[发明专利]炮弹加速飞船的弹壳和飞船

说明书

本发明为炮弹加速飞船的弹壳和飞船，在炮弹加速飞船的方法里，电磁炮发射炮弹内装了燃料。飞船接收到炮弹后，利用燃料和火箭发动机来产生推力，从而推动飞船加速。普通的炮弹的装药比很低。本发提供了一种高装药比的炮弹，且飞船上配套的燃烧炉，炮弹取出燃料后剩下的弹壳可以在燃烧炉内燃烧。这种组合能够大大提高数倍装药比，炮弹的等效比冲可以提高5倍以上，极大地增加了炮弹的利用率，大大减少了炮弹的使用量，节省电磁炮系统规模要求。

技术领域

本发明涉及太空、火箭、火箭发动机、化学燃料、电磁炮等技术，尤其涉及炮弹加速飞船的系统的设计。

背景技术

专利2020108535240披露了一种炮弹加速系统及其加速办法，这种方法主要是：电磁炮依次发射一串炮弹，这种炮弹内含有喷气燃料；炮弹都向着飞船飞行，飞船依次接收到各个炮弹；飞船每接收到一个炮弹，就取出炮弹内的燃料，放入火箭发动机、向后喷气，从而使得飞船加速。炮弹的燃料取出后，炮弹就丢弃在太空中，成为一个太空垃圾。

炮弹需要弹壳来储纳燃料，目前的普通弹壳是由钢、铜制造而成的，这些重金属的密度达到7.8-9kg/L，使得炮弹的燃料质量占炮弹总重量的比值过小。即使装药比最高的高爆弹、迫击炮炮弹，通常只能够达到15-20%。这个是因为炮弹发射时的冲击很大，必须采用厚厚的弹壳才可以保证炮弹的强度，而弹壳的密度很大，而炸药的密度很小，使得炮弹的装药比非常小。尤其是在太空中的电磁炮炮弹，作为装药的火箭发动机燃料，密度比炸药更小，所以采用普通炮弹的话，装药比更小。

普通炮弹内装入燃料，普通火箭燃料的比冲可达3500-4200m/s，设1kg中的炮弹装入0.15kg的燃料，则炮弹的等效比冲可以计算为：0.15*3500/1=525m/s，0.15*4200/1=630m/s，也就是说，普通炮弹的等效比冲是525-630m/s。

发明内容

本发明提供了一种高等效装药比的炮弹，这种炮弹的弹壳是由可燃材料制造而成的，而飞船上安装了一个燃烧炉，燃烧炉内通入氧化剂，把弹壳放入炉内燃烧。炮弹携带了燃料，燃料分为氧化剂和氧化剂。所谓可燃的弹壳，是指弹壳能够在氧化剂内燃烧。燃烧炉燃烧弹壳产生的大量高温高压气体，可以导入涡轮机内发电。高温高压气体也可以用于加热热量，从而提高燃料的比冲。

进一步地，可燃弹壳的比冲也往往可达2500-3500m/s。燃烧炉的出口设喷管，燃烧压力保持在1MPa以上，这个时候燃烧炉和喷管就组成了一个火箭发动机，喷气速度可达2500-3500m/s，从而大大提高了炮弹加速的效果。把弹壳喷气产生的冲量，折算为燃料的冲量，就可以计算出来炮弹的等效装药比。这个等效装药比，比普通炮弹的装药比高得多。

有益效果

通过这些组合，都能够大大提高弹壳的利用率，提高炮弹的等效比冲。

l 可燃材料的密度通常是1.5-2.7kg/L，远远低于钢、铜，从而大大减少弹壳的重量、把装药比从5-10%提高到80%以上。

l 采用纤维材料制造的弹壳，由于纤维材料的比强度比钢、铜高3-8倍，因此按照体积计算，弹壳使用量可以比钢、铜少很多，从而进一步减少弹壳质量、提高装药比。

l 可燃材料如果采用纤维材料，由于纤维燃烧速度快、能够产生大量的高温高压气体，加上喷管后，可以充当火箭发动机产生推力。从而加强炮弹的加速效果。

l 可燃材料无论是纤维材料还是铝、镁、锂等制造而成的，都可以在氧气中燃烧，产生的热量可以预热燃料，从而提高燃料的比冲10%以上。也可以通过温差发电机进行发电。

l 可燃材料如果是采用铝、镁、锂制造而成的，则燃烧后生成氧化铝、氧化镁、氧化锂，这些都是耐高温材料，可以用于生成飞船的整流罩。飞船在到达目标星球后在大气中减速着陆过程中，整流罩可以用来防热。

l 通过上述措施，炮弹的等效比冲提高6-7倍以上，炮弹使用量可以减少60-85%以上。