CN111397446A - 一种用于形成金属射流的电磁加载*** - Google Patents

一种用于形成金属射流的电磁加载*** Download PDF

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黄正祥
马彬
祖旭东
肖强强
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Abstract

本发明公开一种用于形成金属射流的电磁加载***，采用能够产生电流的装置作为输入能源，电流产生装置产生强电流，强电流通过电流输入盘流入金属圆锥杆，经由连接盘和回流杆后，由电流输出盘流出，在电流流经圆渐扩形金属罩时，圆渐扩形金属罩受到朝轴向汇聚的电磁力的作用而压垮，形成高速高压的金属射流，有很强的侵彻能力。本发明的用于形成金属射流的电磁加载***采用回流结构，能够有效减小负载的电阻和电感，减少加载过程中的能量耗散，提高能量利用率。

Description

一种用于形成金属射流的电磁加载***
技术领域
本发明涉及电磁加载装置技术领域，特别是涉及一种用于形成金属射流的电磁加载***。
背景技术
聚能射流因其强大的侵彻能力，在工业和军事上应用广泛，如石油射孔弹和破甲弹。二次世界大战后，随着新型防护装甲的不断涌现，对传统的聚能装药提出了极大的挑战，如何提高破甲战斗部的侵彻穿透能力，成为国内外学者研究的热点之一。随着工事防护和装甲技术的发展，反装甲和坚固目标等武器***以及聚能装药技术也在不断地发展。
射流的速度是保证其侵彻威力的一个重要参数，为了提高射流速度，国内外学者在高能***，药型罩结构上进行了大量研究，但是受限于***的威力与其传统获取方式，射流的速度难以大幅度提高，能量利用率较低。
因此，如何改变现有技术中，聚能射流能量利用率较低的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于形成金属射流的电磁加载***，以解决上述现有技术存在的问题，提高聚能射流能量利用率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于形成金属射流的电磁加载***，包括金属圆锥杆、连接盘、回流杆、绝缘体罩、绝缘体盘、电流输入盘和电流输出盘，所述金属圆锥杆包括顺次相连的第一圆柱部、第二圆柱部、圆锥部和圆渐扩形金属罩，所述圆渐扩形金属罩为空心的圆台结构，所述圆渐扩形金属罩的直径较小一端与所述圆锥部相连，所述圆锥部的顶点位于所述圆渐扩形金属罩内且朝向所述圆渐扩形金属罩的直径较大一端，所述绝缘体罩套设于所述第二圆柱部、所述圆锥部、所述圆渐扩形金属罩的外部，所述回流杆套设置于所述绝缘体罩的外部，所述回流杆与所述电流输出盘相连，所述连接盘与所述回流杆远离所述电流输出盘的一端相连，所述连接盘与所述圆渐扩形金属罩、所述绝缘体罩抵接，所述电流输入盘与所述第一圆柱部相连，所述绝缘体盘设置于所述电流输入盘与所述电流输出盘之间，所述电流输入盘能够与电流产生装置相连，所述金属圆锥杆由金属材质制成，所述连接盘、所述回流杆、所述电流输入盘、所述电流输出盘均由导电材质制成，所述绝缘体罩、所述绝缘体盘均由绝缘材质制成。
优选地，所述第一圆柱部、所述第二圆柱部、所述圆锥部、所述圆渐扩形金属罩同轴设置，第一圆柱部的直径较所述第二圆柱部的直径小，所述第二圆柱部的直径、所述圆锥部的底面直径、所述圆渐扩形金属罩的外径较小一端的直径相一致，所述圆渐扩形金属罩的直径较小一端与所述第二圆柱部、所述圆锥部相连，所述圆锥部的顶点一端伸入所述圆渐扩形金属罩内。
优选地，所述绝缘体罩包括相连通的第一圆柱套筒部和第一圆锥套筒部，所述第一圆锥套筒部的较小直径一端与所述第一圆柱套筒部相连，所述第一圆锥套筒部的最小内径与所述第一圆柱套筒部的内径相一致，所述第一圆柱套筒部的外径较所述第一圆锥套筒部的最小外径小，所述第一圆柱套筒部套装于所述第二圆柱部的外部，所述第一圆锥套筒部套装于所述圆渐扩形金属罩的外部。
优选地，所述绝缘体盘的轴向截面为凸字形，所述绝缘体盘包括相连通的第二圆柱套筒部和圆盘部，所述绝缘体盘套装于所述第一圆柱套筒部的外部，所述圆盘部位于所述电流输入盘与所述电流输出盘之间。
