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虚感应式线圈炮的方法以及设计对应的控制器方

发布日期:2020-10-21 21:24

  电磁炮这一未来的军事武器,本就是一件小众的事情。于我而言,对于电磁炮技术有些许了解也是在2019年电子设计大赛之时。在这之前,关于它的信息全部来自于新闻报道,对于它的认识也就是一个模糊的印象。

  目前,电磁发生器存在三种不同的形式,分别为轨道炮、线圈炮、重接炮。三者的性能对比如下。

  下面介绍线圈炮。 线圈炮是由固定线圈和弹丸线圈两部分组成,采用普通直流电动机的原理,电磁力是靠同轴线圈作用的互感梯度产生。其中固定线圈作为炮管,若有电流通过时将会产生一个强磁场,同时弹丸线圈中形成感应电流,这样炮弹就可用被由磁场和感应电流间产生的电磁力以超高的速度发射出去。其基本原理概括起来就是带电导体或磁性物体在磁场中受到电磁力的作用而被推动前进。如下图。

  线圈炮中的弹丸与炮膛不直接接触,因而两者之间无摩擦,能量利用率高;此外还有加速度大、需要的电流更小,从而使开关装置简化等优点,因此更适合发射初速度较低、容积和质量更大的炮弹。

  电路状态1:电容元件充电储能、开关K断开,定子线圈中无电流、抛体装备在预定位置。

  电路状态2:开关K打开,电路导通,电容放电,定子线圈电流瞬间增大、周围产生变化磁场,铁质导体产生感应电流,受电磁力作用,开始运动。直至射出炮口。

  电磁状态3:抛体射出,关断开关K。电路续流二极管导通,续流二极管支路电阻消耗能量,直至消耗结束。然后进入电路状态1。

  单级线圈炮由下图所示电路和主控电路组成。硬件系统搭建也包含这几部分。接下来分步论述。

  单级线圈炮包含储能电容、开关元件、二极管、电阻、定子线圈、炮管。其中储能电容、开关元件、二极管、电阻都是完整元件,可以通过购买获得。开关元件这里选择晶闸管,二极管额定电流一般设定为定子线倍,电阻应该选择能承受大电流的瓦片电阻,储能电容根据需求选择。定子线圈可以在网上购买,也可以自己购买1mm左右直径铜线,然后自己缠绕。

  一般使用电解电容,根据具体选择的电解电容型号,可以考虑选择将电解电容并联。

  定子线圈采用层级绕制而成。每一层匝数固定,且每一层需要使用电胶布缠绕,起到相邻两层电感绕组隔离。见下图。

  机械控制式指的是开关触发方式采用物理式触发;电控式指的是开关触发方式采用电力控制。后者触发方式优于前者。在这里,主要介绍电控式控制电路。

  电磁炮控制电路最基本的功能是控制开关电路。开关关闭时,电容放电。开关开启时,电容充电。选用8051即可实现该功能。如果需要在这基础之上完成更多功能,可以考虑换用功能更强大的控制芯片。