一种基于液电效应的弹射系统的制作方法

1.本发明涉及一种弹射系统，特别是一种基于液电效应的弹射系统。


背景技术：

2.在弹射阶段，通常会以高温燃气、压缩空气、蒸汽、电磁力等为动力建立飞行器、航行器等的初始速度。例如最典型的应用之一，现代航母舰载机为在有限长度的飞行甲板距离内快速加速并达到起飞所需速度，多采用外部动力牵引实现飞机速度快速提升。根据牵引力产生方式不同，对于大型飞行器主要有蒸汽弹射和电磁弹射两种技术途径。蒸汽弹射技术相对较为成熟，其基本原理是在航母飞行甲板上设置滑轨，滑轨下面平行安装汽缸，滑梭在滑轨的约束下可在滑轨长度方向上自由滑动，滑梭下部连接活塞，活塞安装于汽缸内，滑梭钩住飞机的起落架，确保滑梭沿滑轨滑动时可带动飞机沿滑轨方向加速滑行，航母上的核反应堆加热水产生高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入汽缸膨胀并驱动活塞及与活塞连接的滑梭沿滑轨长度方向加速滑动，滑梭通过飞机起落架牵引飞机加速滑行，直至飞机达到起飞速度，起落架与滑梭分离。蒸汽弹射具有原理简单、技术成熟度高等优点，但工程实现上需配备耐高温高压蒸汽储罐、管线、阀门等设备，体积和重量极为庞大，据公开资料显示美军航母上蒸汽弹射器全套体积超过1100立方米，全重接近500吨，此外还存在较难以精确控制能量输出，能量利用率不到10％，连续工作会造成航母动力下降等突出问题。电磁弹射通常采用的技术途径是基于直线电机原理，滑轨下部沿滑轨长度方向顺次安装若干线圈，滑梭在滑轨的约束下可在滑轨长度方向上自由滑动，滑梭下部安装强磁铁，滑梭钩住飞机的起落架，确保滑梭沿滑轨滑动时可带动飞机沿滑轨方向加速滑行，通过控制滑轨下线圈电流的通断时序和相序，沿滑轨长度方向形成一组场强大小和方向随时间变化的磁场，该磁场对滑梭下部的强磁铁相互作用，形成对强磁铁的推拉作用，进而驱动滑梭带动飞机沿滑轨长度方向加速滑行，直至飞机达到起飞速度，起落架与滑梭分离。美军公开的电磁弹射设备体积约500立方米，重量约300吨左右，且能量利用率可达到60％。尽管与蒸汽弹射相比优势十分明显，但电磁弹射也存在亟待解决的问题，一方面采用直线电机原理的电磁弹射方式，需要较为精准控制每个线圈供电时序和相序，需要超高频的变频器和控制系统，实现复杂，系统造价高昂；采用类似电磁轨道炮的电磁弹射方式，为避免滑梭和滑轨之间的间隙造成打火烧蚀，滑梭和轨道间需要过盈配合，容易造成滑轨磨损失效；无论哪种电磁弹射方式，均会因通过大电流及磁感应电流形成高温影响永磁铁/滑轨/滑梭等刚度、寿命，采用大功率冷却系统无疑又增大体积重量和能耗；无论哪种电磁弹射方式，都会因大电流导致强电磁干扰。因电磁弹射存在一些有待改进提升的问题，业界对其规模化推广存在不同声音，也亟待有方法或措施能加以替代或提升。