优选地，所述回流杆包括相连通的第三圆柱套筒部、第四圆柱套筒部和第二圆锥套筒部，所述第三圆柱套筒部、所述第四圆柱套筒部套装于所述第二圆柱套筒部的外部，所述第二圆锥套筒部套装于所述第一圆锥套筒部的外部；所述第二圆柱套筒部设置外螺纹，所述第三圆柱套筒部、所述第四圆柱套筒部均设置内螺纹，所述回流杆与所述绝缘体罩螺纹连接。
优选地，所述电流输出盘套装于所述第三圆柱套筒部的外部，所述电流输出盘与所述第三圆柱套筒部螺纹连接。
优选地，所述电流输入盘套装于所述第一圆柱部的外部且所述电流输入盘与所述第二圆柱部相抵接，所述第一圆柱部远离所述第二圆柱部的一端伸出所述电流输入盘；所述第一圆柱部伸出所述电流输入盘的一端设置连接螺纹。
优选地，所述连接盘与所述第二圆锥套筒部的直径较大一端可拆卸连接。
优选地，所述连接盘靠近所述金属圆锥杆的一端设置环形定位槽，所述圆渐扩形金属罩靠近所述连接盘的一端设置有与所述环形定位槽相适配的环形定位块，所述圆渐扩形金属罩与所述连接盘插接相连。
优选地，所述电流输入盘、所述电流输出盘的轴向截面均为凸字形，所述电流输入盘、所述电流输出盘均设置连接孔。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的用于形成金属射流的电磁加载***，包括金属圆锥杆、连接盘、回流杆、绝缘体罩、绝缘体盘、电流输入盘和电流输出盘，金属圆锥杆包括顺次相连的第一圆柱部、第二圆柱部、圆锥部和圆渐扩形金属罩，圆渐扩形金属罩为空心的圆台结构，圆渐扩形金属罩的直径较小一端与圆锥部相连，圆锥部的顶点位于圆渐扩形金属罩内且朝向圆渐扩形金属罩的直径较大一端，绝缘体罩套设于第二圆柱部、圆锥部、圆渐扩形金属罩的外部，回流杆套设置于绝缘体罩的外部，回流杆与电流输出盘相连，连接盘与回流杆远离电流输出盘的一端相连，连接盘与圆渐扩形金属罩、绝缘体罩抵接，电流输入盘与第一圆柱部相连，绝缘体盘设置于电流输入盘与电流输出盘之间，电流输入盘能够与电流产生装置相连，金属圆锥杆由金属材质制成，连接盘、回流杆、电流输入盘、电流输出盘均由导电材质制成，绝缘体罩、绝缘体盘均由绝缘材质制成。本发明的用于形成金属射流的电磁加载***工作时，能够产生电流的装置作为输入能源，电流产生装置产生强电流，强电流通过电流输入盘流入金属圆锥杆，经由连接盘和回流杆后，由电流输出盘流出，在电流流经圆渐扩形金属罩时，圆渐扩形金属罩受到朝轴向汇聚的电磁力的作用而压垮，形成高速高压的金属射流，有很强的侵彻能力。本发明的用于形成金属射流的电磁加载***采用回流结构，能够有效减小负载的电阻和电感，减少加载过程中的能量耗散，提高能量利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的剖切结构示意图；
图2为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的金属圆锥杆的剖切结构示意图；
图3为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的回流杆的剖切结构示意图；
图4为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的绝缘体罩的剖切结构示意图；
图5为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的绝缘体盘的主视方向结构示意图；
图6为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的绝缘体盘的侧视方向结构示意图；
图7为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的电流输入盘的主视方向结构示意图；
图8为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的电流输入盘的侧视方向结构示意图；
图9为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的电流输出盘的主视方向结构示意图；
图10为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的电流输出盘的侧视方向结构示意图；
