方式，电磁炮可细分为导轨炮、线圈炮和重接炮。在过去一段时间,导轨炮由于结构简单且易于达到超高速,一直被当作电磁发射领域的重点研究对象,但其能量利用率一般只有3％左右,且存在烧蚀、导轨刨削现象,同时结构部件要求高强度和刚度、且能承受高强电流,因而限制了其应用范围。而线圈炮可无接触发射,能发射较重的弹丸,电能转换成动能的效率较高,尽管结构和供电***比较复杂,但在工程应用方面发展迅速。

中国发明专利CN98122557.8公开了一种电磁炮，复合材料制作的炮管外绕有线圈，对应炮管，相对线圈最佳位置处安放有炮弹，当给线圈通以脉冲电流时，并当线圈的参数与脉冲电源的电压和能量相匹配时，铁磁炮弹将受到最大的甩力；它结构简单，无声无光，十分隐蔽。中国实用新型专利CN201220295813.4公开了一种低压电磁炮教学演示仪，其带有小型变压器，采用2倍压整流电路、一组储能电容、小灯泡发光显示充电过程，大功率可控硅制成的电子开关瞬时放电，电磁炮线圈连接在电子开关输出端与储能电容组负极之间，铁磁质炮弹放在电磁炮线圈的炮管里一端，演示“电流的磁效应”的应用实验，结构紧凑、简洁，成本低廉、易于操作，实验现象直观，可见度大，使用寿命长，安全性高，能较好地对学生进行国防教育。中国发明专利CN201110259286.1公开了一种能够发射含有铁磁性物体磁阻式多级加速电磁炮，以电容组通过多级螺线管瞬间放电形成瞬间强磁场作为发射动力，由光电对管连接控制单元经过电力电子开关来控制各级螺线管，对放置于磁场中的铁磁性物体依次进行加速，最后通过同样连接至控制单元的测速光电对管测得速度并通过液晶显示器显示所要求的发射参数。中国实用新型专利CN201220107959.1公开了一种线圈加速式电磁轨道炮，它包括电磁炮管和轨道炮，电磁炮管初始端设有电磁线圈，炮管输出端与轨道炮导轨连接；电磁炮管初始端与输出端之间的管路上还设有至少一处电磁线圈，炮管初始端的电磁线圈与发射电源连接，在电磁炮管初始端设有的可控硅的触发端通过按钮控制，炮管管路上设有的至少一处电磁线圈旁设有接近开关，接近开关与对应处电磁线圈所设有的可控硅触发端电连接。结合了轨道炮和线圈炮的优点，采用轨道炮和线圈炮接力方式组合成整套装置，提高控制精度，使射程有效增加。

但是，上述电磁炮但都不具备无线操控、机动作业与多管发射控制等功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线遥控的自行式多管电磁炮。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种无线遥控的自行式多管电磁炮，包括遥控器、无线模块、单片机、工作装置、电源和底盘部分，所述工作装置固定设置在底盘部分上，所述单片机通过无线模块接收遥控器的控制信号，控制工作装置发射弹丸和底盘部分行走，所述无线模块和单片机设置在底盘部分内，所述电源为遥控器、无线模块、单片机、工作装置和底盘部分供电；

工作装置包括发射部分、充电控制部分、触发控制部分和储能部分，所述发射部分由一个以上的发射装置组成，每M个发射装置和一个储能部分相并连，1≤M≤5；所述单片机与充电控制部分相连，充电控制部分与储能部分相连，用于控制电源给储能部分充电；单片机还与触发控制部分相连，触发控制部分分别与储能部分和发射装置相连，用于控制储能部分给发射装置提供瞬时高电流，触发发射装置发射弹丸。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)能够进行机动作业：本发明装有履带式底盘，可通过继电器驱动电路及4个常开常闭继电器实现对2个直流电机正反转的控制，继而达到对底盘行走及转向的控制。

(2)能够实现无线遥控：本发明设计有无线遥控器，通过该遥控器可以实现本发明工作装置储能电容的充电控制、弹丸发射的触发控制，以及底盘行走与转向的控制。

(3)具有多管发射与瞄准功能：本发明具有多个相同的发射装置，采用阵列式分布，并用防水盒进行封装，可以通过遥控器控制弹丸发射的单发、连发与齐发三种模式，此外，装置上加装有十字激光头，用于精确瞄准。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明无线遥控的自行式多管电磁炮整体结构框图。

