[发明专利]高初速弹丸发射装置及发射方法

权利要求书

1.一种高初速弹丸发射装置，其特征在于，包括飞轮、轴承、基座、能源设备和控制系统；所述飞轮的轮缘设有装载弹丸的弹膛，所述飞轮能够在旋转过程中通过所述弹膛发射弹丸；所述轴承用于支承所述飞轮旋转；所述基座用于支撑所述轴承和飞轮；所述能源设备用于驱动所述飞轮旋转和回收所述飞轮旋转的动能；所述控制系统用于控制所述高初速弹丸发射装置各部分协同工作；

所述飞轮为圆轮状，所述飞轮的轮缘设有一圈管状的轮管，所述弹膛为多个，多个弹膛相对于所述飞轮的圆心匀称分布在所述轮管中；

在所述飞轮的轮管中，相邻的两个弹膛之间设有飞轮助推器，用于助推所述飞轮旋转；所述飞轮助推器为高压气体喷射器或小型火箭发动机，其喷射方向与所述飞轮的轮缘相切；所述轮管在所述飞轮助推器的喷射方向设有后窗，所述后窗能够在所述飞轮助推器工作时开启。

2.根据权利要求1所述的高初速弹丸发射装置，其特征在于，所述飞轮设有从圆心向轮缘的放射状的加强筋；所述飞轮的外部设有表面光滑的外壳；所述飞轮由高强度低密度的高强复合材料制成。

3.根据权利要求1所述的高初速弹丸发射装置，其特征在于，所述弹膛包括膛底、弹丸卡扣机关、膛下结构和抛射窗；所述膛底与所述飞轮的轮缘相切，用于装载弹丸；所述弹丸卡扣机关用于将所述弹丸卡扣固定在所述膛底，所述弹丸卡扣机关的卡扣与解扣由所述控制系统控制；所述膛下结构包括配重块和托弹簧，弹丸发射后所述托弹簧将所述配重块弹入空置的弹膛，或者所述配重块上方容纳多发弹丸，则所述托弹簧依次将最上方的弹丸弹入空置的弹膛，依次发射，弹丸全部发射后，所述托弹簧将所述配重块弹入空置的弹膛；所述抛射窗设在所述弹膛前上方的轮管管壁上，所述抛射窗开启时弹丸可经此发射出去，所述抛射窗的开启与关闭由所述控制系统控制。

4.根据权利要求3所述的高初速弹丸发射装置，其特征在于，所述高初速弹丸发射装置还包括真空容器，所述飞轮设在所述真空容器中，所述真空容器设有抽真空阀、弹丸通道、进气口和导气管，所述弹丸通道的位置与所述抛射窗的位置相对应。

5.根据权利要求1所述的高初速弹丸发射装置，其特征在于，所述轴承为磁悬浮轴承，所述磁悬浮轴承的定子固定在所述基座上；所述磁悬浮轴承设有磁悬浮轴承控制系统，所述磁悬浮轴承控制系统包括控制器、传感器和功率放大器，所述传感器用于检测在弹丸发射过程中所述飞轮的转子的位移参考信号，所述控制器能够根据所述位移参考信号控制所述功率放大器，以使所述功率放大器通过控制所述磁悬浮轴承的定子的电磁铁中电流变化来维持所述飞轮的转子悬浮于规定位置。

6.根据权利要求1所述的高初速弹丸发射装置，其特征在于，所述轴承为滚动轴承、液体动压轴承或气体动压轴承。

7.根据权利要求1所述的高初速弹丸发射装置，其特征在于，所述能源设备包括动力总成、发电机、蓄电池和两个离合器；所述动力总成包括电机和变速器，所述电机用于驱动所述飞轮的旋转，所述变速器能够通过调整所述电机和飞轮的传动比来改变所述电机和飞轮的转速比和转矩比；所述发电机用于将所述飞轮旋转的动能转化为电能并向所述蓄电池充电；两个离合器分别设在所述动力总成与飞轮之间以及所述飞轮与发电机之间，用于控制所述动力总成与飞轮之间以及所述飞轮与发电机之间的连接及切离。

8.根据权利要求1所述的高初速弹丸发射装置，其特征在于，所述基座固定或可转动连接在地基、升降机、车辆、舰船或飞机上。

9.根据权利要求1所述的高初速弹丸发射装置，其特征在于，所述高初速弹丸发射装置发射弹丸；所述弹丸战斗装药，其头部为尖锐结构，其尾部设有尾翼，其设有推进装置和制导装置。

10.一种用如权利要求1-9任一项所述的高初速弹丸发射装置进行的高初速弹丸发射方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.发射前准备，检查确认所述能源设备与所述飞轮之间的离合器均处于断开状态，调整核准所述基座的朝向和弹丸的发射角，选定弹丸的种类和数量；

S2.开启抛射窗，通过所述飞轮的轮管管壁上的抛射窗将选定的弹丸分别装进对应的弹膛，然后关闭抛射窗；

S3.接合所述飞轮与所述能源设备的动力总成之间的离合器，控制动力总成驱动所述飞轮加速旋转；

S4.当所述飞轮旋转达到预定转速后，或者立刻准备发射弹丸，或者处于备战待命状态，即动力总成继续维持所述飞轮以预定转速旋转直至需要发射弹丸时；

S5.所述控制系统控制弹丸发射，其控制过程为：在所述弹膛旋转达到设定发射角时抛射窗开启，弹丸卡扣机关解扣，弹丸以所述飞轮轮缘的线速度为初速发射出去，抛射窗关闭，所述弹膛的膛下结构的配重块在托弹簧的作用下被弹入发射弹丸后空置的弹膛，以维持所述飞轮相对配平；

S6.同时，在弹丸发射的过程中，磁悬浮轴承控制系统的传感器检测所述飞轮的转子的位移参考信号，磁悬浮轴承控制系统的控制器对所述位移参考信号进行分析运算，并通过功率放大器控制磁悬浮轴承的定子的电磁铁中电流变化来维持所述飞轮的转子悬浮于规定位置；

S7.断开所述飞轮与所述动力总成之间的离合器后，接合所述飞轮与所述能源设备的发电机之间的离合器，所述飞轮带动发电机发电，所述飞轮的旋转动能转化为电能，发电机产生的电能充入蓄电池；

S8.当所述飞轮停止旋转后，断开所述飞轮与发电机之间的离合器，弹丸发射结束；

S9.检查所述高初速弹丸发射装置，准备下次发射。