[发明专利]电磁发射用组合体金属固体电枢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁发射用组合体金属固体电枢及其制造方法，该发明属于电接触材料技术领域。

背景技术

固体电枢是电磁发射装置中的关键组件，是电流和电磁力的载体。当脉冲电流流经固体电枢时，固体电枢要承受复杂的电、磁、热以及应力等物理耦合过程，而电流、焦耳热等往往集中分布在电枢尾部和轨道接触处。由于固体电枢上的电、磁、力、热的分布强烈不均匀，往往造成固体电枢产生强烈的烧蚀、碎裂，进而影响固体电枢的发射效率。针对电磁发射过程中固体电枢出现的电流趋肤效应、热、力分布不均匀等问题，对固体电枢的研究主要集中在两个方面：一是选取高导电率的金属合金材料，如紫铜、铍铜等；二是开展新型电枢结构设计，借助于各种数值仿真方法及软件，如EMAP3D、MAGTRPL和DYNA3D等编码以及ANSYS、Matlab、Comsol等方法，分析二维和三维固体电枢模型的磁感强度、电流密度和温度变化；研究不同结构固体电枢的抗烧蚀能力、抗电磁力能力和抗碎裂能力。针对矩形、U型、C型、H型等结构的大量研究表明，C型结构是一种比较理想的结构构型，但对改善固体电枢的趋肤效应和抗烧蚀等能力方面仍然有待改进。目前，在C型电枢构型下，如何通过进一步的构型研究，尽量减弱电流的趋肤效应、提高固体电枢的抗烧蚀等能力是构型研究的一个热点。

鉴于此，本发明在已有固体电枢的电、磁、热、力研究基础上，提出了一种电导率梯度组合电枢的概念，利用铜、铝、钛金属的不同导电率差异组合成新的固体电枢，使脉冲电流流过组合体电枢时，电流按一定的比例通过电导率不同的金属，从而避免流经单一金属电枢的过度集中的现象，减轻由此带来的趋肤效应和烧蚀现象，并使电磁力更均匀的作用在组合体电枢上。

本发明以硬度和承载力很强的工业纯钛（牌号为TA1）块、电导率高的金属纯铝和纯铜为组合体材料，按照钛、铝、铜的排列顺序，设计了一种新型的C型构型固体电枢。这种固体电枢可以改善单一材料C型电枢的抗烧蚀性能，提高电磁发射过程中的固体电枢的抗碎裂能力，是一种应用潜力很大的现有电枢替代物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁发射用组合体金属固体电枢及其制造方法。该发明的组合体金属固体电枢可以在一定程度上减弱脉冲电流造成的烧蚀效应，降低电磁力对固体电枢的破坏作用，保持固体电枢的完整性，进而提高电磁发射的效率，是一种能够有望替代现有单一固体电枢的新型电枢。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电磁发射用组合体金属固体电枢，所述组合体金属固体电枢由形状相似的工业纯钛块（牌号为TA1）、纯铝块和纯铜块通过硬铝（牌号为YL12）双燕尾槽联接键Ⅰ、Ⅱ过盈配合组合为一体，所述组合体金属固体电枢为C型电枢，其中，导电率最大的纯铜块为组合体固体电枢的头部；导电率次之的纯铝块为中部；导电率相对较小而强度最大的工业纯钛块（牌号为TA1）为固体电枢的尾部；组合体金属固体电枢中纯铜块、纯铝块和工业纯钛块（牌号为TA1）与电磁发射导轨的接触面积比例为1:2:1.3。所述纯铜块、纯铝块和工业纯钛块（牌号为TA1）与发射轨道接触面积比例为1:2:1.3时，所述组合体金属固体电枢的长度L=30~40毫米，高度H=18~24毫米，宽度W₁=16~21毫米。

所述工业纯钛块（牌号为TA1）后端凹面为抛物线曲面，所述抛物线曲面的抛物线方程为Y=0.2016X²-h，其中：Y轴沿工业纯钛块的中心轴方向向固体电枢运动的反方向延伸；X轴沿工业纯钛块的尾部端面向一侧延伸；h为抛物线顶点到坐标轴原点的距离；所述组合体金属固体电枢的长度L从30毫米变化到40毫米时，h从5.04变化到6.72；工业纯钛块前端加工凸面为圆弧曲面，圆弧半径为R₁，在圆弧曲面的正中位置开有组合固定用的燕尾槽。纯铝块后端的凹面、前端的凸面均为圆弧曲面，圆弧半径为R₁，在凹面、凸面两个圆弧曲面上均开有组合固定用的燕尾槽；纯铜块后端的凹面、前端的凸面均为圆弧曲面，圆弧的半径为R₁，在纯铜块后端圆弧曲面上开有组合固定用的燕尾槽。