图2是本发明无线遥控的自行式多管电磁炮整体结构图。

图3是本发明无线遥控的自行式多管电磁炮发射装置结构图。

图4是本发明无线遥控的自行式多管电磁炮工作装置电路原理图。

图5是本发明无线遥控的自行式多管电磁炮底盘行走控制电路原理图。

具体实施方式

结合图1、图2，本发明的一种无线遥控的自行式多管电磁炮，包括遥控器、无线模块、单片机、工作装置、电源和底盘部分，所述工作装置设置在底盘部分上，且与底盘部分固定连接，所述单片机通过无线模块接收遥控器的控制信号，控制工作装置弹丸的发射和底盘部分的行走，所述无线模块和单片机设置在底盘部分内，所述电源为遥控器、无线模块、单片机、工作装置和底盘部分供电；

结合图3、图4，工作装置包括发射部分11、充电控制部分17、触发控制部分18与储能部分19，所述发射部分11由一个以上的发射装置组成，每个发射装置均与一个触发控制部分18相连，每M个发射装置与一个储能部分19相连，1≤M≤5；所述单片机与充电控制部分17相连，充电控制部分17与储能部分19相连，用于控制电源给储能部分19充电；单片机还与触发控制部分18相连，触发控制部分18分别与储能部分19和发射装置相连，用于控制储能部分19给发射装置提供瞬时高电流，触发发射装置发射弹丸。

所述发射部分11由(2N-1)×(2N-1)个发射装置组成，其中N为自然数，位于发射部分11中心的发射装置设置有十字激光头10，用于瞄准；所述发射装置包括发射管12、热塑管13、弹丸14、加速电磁线圈15和两片无磁性垫圈16，其中发射管12由无磁性材料制成，所述加速电磁线圈15设置在发射管靠近底座的一端，两片无磁性垫圈16设置在加速电磁线圈15前后两端，所述热塑管13由三段组成，其中两段分别设置在两片无磁性垫圈16的外侧并包裹发射管12，用于固定无磁性垫圈16，另外一段包裹加速电磁线圈15，用于紧固与绝缘；所述弹丸14由导电材料制成。

所述充电控制部分17包括第一光耦和第一达林顿管，所述储能部分19包括充电继电器、储能电容和整流桥，所述触发控制部分18包括第二光耦、三极管、二极管、可控硅和续流二极管；单片机与第一光耦、第一达林顿管、充电继电器顺序连接，控制充电继电器通断，所述充电继电器与储能电容和整流桥的两个输出端顺序串联，电源通过ZVS模块增压至300V与整流桥的两个输入端相连；所述第二光耦的输入端经过第二限流电阻R3与单片机连接，输出端经过第三限流电阻R4与三极管的基极连接，三极管的发射极第一经限流电阻R2接12V直流电源，三极管的集电极与二极管的阳极相连，二极管的阴极与可控硅的控制极相连，可控硅的阳极与续流二极管的阴极相连，续流二极管的阳极与加速电磁线圈15的一端相连，加速电磁线圈15的另一端与可控硅的阴极相连；所述储能电容与续流二极管并联。

所述底盘部分是采用直流电机驱动的履带式底盘，其转向方式为差速式转向；底盘部分包括车体7、两个直流电机和底盘行走控制电路，所述两个直流电机和底盘行走控制电路设置在车体内部，底盘行走控制电路控制两个直流电机转动，实现车体行进和转向。

结合图5，所述底盘行走控制电路包括第三光耦～第六光耦、第二达林顿管和四个继电器，四个光耦的输入端均与单片机相连，四个光耦的输出端通过第二达林顿管与四个继电器相连，四个继电器分别用于控制两个直流电机正反转。

所述触发控制部分18和发射装置的加速电磁线圈15封装在防水盒9中；所述充电控制部分17和储能部分19封装在底盘部分的车体7中。

所述工作装置通过L型固定板8与底盘部分固定连接。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

结合图1，一种无线遥控的自行式多管电磁炮，包括遥控器、无线模块、单片机、工作装置、电源和底盘部分；遥控器通过无线数据传输控制工作装置的弹丸的发射与底盘部分的行走；所述的无线模块接收遥控器无线传输的控制信号并发送给单片机；电源给遥控器、无线模块、单片机、工作装置和底盘部分供电，其中工作装置需要高压电，需要将电源通过ZVS模块将增压至300V给工作装置供电；所述的底盘部分是采用两个直流电机驱动的履带式底盘，其转向方式为差速式转向。

结合图2，工作装置主要由发射部分11、充电控制部分17、触发控制部分18与储能部分19组成。其中发射部分11由9个发射装置组成，其采用3×3阵列式分布，并用防水盒9进行封装。触发控制部分18和发射装置的加速电磁线圈15封装在防水盒9中。充电控制部分17和储能部分19封装在底盘部分的车体7中。位于中心的发射装置处装有十字激光头10，用于瞄准。