技术实现要素：

3.本发明在于提供一种体积小、重量轻，实现简单、价格相对低廉、使用寿命长、输出能量可控、可靠性高，温度及磁场影响小，兼具电磁弹射、蒸汽弹射各自优点，又有效克服其
缺陷不足的弹射系统。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于液电效应的弹射系统，包括弹射导轨、液电效应发生器、高功率脉冲电源、液体供给装置、滑梭，液电效应发生器分别于弹射导轨起始端及在弹射导轨延伸方向两侧对称固定安装，滑梭内嵌于弹射导轨内，并可沿弹射导轨延伸方向自由滑动；液电效应发生器为装有液面高度传感器和发生器堵盖的管状物，开口一端位于弹射导轨内侧，发生器堵盖用于封堵管体，确保管体内可存储液体，发生器堵盖位于管体内侧部分装有一对放电电极，放电电极穿过发生器堵盖与外侧供电端相连，补液口贯穿发生器堵盖内外侧，用于向液电效应发生器内补充液体；高功率脉冲电源通过电缆分别与每个液电效应发生器上的供电端连接；液体供给装置通过管道分别与每个液电效应发生器上的补液口连接。
4.进一步，所述的高功率脉冲电源可根据设定的时序通过电缆及发生器堵盖上的供电端向每个液电效应发生器输出高压大功率脉冲电流。
5.进一步，所述的液体供给装置可在液电效应发生器内液面高度传感器敏感液面低于设定值时通过管道及发生器堵盖上的补液口补充工质液体。
6.进一步，所述的液电效应发生器内的放电电极在高压大功率脉冲电流作用下与液体产生液电效应，产生汽液混合态高速喷流，并形成高达数百兆帕以上压强，经液电效应发生器管体开口一端传递到弹射导轨内。
7.进一步，所述的弹射导轨末端设有减速装置，可吸收滑梭动能，确保滑梭在弹射导轨末端减速并停止。
8.进一步，所述的滑梭上设计有与飞行器匹配的挂接结构，可钩住飞行器起落架或其他可牵引结构，牵引飞行器滑行。
9.进一步，可通过沿弹射导轨延伸方向成对对称增加液电效应发生器来增大弹射速度。
10.一种基于液电效应的弹射系统使用方法：
11.首先，滑梭钩住飞行器起落架或其他可牵引结构上，滑梭停放于弹射导轨起始端，液体供给装置通过管道及发生器堵盖上的补液口向各液电效应发生器注入液体，高功率脉冲电源存储电能。
12.之后，高功率脉冲电源通过电缆及发生器堵盖上的供电端，向安装于弹射导轨起始端的液电效应发生器输出高压大功率脉冲电流，该液电效应发生器产生的汽液混合态高速喷流作用于滑梭后端，产生的推力使滑梭在弹射导轨上加速滑行；滑梭在弹射导轨上滑行过程中，高功率脉冲电源通过电缆及发生器堵盖上的供电端依次适时向位于弹射导轨两侧的液电效应发生器输出高压大功率脉冲电流，确保两侧对称的液电效应发生器产生的汽液混合态高速喷流恰好作用于滑梭的后端，驱动滑梭带动飞行器沿弹射导轨不断加速。
13.最后，滑梭带动飞行器达到设计的弹射起飞速度，滑梭与弹射导轨末端的减速装置接触，滑梭速度减慢，飞行器与滑梭分离并起飞。
14.本发明利用液电效应发生器作为弹射动力源，在弹射导轨起始端及在弹射导轨延伸方向两侧对称固定安装液电效应发生器，牵引推动飞行器的滑梭在弹射导轨内，利用高压大功率脉冲电流引发液电效应发生器内液体间隙放电，使液体瞬时剧烈汽化、等离子化形成高速、高达数百兆帕以上压强的冲击波，经液电效应发生器管体开口一端传递到弹射导轨内，推动弹射导轨内的滑梭牵引飞行器沿弹射导轨延伸方向高速滑行，实现飞行器的
弹射起飞。与传统蒸汽弹射相比，无高温高压蒸汽储箱，体积小且能量利用率高；与电磁弹射相比，无需单独考虑为励磁电路、永磁铁进行降温设计，无需复杂的励磁电路和时序控制，系统复杂度低、寿命长，使用维护容易且成本低廉。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，本说明书的示意性实施例及其说明用于解释本说明书，并不构成对本说明书的不当限定。在附
16.图中：