其中，1为金属圆锥杆，101为第一圆柱部，102为第二圆柱部，103为圆锥部，104为圆渐扩形金属罩，2为连接盘，3为回流杆，301为第三圆柱套筒部，302为第四圆柱套筒部，303为第二圆锥套筒部，4为绝缘体罩，401为第一圆柱套筒部，402为第一圆锥套筒部，5为绝缘体盘，501为第二圆柱套筒部，502为圆盘部，6为电流输入盘，7为电流输出盘。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于形成金属射流的电磁加载***，以解决上述现有技术存在的问题，提高聚能射流能量利用率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-10，其中，图1为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的剖切结构示意图，图2为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的金属圆锥杆的剖切结构示意图，图3为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的回流杆的剖切结构示意图，图4为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的绝缘体罩的剖切结构示意图，图5为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的绝缘体盘的主视方向结构示意图，图6为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的绝缘体盘的侧视方向结构示意图，图7为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的电流输入盘的主视方向结构示意图，图8为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的电流输入盘的侧视方向结构示意图，图9为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的电流输出盘的主视方向结构示意图，图10为本发明的用于形成金属射流的电磁加载***的电流输出盘的侧视方向结构示意图。
本发明提供一种用于形成金属射流的电磁加载***，包括金属圆锥杆1、连接盘2、回流杆3、绝缘体罩4、绝缘体盘5、电流输入盘6和电流输出盘7，金属圆锥杆1包括顺次相连的第一圆柱部101、第二圆柱部102、圆锥部103和圆渐扩形金属罩104，圆渐扩形金属罩104为空心的圆台结构，圆渐扩形金属罩104的直径较小一端与圆锥部103相连，圆锥部103的顶点位于圆渐扩形金属罩104内且朝向圆渐扩形金属罩104的直径较大一端，绝缘体罩4套设于第二圆柱部102、圆锥部103、圆渐扩形金属罩104的外部，回流杆3套设置于绝缘体罩4的外部，回流杆3与电流输出盘7相连，连接盘2与回流杆3远离电流输出盘7的一端相连，连接盘2与圆渐扩形金属罩104、绝缘体罩4抵接，电流输入盘6与第一圆柱部101相连，绝缘体盘5设置于电流输入盘6与电流输出盘7之间，电流输入盘6能够与电流产生装置相连，金属圆锥杆1由金属材质制成，连接盘2、回流杆3、电流输入盘6、电流输出盘7均由导电材质制成，在本具体实施方式中，可以采用紫铜、铝、金或银这类导电性和耐热性较好的材质制成；绝缘体罩4、绝缘体盘5均由绝缘材质制成。
本发明的用于形成金属射流的电磁加载***工作时，能够产生电流的装置作为输入能源，电流产生装置产生强电流，强电流通过电流输入盘6流入金属圆锥杆1，经由连接盘2和回流杆3后，由电流输出盘7流出，在电流流经圆渐扩形金属罩104时，圆渐扩形金属罩104受到朝轴向汇聚的电磁力的作用而压垮，形成高速高压的金属射流，有很强的侵彻能力。本发明的用于形成金属射流的电磁加载***采用回流结构，能够有效减小负载的电阻和电感，减少加载过程中的能量耗散，提高能量利用率。相较于现有技术中射流采用***驱动，******在压垮同时爆轰能量还会向外部传播，可能会造成破坏，且***本身存在安全性问题，而本***的电流安全可控，能量不会外泄，使用安全。除此之外，在实际操作中，还可以通过改变加载电流和圆渐扩形金属罩104的厚度、母线长度、锥角等参数，达到形成不同形态、速度的射流的目的，射流可控性较高。