结合图3，发射装置主要由发射管12、热塑管13、弹丸14、加速电磁线圈15及无磁性垫圈16组成。其中发射管12由无磁性材料制成，并在其外面用热塑管13包裹，在发射管靠近底座的一段绕制有多层多匝的加速电磁线圈15，并用热塑管13包裹，用于紧固与绝缘，同时用两个无磁性垫圈16对加速电磁线圈15进行限位，以提高绕制加速电磁线圈15的精密度与平整度。无磁性垫圈16的限位通过多层热塑管13热缩固定实现。弹丸14由导电材料制作。加速电磁线圈15通过触发控制部分18与储能部分19相连，使得触发控制部分18能够控制储能部分19给加速电磁线圈15提供一强大脉冲电流，产生强大的瞬间磁场，根据楞次定律及磁阻原理，弹丸14受力加速而发射出去。此外增加一个续流二极管，以防止加速电磁线圈15的产生的反向电动势反向击穿可控硅及触发控制电路。而且，弹丸14的飞行速度可在较大范围内进行调整。

结合图4，充电控制部分17包括第一光耦U3、第一达林顿管U2与充电继电器，单片机发出的控制信号经第一光耦U3隔离后，再经过第一达林顿管U2，传送到充电继电器控制其通断，从而实现充电控制；触发控制部分18包括第二光耦U4、三极管Q1、二极管D1、可控硅SCR、续流二极管和第一限流电阻R2～第三限流电阻R4，第二光耦的输入端经过第二限流电阻R3与单片机连接，输出端经过第三限流电阻R4与三极管的基极连接，三极管的发射极第一经限流电阻R2接12V直流电源，三极管的集电极与二极管的阳极相连，二极管的阴极与可控硅的控制极相连，可控硅的阳极与续流二极管的阴极相连，续流二极管的阳极与加速电磁线圈15的一端相连，加速电磁线圈15的另一端与可控硅的阴极相连；单片机发出的控制信号经第二光耦隔离后，再经过三极管，传送到可控硅控制其通断，从而实现发射触发控制；储能部分19包括充电继电器、储能电容和整流桥，电源经过ZVS模块增压至300V后再经过整流桥整流，给2个大容量电容充电。其中，第一限流电阻R2大小为100欧，第二限流电阻R3大小为510欧，第三限流电阻R4大小为4.7K欧，第一光耦和第二光耦型号均为TPL521-2，第一达林顿管型号为ULN2003，单片机型号为STC12C5A60S2，三极管型号为S8050，续流二极管型号为IN5408。

结合图5，底盘行走控制电路包括第三光耦～第六光耦、第二达林顿管U6、四个继电器和第四限流电阻R5～第八限流电阻R9，四个第三光耦的输入端均与单片机相连，四个第三光耦的输出端通过第二达林顿管与四个继电器相连，四个继电器分别经过第四限流电阻R5、第六限流电阻R7、第七限流电阻R8和第八限流电阻R9接地，单片机控制四个常开常闭继电器的通断从而实现对两个直流电机正反转的控制，继而达到对底盘部分行走及转向的控制；四个光耦还与稳压电路相连，具体为四个光耦均与双刀单掷开关的一个动触点相连，双刀单掷开关的另一个动触点通过第五限流电阻R6与发光二极管的阳极相连，发光二极管的阴极与三端稳压器7805的接地端相连，三端稳压器7805的输出端与双刀单掷开关的静触点相连，三端稳压器7805的输入端与电源正极相连，三端稳压器7805的接地端与电源负极相连。其中，四个限流电阻大小为1K欧，第二达林顿管U6型号为ULN2003。

本发明无线遥控的自行式多管电磁炮的工作原理如下：

当本发明的储能电容需要充电时，按下遥控器的充电按钮，遥控器不断扫描键盘，确定接收到充电指令，然后编组充电指令，并通过无线模块发送给车体内的无线模块，无线模块将接收到的控制信号传送给单片机，单片机解析得到充电指令后，向充电控制部分17发出控制信号，经过第一光耦隔离后，传送到第一达林顿管，控制充电继电器的通断，从而实现对储能电容充电的控制。

当本发明发射电磁炮时，按下遥控器的发射按钮，此时可以选择单发、连发或齐发三种模式，然后遥控器不断扫描键盘，确定接收到发射指令，然后编组发射指令，并通过无线模块发送给车体内的无线模块，无线模块将接收到的控制信号传送给单片机，单片机解析得到发射指令后，向触发控制部分18发出控制信号，经过第二光耦隔离后，传送到三级管，再经二级管传送到可控硅，控制可控硅的通断，当可控硅被触发时，储能电容迅速放电，为加速电磁线圈15提供一强大脉冲电流，产生强大的瞬间磁场，根据楞次定律及磁阻原理，弹丸14受力加速而发射出去。

