封装螺旋线圈发射器的瞬态仿真

根据线圈炮的结构特点和发射过程,建立了二维瞬态有限元仿真模型,分析了不同封装材料和结构对发射的影响,与不同时刻的磁场分布规律。结果表明,发射过程中导体封装体内产生感应涡流,会降低弹丸的出口速度,且对电磁场的屏蔽效果不理想。而导磁的非良导体材料封装对炮的主磁场有加强作用,能提高弹丸的炮口速度,且电磁屏蔽效果良好。当导磁材料封装的厚度增加时,可以更好地增强磁场,弹丸炮口速度增加,且电磁屏蔽效果更好。为了得到更高的弹丸炮口速度并更好地屏蔽电磁场,在减小封装与驱动线圈间距并增加封装厚度的情况下,使用高磁导率的硅钢片制作封装,硅钢片的厚度应该尽量小从而削弱涡流效应。     

磁阻线圈型电磁发射器的动态仿真与实验

运用有限元分析软件Ansoft10对磁阻线圈型电磁发射器工作过程进行了数值仿真,分析了发射过程中的弹丸受力分布情况,并利用磁阻线圈型电磁发射器实验平台开展了发射实验研究;实验结果和仿真结果有较好的符合程度,得出以下结论：合理采用炮管材料可以实现发射过程的电磁屏蔽;弹丸在炮管中运动时,受力均匀,弹丸可以稳定地被加速;在一定范围内增大电源电压,弹丸速度会明显增大;线圈发射过程中出现了反向电压,尤其当弹丸速度较大时,电流波形出现明显下滑。     

基于解析法的电磁发射弹丸内膛磁场分布特性分析

电磁轨道发射装置膛内的磁场分布特性对制导弹丸的器件布局设计非常重要。对电磁轨道发射装置膛内的强磁场环境进行了分析,基于毕奥-萨伐尔定律推导了考虑弹丸运动位移和电流趋肤深度下膛内磁场的计算公式。通过时谐分析方法并采用数据拟合的方式得到了电感梯度与电流频率和弹丸运动位移的函数关系,用以分析弹丸的内弹道运动特性。采用时频分析方法得到了电流趋肤深度随时间的变化关系,从而建立了弹丸中轴线磁场分布特性求解的三维解析计算模型。以实验室的电磁发射装置为例,采用试验电流数据作为输入,对内膛弹丸处磁场分布特性进行解析计算。结果表明：弹丸中轴线的磁感应频率在450 Hz以下,磁感应强度峰值达到0.4 T,并沿弹丸长度方向迅速衰减,100 mm处的磁场基本降为0. 利用磁探针的测试数据验证了理论计算模型的正确性。     

线圈发射过程弹丸参数设置

基于Ansoft电磁场有限元分析软件,对线圈发射过程进行了动态仿真,分析了弹丸材料与形状、与驱动线圈相对位置等影响弹丸受力的因素。仿真结果表明:弹丸长度应尽量与激励线圈长度接近;弹丸采用管状结构并且外侧靠近驱动线圈内侧可充分利用驱动线圈产生磁场的能量梯度;弹丸应采用导磁非导电材料,或者改变弹丸结构以抑制其内部产生感应涡流。基于以上分析得出了弹丸的最佳受力位置,并以此求出弹丸最大出炮口速度。     

膛内弹丸运动时电磁特性研究

通过在弹丸内不同方向装载线圈,测量弹丸在膛内高速运动过程中的电磁信息,从而分析内弹道中弹丸的电磁特性与运动特性。测试系统利用了与外界无连线的存储测试方法,得到了弹丸在膛内高速运动过程中的电磁信号。该测试信号可反映弹丸的加速,出炮口运动等信息。经过特征提取用于引信的设计中,可作为引信发射环境识别的有效手段。     

螺旋线圈电磁炮中一种新型弹丸的受力仿真分析

基于Ansoft电磁场有限元分析软件,建立了一种新型线圈炮的二维仿真模型,其弹丸设计为在铜线圈内置一块圆柱形铸铁。对不同材质弹丸在发射管内的磁场分布和弹丸受力与位置、电流大小的关系进行了仿真计算。结果表明,线圈-磁阻复合型弹丸受的加速力较大,而且在同一条件下只需小电流就可获得较大的加速力。仿真结果为HCEL结构的进一步设计提供了参数支持。     