其中，第一圆柱部101、第二圆柱部102、圆锥部103、圆渐扩形金属罩104同轴设置，第一圆柱部101的直径较第二圆柱部102的直径小，第二圆柱部102的直径、圆锥部103的底面直径、圆渐扩形金属罩104的外径较小一端的直径相一致，圆渐扩形金属罩104的直径较小一端与第二圆柱部102、圆锥部103相连，圆锥部103的顶点一端伸入圆渐扩形金属罩104内。金属圆锥杆1设置第一圆柱部101、第二圆柱部102便于与其他部件相连，同时第一圆柱部101和第二圆柱部102的直径不同，便于安装定位，降低装配难度。
具体地，绝缘体罩4包括相连通的第一圆柱套筒部401和第一圆锥套筒部402，第一圆锥套筒部402的较小直径一端与第一圆柱套筒部401相连，第一圆锥套筒部402的最小内径与第一圆柱套筒部401的内径相一致，第一圆柱套筒部401的外径较第一圆锥套筒部402的最小外径小，第一圆柱套筒部401套装于第二圆柱部102的外部，第一圆锥套筒部402套装于圆渐扩形金属罩104的外部。绝缘体罩4由绝缘材质制成，套装于第二圆柱部102和圆渐扩形金属罩104的外部，避免金属圆锥杆1直接与回流杆3导通，确保***正常工作。
另外，绝缘体盘5的轴向截面为凸字形，绝缘体盘5包括相连通的第二圆柱套筒部501和圆盘部502，绝缘体盘5套装于第一圆柱套筒部401的外部，圆盘部502位于电流输入盘6与电流输出盘7之间。同样地，绝缘体盘5由绝缘材质制成，绝缘体盘5能够避免电流输入盘6与电流输出盘7导通，绝缘体罩4和绝缘体盘5可以采用尼龙、塑料或环氧树脂材质制成。
更具体地，回流杆3包括相连通的第三圆柱套筒部301、第四圆柱套筒部302和第二圆锥套筒部303，第三圆柱套筒部301、第四圆柱套筒部302套装于第二圆柱套筒部501的外部，第二圆锥套筒部303套装于第一圆锥套筒部402的外部；第二圆柱套筒部501设置外螺纹，第三圆柱套筒部301、第四圆柱套筒部302均设置内螺纹，回流杆3与绝缘体罩4螺纹连接，螺纹连接方便拆装，易于更换维护。
进一步地，电流输出盘7套装于第三圆柱套筒部301的外部，电流输出盘7的径向端面与第四圆柱套筒部302相抵接，便于安装定位，电流输出盘7与第三圆柱套筒部301螺纹连接，连接紧固，方便拆装。
还需要说明的是，电流输入盘6套装于第一圆柱部101的外部且电流输入盘6与第二圆柱部102相抵接，第二圆柱部102能够起到为电流输入盘6安装快速定位的作用，保证电流输入盘6安装到位，第一圆柱部101远离第二圆柱部102的一端伸出电流输入盘6；第一圆柱部101伸出电流输入盘6的一端设置连接螺纹，便于金属圆锥杆1与螺母相连，固定电流输入盘6的位置。
同样地，为了方便拆装以及后期维护，连接盘2与第二圆锥套筒部303的直径较大一端可拆卸连接，在本具体实施方式中，连接盘2与第二圆锥套筒部303通过螺钉连接，若干螺钉呈圆周状均布，提高连接盘2与回流杆3的受力均匀性。
更进一步地，连接盘2靠近金属圆锥杆1的一端设置环形定位槽，圆渐扩形金属罩104靠近连接盘2的一端设置有与环形定位槽相适配的环形定位块，定位块位于定位槽中，圆渐扩形金属罩104与连接盘2插接相连，便于圆渐扩形金属罩104与连接盘2快速定位连接。
此处需要说明的是，电流输入盘6、电流输出盘7的轴向截面均为凸字形，电流输入盘6、电流输出盘7均设置连接孔，电流输入盘6上的连接孔便于电流输入盘6与电流产生装置相连，电流输出盘7上的连接孔便于电流输出盘7与输出端相连。
本发明的用于形成金属射流的电磁加载***，利用高能量脉冲电容器组产生兆安级的强电流，强电流通过电流输入盘6流入本***，随后流经金属圆锥杆1表面，在圆渐扩形金属罩104内部产生环向磁场，电流与磁场相互作用产生安培力作用在圆渐扩形金属罩104，进而对圆渐扩形金属罩104进行压垮，形成金属射流。理论上讲，电磁加载技术形成的射流头尾速度差较小，在大炸高下仍具有较强的侵彻能力，且输入能量越大，射流速度越高，容易形成高速射流，流经金属圆锥杆1的电流越大，圆渐扩形金属罩104的压垮速度越大，射流头部速度越高，其侵彻威力越强。并且圆渐扩形金属罩104的锥角可以设计的很小，这样不仅可以增加圆渐扩形金属罩104的母线长度，也可以增加射流的有效长度，进一步提高侵彻威力。