17.图1是本发明组成示意图；
18.图2是本发明弹射导轨水平中心面剖视右后侧下视图；
19.图3是本发明弹射导轨垂直中心面剖视右后侧下视图；
20.图4是本发明水发生器堵盖组成示意图。
21.其中，1—弹射导轨；2—液电效应发生器；21—发生器堵盖；211—放电电极；212—补液口；213—供电端；3—高功率脉冲电源；4—液体供给装置；5—滑梭。
具体实施方式
22.为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及其相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本文件保护的范围。
23.下面结合图1至图4，对一种基于液电效应的弹射系统进行详细描述：
24.如图1所示，是一种基于液电效应的弹射系统，包括弹射导轨1、液电效应发生器2、高功率脉冲电源3、液体供给装置4、滑梭5，液电效应发生器2分别于弹射导轨1起始端及在弹射导轨1延伸方向两侧对称固定安装，滑梭5内嵌于弹射导轨1内，并可沿弹射导轨1延伸方向自由滑动；液电效应发生器2为装有液面高度传感器和发生器堵盖21的管状物，开口一端位于弹射导轨1内侧，发生器堵盖21用于封堵管体，确保管体内可存储液体，发生器堵盖21位于管体内侧部分装有一对放电电极211，放电电极211穿过发生器堵盖21与外侧供电端213相连，补液口212贯穿发生器堵盖21内外侧，用于向液电效应发生器2内补充液体；高功率脉冲电源3通过电缆分别与每个液电效应发生器2上的供电端213连接；液体供给装置4通过管道分别与每个液电效应发生器2上的补液口212连接。
25.进一步，所述的高功率脉冲电源3可根据设定的时序通过电缆及发生器堵盖21上的供电端213向每个液电效应发生器2输出高压大功率脉冲电流。
26.进一步，所述的液体供给装置4可在液电效应发生器2内液面高度传感器敏感液面低于设定值时通过管道及发生器堵盖21上的补液口212补充工质液体。
27.进一步，所述的液电效应发生器2内的放电电极211在高压大功率脉冲电流作用下与液体产生液电效应，产生汽液混合态高速喷流，并形成高达数百兆帕以上压强，经液电效应发生器2管体开口一端传递到弹射导轨1内。
28.进一步，所述的弹射导轨1末端设有减速装置，可吸收滑梭5动能，确保滑梭5在弹
射导轨1末端减速并停止。
29.进一步，所述的滑梭5上设计有与飞行器匹配的挂接结构，可钩住飞行器起落架或其他可牵引结构，牵引飞行器滑行。
30.进一步，可通过沿弹射导轨1延伸方向成对对称增加液电效应发生器2来增大弹射速度。
31.一种基于液电效应的弹射系统使用方法：
32.首先，滑梭5钩住飞行器起落架或其他可牵引结构上，滑梭5停放于弹射导轨1起始端，液体供给装置4通过管道及发生器堵盖21上的补液口212向各液电效应发生器2注入液体，高功率脉冲电源3存储电能。
33.之后，高功率脉冲电源3通过电缆及发生器堵盖21上的供电端213，向安装于弹射导轨1起始端的液电效应发生器2输出高压大功率脉冲电流，该液电效应发生器2产生的汽液混合态高速喷流作用于滑梭5后端，产生的推力使滑梭5在弹射导轨1上加速滑行；滑梭5在弹射导轨1上滑行过程中，高功率脉冲电源3通过电缆及发生器堵盖21上的供电端213依次适时向位于弹射导轨1两侧的液电效应发生器2输出高压大功率脉冲电流，确保两侧对称的液电效应发生器2产生的汽液混合态高速喷流恰好作用于滑梭5的后端，驱动滑梭5带动飞行器沿弹射导轨1不断加速。
34.最后，滑梭5带动飞行器达到设计的弹射起飞速度，滑梭5与弹射导轨1末端的减速装置接触，滑梭5速度减慢，飞行器与滑梭5分离并起飞。