当本发明的底盘行走时，操控遥控器的行走控制摇杆，遥控器确定接收到摇杆的行走控制指令，然后编组行走控制指令，并通过无线模块发送给车体内的无线模块，无线模块将接收到的控制信号传送给单片机，单片机解析得到行走控制指令后，向底盘行走控制电路发出控制信号，经过四个第三光耦隔离后，传送到第二达林顿管，控制四个行走控制继电器的通断，从而实现对两个直流电机正反转的控制，继而达到对底盘部分行走及转向的控制。

本发明克服了传统的身管火炮存在的初速低、炮温高、射程小，危险性高，机械结构复杂等缺点。其结构及电路简单，可靠性高，而且，弹丸的飞行速度可在较大范围内进行调整。

Claims (6)

1.一种无线遥控的自行式多管电磁炮，其特征在于：包括遥控器、无线模块、单片机、工作装置、电源和底盘部分，所述工作装置固定设置在底盘部分上，所述单片机通过无线模块接收遥控器的控制信号，控制工作装置发射弹丸和底盘部分行走，所述无线模块和单片机设置在底盘部分内，所述电源为遥控器、无线模块、单片机、工作装置和底盘部分供电；

工作装置包括发射部分(11)、充电控制部分(17)、触发控制部分(18)和储能部分(19)，所述发射部分(11)由一个以上的发射装置组成，每M个发射装置和一个储能部分(19)相连，1≤M≤5；所述单片机与充电控制部分(17)相连，充电控制部分(17)与储能部分(19)相连，用于控制电源给储能部分(19)充电；单片机还与触发控制部分(18)相连，触发控制部分(18)分别与储能部分(19)和发射装置相连，用于控制储能部分(19)给发射装置提供瞬时高电流，触发发射装置发射弹丸；

所述充电控制部分(17)包括第一光耦和第一达林顿管，所述储能部分(19)包括充电继电器、储能电容和整流桥，所述触发控制部分(18)包括第二光耦、三极管、二极管、可控硅和续流二极管；单片机与第一光耦、第一达林顿管、充电继电器顺序连接，控制充电继电器通断，所述充电继电器与储能电容和整流桥的两个输出端顺序串联，电源通过ZVS模块增压至300V与整流桥的两个输入端相连；所述第二光耦的输入端与单片机连接，输出端与三极管的基极连接，三极管的发射极接12V直流电源，三极管的集电极与二极管的阳极相连，二极管的阴极与可控硅的控制极相连，可控硅的阳极与续流二极管的阴极相连，续流二极管的阳极与加速电磁线圈(15)的一端相连，加速电磁线圈(15)的另一端与可控硅的阴极相连；所述储能电容与续流二极管并联。

2.根据权利要求1所述的无线遥控的自行式多管电磁炮，其特征在于：所述发射部分(11)由(2N-1)×(2N-1)个发射装置组成，其中N为自然数，位于发射部分(11)中心的发射装置设置有十字激光头(10)，用于瞄准；所述发射装置包括发射管(12)、热塑管(13)、弹丸(14)、加速电磁线圈(15)和两片无磁性垫圈(16)，其中发射管(12)由无磁性材料制成，所述加速电磁线圈(15)设置在发射管靠近底座的一端，两片无磁性垫圈(16)设置在加速电磁线圈(15)前后两端，所述热塑管(13)由三段组成，其中两段分别设置在两片无磁性垫圈(16)的外侧并包裹发射管(12)，用于固定无磁性垫圈(16)，另外一段包裹加速电磁线圈(15)，用于紧固与绝缘；所述弹丸(14)由导电材料制成。

3.根据权利要求1所述的无线遥控的自行式多管电磁炮，其特征在于：所述底盘部分是采用直流电机驱动的履带式底盘，其转向方式为差速式转向；底盘部分包括车体(7)、两个直流电机和底盘行走控制电路，所述两个直流电机和底盘行走控制电路设置在车体内部，底盘行走控制电路控制两个直流电机转动，实现车体行进和转向。

4.根据权利要求3所述的无线遥控的自行式多管电磁炮，其特征在于：所述底盘行走控制电路包括第三光耦～第六光耦、第二达林顿管和四个继电器，四个光耦的输入端均与单片机相连，四个光耦的输出端通过第二达林顿管与四个继电器相连，四个继电器分别用于控制两个直流电机正反转。

5.根据权利要求2所述的无线遥控的自行式多管电磁炮，其特征在于：所述触发控制部分(18)和发射装置的加速电磁线圈(15)封装在防水盒(9)中；所述充电控制部分(17)和储能部分(19)封装在底盘部分的车体(7)中。

6.根据权利要求1所述的无线遥控的自行式多管电磁炮，其特征在于：所述工作装置通过L型固定板(8)与底盘部分固定连接。