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于形成金属射流的电磁加载***，其特征在于：包括金属圆锥杆、连接盘、回流杆、绝缘体罩、绝缘体盘、电流输入盘和电流输出盘，所述金属圆锥杆包括顺次相连的第一圆柱部、第二圆柱部、圆锥部和圆渐扩形金属罩，所述圆渐扩形金属罩为空心的圆台结构，所述圆渐扩形金属罩的直径较小一端与所述圆锥部相连，所述圆锥部的顶点位于所述圆渐扩形金属罩内且朝向所述圆渐扩形金属罩的直径较大一端，所述绝缘体罩套设于所述第二圆柱部、所述圆锥部、所述圆渐扩形金属罩的外部，所述回流杆套设置于所述绝缘体罩的外部，所述回流杆与所述电流输出盘相连，所述连接盘与所述回流杆远离所述电流输出盘的一端相连，所述连接盘与所述圆渐扩形金属罩、所述绝缘体罩抵接，所述电流输入盘与所述第一圆柱部相连，所述绝缘体盘设置于所述电流输入盘与所述电流输出盘之间，所述电流输入盘能够与电流产生装置相连，所述金属圆锥杆由金属材质制成，所述连接盘、所述回流杆、所述电流输入盘、所述电流输出盘均由导电材质制成，所述绝缘体罩、所述绝缘体盘均由绝缘材质制成。
2.根据权利要求1所述的用于形成金属射流的电磁加载***，其特征在于：所述第一圆柱部、所述第二圆柱部、所述圆锥部、所述圆渐扩形金属罩同轴设置，第一圆柱部的直径较所述第二圆柱部的直径小，所述第二圆柱部的直径、所述圆锥部的底面直径、所述圆渐扩形金属罩的外径较小一端的直径相一致，所述圆渐扩形金属罩的直径较小一端与所述第二圆柱部、所述圆锥部相连，所述圆锥部的顶点一端伸入所述圆渐扩形金属罩内。
3.根据权利要求2所述的用于形成金属射流的电磁加载***，其特征在于：所述绝缘体罩包括相连通的第一圆柱套筒部和第一圆锥套筒部，所述第一圆锥套筒部的较小直径一端与所述第一圆柱套筒部相连，所述第一圆锥套筒部的最小内径与所述第一圆柱套筒部的内径相一致，所述第一圆柱套筒部的外径较所述第一圆锥套筒部的最小外径小，所述第一圆柱套筒部套装于所述第二圆柱部的外部，所述第一圆锥套筒部套装于所述圆渐扩形金属罩的外部。
4.根据权利要求3所述的用于形成金属射流的电磁加载***，其特征在于：所述绝缘体盘的轴向截面为凸字形，所述绝缘体盘包括相连通的第二圆柱套筒部和圆盘部，所述绝缘体盘套装于所述第一圆柱套筒部的外部，所述圆盘部位于所述电流输入盘与所述电流输出盘之间。
5.根据权利要求4所述的用于形成金属射流的电磁加载***，其特征在于：所述回流杆包括相连通的第三圆柱套筒部、第四圆柱套筒部和第二圆锥套筒部，所述第三圆柱套筒部、所述第四圆柱套筒部套装于所述第二圆柱套筒部的外部，所述第二圆锥套筒部套装于所述第一圆锥套筒部的外部；所述第二圆柱套筒部设置外螺纹，所述第三圆柱套筒部、所述第四圆柱套筒部均设置内螺纹，所述回流杆与所述绝缘体罩螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的用于形成金属射流的电磁加载***，其特征在于：所述电流输出盘套装于所述第三圆柱套筒部的外部，所述电流输出盘与所述第三圆柱套筒部螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的用于形成金属射流的电磁加载***，其特征在于：所述电流输入盘套装于所述第一圆柱部的外部且所述电流输入盘与所述第二圆柱部相抵接，所述第一圆柱部远离所述第二圆柱部的一端伸出所述电流输入盘；所述第一圆柱部伸出所述电流输入盘的一端设置连接螺纹。
8.根据权利要求7所述的用于形成金属射流的电磁加载***，其特征在于：所述连接盘与所述第二圆锥套筒部的直径较大一端可拆卸连接。
9.根据权利要求8所述的用于形成金属射流的电磁加载***，其特征在于：所述连接盘靠近所述金属圆锥杆的一端设置环形定位槽，所述圆渐扩形金属罩靠近所述连接盘的一端设置有与所述环形定位槽相适配的环形定位块，所述圆渐扩形金属罩与所述连接盘插接相连。
10.根据权利要求1-9任一项所述的用于形成金属射流的电磁加载***，其特征在于：所述电流输入盘、所述电流输出盘的轴向截面均为凸字形，所述电流输入盘、所述电流输出盘均设置连接孔。
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