35.本发明利用液电效应发生器作为弹射动力源，在弹射导轨起始端及在弹射导轨延伸方向两侧对称固定安装液电效应发生器，牵引推动飞行器的滑梭在弹射导轨内，利用高压大功率脉冲电流引发液电效应发生器内液体间隙放电，使液体瞬时剧烈汽化、等离子化形成高速、高达数百兆帕以上压强的冲击波，经液电效应发生器管体开口一端传递到弹射导轨内，推动弹射导轨内的滑梭牵引飞行器沿弹射导轨延伸方向高速滑行，实现飞行器的弹射起飞。与传统蒸汽弹射相比，无高温高压蒸汽储箱，体积小且能量利用率高；与电磁弹射相比，无需单独考虑为励磁电路、永磁铁进行降温设计，无需复杂的励磁电路和时序控制，系统复杂度低、寿命长，使用维护容易且成本低廉。
36.以上所述仅为本说明书的优选实施例而已，并不用于限制本说明书，对于本领域的技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于液电效应的弹射系统，其特征在于：包括弹射导轨、液电效应发生器、高功率脉冲电源、液体供给装置、滑梭，所述的液电效应发生器分别于弹射导轨起始端及在弹射导轨延伸方向两侧对称固定安装，所述的滑梭内嵌于弹射导轨内，并可沿弹射导轨延伸方向自由滑动，所述的高功率脉冲电源和液体供给装置分别为液电效应发生器提供高压大功率脉冲电流和工作用液体。2.根据权利要求1所述的一种基于液电效应的弹射系统，其特征在于，所述的液电效应发生器利用液体供给装置输入的液体，在高功率脉冲电源输入的高压大功率脉冲电流作用下，激发液电效应，产生汽液混合态高速喷流，并形成高达数百兆帕以上压强，经液电效应发生器管体开口一端传递到弹射导轨内。3.根据权利要求1所述的一种基于液电效应的弹射系统，其特征在于，所述的液电效应发生器为装有液面高度传感器和发生器堵盖的管状物，开口一端位于弹射导轨内侧，发生器堵盖用于封堵管体，确保管体内可存储液体，所述的发生器堵盖位于管体内侧部分装有一对放电电极，放电电极穿过发生器堵盖与外侧供电端相连，补液口贯穿发生器堵盖内外侧，用于向液电效应发生器内补充液体，所述高功率脉冲电源通过电缆分别与每个液电效应发生器上的供电端连接，所述液体供给装置通过管道分别与每个液电效应发生器上的补液口连接。4.根据权利要求1所述的一种基于液电效应的弹射系统，其特征在于，所述的高功率脉冲电源可根据设定的时序通过电缆及发生器堵盖上的供电端向每个液电效应发生器输出高压大功率脉冲电流。5.根据权利要求1所述的一种基于液电效应的弹射系统，其特征在于，所述的液体供给装置可在液电效应发生器内液面高度传感器敏感液面低于设定值时通过管道及发生器堵盖上的补液口补充工质液体。6.根据权利要求1所述的一种基于液电效应的弹射系统，其特征在于，所述的弹射导轨末端设有减速装置，可吸收滑梭动能，确保滑梭在弹射导轨末端减速并停止。7.根据权利要求1所述的一种基于液电效应的弹射系统，其特征在于，所述的滑梭上设计有与飞行器匹配的挂接结构，可钩住飞行器起落架或其他可牵引结构，牵引飞行器滑行。8.根据权利要求1所述的一种基于液电效应的弹射系统，其特征在于，可通过沿弹射导轨延伸方向成对对称增加液电效应发生器来增大弹射速度、弹射能力和弹射平顺性。

技术总结
本发明公开一种基于液电效应的弹射系统，属于弹射技术领域。本发明在弹射导轨起始端及在弹射导轨延伸方向两侧对称固定安装液电效应发生器，牵引推动飞行器的滑梭在弹射导轨内，以液电效应发生器作为弹射动力源，利用液体供给装置输入的液体，在高功率脉冲电源输入的高压大功率脉冲电流作用下，激发液电效应，产生汽液混合态高速、高达数百兆帕以上压强的冲击波，经液电效应发生器管体开口一端传递到弹射导轨内，推动弹射导轨内的滑梭牵引飞行器沿弹射导轨延伸方向高速滑行，实现飞行器的弹射起飞。与蒸汽弹射相比具有体积重量小、效率高的优点；与电磁弹射相比，具有系统复杂度低、成本低廉，对冷却和电磁防护等要求不高等优势。势。势。


技术研发人员：李沈军
受保护的技术使用者：中国航天科工集团第二研究院
技术研发日：2022.10.18
技术公布日：2023/4/17