电磁轨道炮瞬态磁场测量与数值模拟

为研究电磁轨道炮的磁场特性,建立三维瞬态电磁场计算模型,采用时域有限元/边界元耦合方法进行求解,获得了电枢的膛内运动过程,以及电流密度和磁通密度的时空分布,讨论电枢与轨道间的滑动电接触在电流扩散过程中产生的速度趋肤效应。在发射实验中,用B探针测量电枢运动及磁场,分析了发射过程中的瞬态磁场变化特点,与数值模拟结果进行对比,验证了电磁轨道炮三维瞬态电磁场计算模型的有效性。     

轨道炮弹丸所处强磁场环境屏蔽设计与仿真

针对电磁发射过程中产生的脉冲强磁场对发射包内电子器件产生较强干扰问题,采用 COMSOL中 PDE模块对电磁发射过程中的速度趋肤效应进行仿真计算,建立轨道炮的面电流分布模型和脉冲电流模型;采用趋肤效应理论分析电磁屏蔽原理,建立了屏蔽效能评估方法,并设计了一种屏蔽体模型。分别采用导电、导磁材料设计了单层、多层组合屏蔽体,用 COMSOL中磁场模块计算离弹底不同距离处的强磁场屏蔽效果,得出在离电枢较近时,导电材料与导磁材料的屏蔽效能较低,屏蔽体距离电枢越远时,导电材料的屏蔽效能不变,导磁材料的屏蔽效能逐渐提高,距离电枢100 mm时屏蔽效能达到34 dB。轨道炮磁场的低频特性使得导电材料的屏蔽效能较低,高磁通密度使得导磁材料的屏蔽效能较低,得出弹丸内智能电子元器件应置于远离电枢的弹头。     

一种单兵电磁武器发射过程仿真研究

为了推进电磁发射武器向单兵作战平台发展,采用计算机仿真研究了一种基于锂聚合物电池供电的单兵电磁武器发射过程。采用两级磁阻线圈型的电磁发射模型对发射装置进行了理论分析,利用Ansys Maxwell有限元软件研究了发射装置的内弹道过程。分析发现多级电磁发射过程中逐级减小线圈匝数能有效提高弹丸发射速度。仿真结果表明:在单兵电磁武器小型化的要求下,通过合理设置线圈匝数能有效提高弹丸发射速度,该结果可为后续单兵电磁发射武器的设计及研究提供参考。     

轨道炮发射过程中电火工品的可靠性评估

电磁轨道炮发射时会在膛内激发强脉冲磁场,从而与引信内部的电火工品产生能量耦合,影响轨道炮弹药的作用可靠性。针对轨道炮电火工品所处位置的磁场环境表征,应用有限元法对轨道炮发射全过程进行了仿真模拟,明确了弹丸引信区域磁场的时空分布特性,突出了发射组件出膛瞬间这一特殊事件所引起的极端磁场变化。然后开展了电火工品与强脉冲磁场环境的耦合效应研究,研究了电火工品壳体、桥区薄膜等实际几何特征对强脉冲磁场的衰减特性,分析了不同脚线布置方式下弹丸电火工品换能元的电热响应特征,并以该型电火工品的最小点火能量与桥区熔点为标准对其作用可靠性进行了评估。研究结果表明轨道炮发射典型参数下电火工品具有较高安全性。分析结果可为电磁轨道炮弹药引信的设计与可靠性评估提供参考。     

线圈型电磁发射器换向过程分析

定量地分析了线圈型电磁发射器换向过程中能量的转化及转移,并利用Ansoft电磁场有限元分析软件对换向过程进行了仿真计算,得到以下结论：①换向过程中,驱动线圈层数固定时,增大弹丸线圈层数会提高发射器能量转换效率;②弹丸线圈层数固定时,驱动线圈层数增大会在一定程度上降低发射器能量转换效率;③当驱动线圈与弹丸线圈层数较大时,换向之后储存在炮管线圈中的巨大能量会在炮口处以炮口电弧的形式释放。     

埋头弹中超高速弹丸的多区间电磁检测方法

针对提高埋头弹火药热暗哨性能及弹道特性,尤其是弹丸在冲击挤进过程中的运动特性这一影响埋头弹整体性能的重要参数,提出了一种基于电磁感应定律测量弹丸冲击挤进过程速度的有效方法,建立了半封闭壳体的速度测试参考模型,分析了弹丸在冲击挤进过程中通过感应线圈时,钕铁硼磁体(Nd-Fe-B)原生磁场与涡流效应产生的附加磁场叠加成复合磁场,以及磁体偏移量对感应线圈电动势的影响;为减小测量随机误差,提出一种多区间测量方法。基于短管炮装置,建立弹丸冲击挤进模拟试验系统,通过电磁法和高速摄像法测量获得冲击挤进过程中弹丸速度和位移,电磁法可实现弹丸冲击挤进过程中各阶段速度变化的快速响应,当弹丸速度高于8 m/s时,速度测量相对误差小于1%,验证了电磁法的有效性。     

电动源发射过程弹丸运动状态分析研究

提出了一种电动源发射系统的工作原理,基于赫兹接触理论,建立了发射过程中弹丸运动的数理模型。基于该模型进行了数值仿真研究,得到了发射过程中弹丸运动参数的变化规律以及弹丸单边过盈量对弹丸初速的影响规律。研究结果对电动源发射武器的研制具有理论指导意义。     

电磁发射拦截系统电磁发射组件仿真研究

电磁发射组件基座的材料特性和结构参数变化会影响拦截弹的受力，进而影响拦截弹的发射速度。通过分析电磁发射组件的工作原理，推导了拦截弹的受力方程。编制了有限元分析程序，开发了能够描述发射组件的三维实体模型和有限元模型，对电磁发射组件进行了电磁场仿真。结果表明，基座为磁性材料的电磁发射组件能够减小磁能损失，增大拦截弹的受力；磁性材料基座的结构参数对拦截弹的受力也有影响，故实用中应依据基座材料的特性，合理选择基座的截面尺寸。     

车载导弹行进间发射动力学仿真分析

利用数值模拟手段分析车载导弹行进间发射的动力学特性以及可行性。基于路面功率谱密度函数和随机数理论,创建了两侧不对称的三维随机土石路况模型;基于虚拟样机技术、有限元方法建立了战车系统行驶与发射一体化动力学模型;对不同车速和不同等级路面的行进间发射进行了动力学仿真。得到了战车及装置的动态响应情况、导弹的过载及运动特性和车速及路况对发射的影响规律。结果表明,行进间发射对车速和路面等级有一定限制。     

电磁轨道发射器数值模拟与速度测量

为研究电磁轨道发射器电磁场、温度场特性并且预测发射器性能,建立电磁轨道发射器计算模型,针对矩形电枢普通发射器、C形电枢普通发射器和增强型发射器,采用有限元方法进行求解得到电磁场、温度场和电枢运动过程,并讨论了电枢快速运动产生的速度趋肤效应和发射器结构对磁通密度、电流密度、温度和出口速度的影响。使用增强型电磁轨道发射器进行发射试验,利用高速相机测量电枢出口速度,与数值模拟结果进行对比,验证了计算模型的准确性。     

基于数值仿真的弹丸发射强度分析方法

针对现有弹丸发射强度计算存在的不足,提出一种基于数值仿真的分析方法.通过对弹丸发射过程中力学仿真应用方法的分析,以实例说明发射强度仿真模型的建立及分析类型的选择,得到弹丸在发射过程不同时刻的强度参数结果,计算结果与实弹实验结果基本吻合.结果表明,该方法可为类似弹丸的发射强度研究提供理论参考.     

电磁轨道炮熔化限制条件下速度极限分析

电磁轨道炮可以超高速发射宏观弹丸,目前制约轨道炮的关键技术之一是电流不均匀特性及其引起的最大电流密度欧姆加热至材料局部熔化。在分析了制约电流不均匀分布的趋肤效应和短路径聚集特性的基础上,设计了电流比较均匀的电枢和轨道结构,参考SAM值和仿真结果,获得了在局部熔化限制条件下最大承载电流的近似取值。根据该位形最大承载电流近似取值,参考电磁轨道炮物理学原理,分析了优化位形发射不同载荷情况下弹丸的理论速度分布及加速距离分布。上述结果对分析电磁轨道炮极限性能以及军事应用前景有重要参考意义。     

高炮发射动力学仿真技术研究

本文以概要方式介绍了高炮发射全过程的动力学仿真技术，论述了以计算机数学仿真技术为手段，通过建立以振动理论为基础的高炮的空间动力学模型，用内弹道理论和自动机理论分析得到高炮射击时的载荷，计算火炮模型在射击载荷下的动态响应，然后以炮口振动确定弹丸的初始扰动，再以外弹道理论预测射击精度，通过计算机仿真高炮从点燃底火，经弹丸在膛内运动，自动机运动，火炮振动到弹丸飞离泡口，到撞击预定目标的发射全过程，分析影响高炮射击精度的主要因素，为高炮设计研究人员在计算机上分析高炮的主要性能，确定或修改设计方案，以及为高炮总体方案设计，结构优化设计提供技术基础和工具。     

自行炮发射动力学研究

建立了自行炮发射动力学模型,研究了它的振动特性和增广特征矢量的正交性;给出了系统动力响应的求法;并对系统的振动特性、动力响应和弹丸的起始扰动进行了数值仿真,所得结果与试验结果吻合较好.