线圈型电磁发射器的一种屏蔽方案

从磁路的观点出发,分析了封装材料的导磁和导电特性对发射性能的影响,并分析了铁氧体的特性和作为封装材料的可行性与优越性。基于Ansoft电磁场有限元分析软件,建立了线圈型电磁发射器模型,研究了炮管的厚度与结构变化对线圈发射的影响。结果表明：在驱动线圈电流固定的前提下,增大炮管厚度可有效抑制电磁发射器工作时对外的电磁辐射,并可显著提高弹丸的出炮口速度;炮管采用实心封装结构要优于多层封装结构,初步实现了电磁发射过程的电磁屏蔽。     

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。     

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。     

电磁炮弹丸遥测装置的电磁防护方法

针对处于电磁炮弹丸内的弹载遥测装置受强磁场的影响而产生的无线传输信道中断问题,提出了电磁炮弹丸遥测装置在强电磁环境干扰下的电磁防护方法。该方法采用导磁导电材料结合模式,设计了双层组合屏蔽体模型,利用FLUX电磁场分析软件计算不同方案下的磁场屏蔽效果。仿真结果表明,将导电材料置于屏蔽体外侧,导磁材料置于屏蔽体内侧,在给定的弹丸遥测装置尺寸内,遥测装置离弹尾距离越远,屏蔽效能越好,且将遥测装置放置于弹丸头部,屏蔽效能更优。     

电磁轨道炮膛内强磁场屏蔽与优化方法

针对电枢发射过程的速度趋肤效应影响磁场分布和导磁材料磁饱和特性的问题,在轨道炮面电流模型基础上提出单层导电材料、单层导磁材料、三层组合屏蔽方案以及考虑屏蔽体相对弹底距离及屏蔽体壁厚的优化方案。该屏蔽方案利用导电材料的涡流消除机理和导磁材料的磁通分流机理可以有效屏蔽磁场从而保护引信内部电子器件。仿真结果表明,在距离弹底2倍导轨间距位置处,3mm厚的低碳钢-铜-Mumetal的组合屏蔽体具有最优屏蔽效能,屏蔽前后考察面平均磁通密度峰值分别为0.224T和0.0115T,屏蔽效能达到25.79dB;在距离屏蔽体底面9mm距离内,屏蔽效能不低于29dB。     

基于COMSOL的轨道炮弹引信部位磁场组合屏蔽仿真

针对电磁轨道炮发射的弹丸中,引信部位电子器件会受到低频脉冲强磁场干扰的问题,在采用COMSOL仿真软件建立轨道炮面电流模型,进而分析发射过程中电枢前端磁场分布的基础上,对铜-1J22、铜-铁、铝-坡莫合金三种组合屏蔽方式及铝-坡莫合金屏蔽层厚度比例对屏蔽性能的影响进行了仿真。仿真结果表明,发射过程中距离电枢前端越近磁场越强且屏蔽效能越差;三种屏蔽方式下铝-坡莫合金的屏蔽效能最好,在电枢前端10 mm位置屏蔽前后磁通密度为2.902 5 T和0.109 9 T,屏蔽效能可达到28.44 dB;在总厚度为4.5 mm的铝-坡莫合金屏蔽组合方式中,导磁材料坡莫合金厚度增加屏蔽性能也会提高,但其层厚度增加超过2.5 mm时对屏蔽效能的影响已不那么显著且最后将趋于某一恒定值。     

一种新型结构的直线旋转加速线圈炮研究

为实现线圈炮对弹丸的旋转加速,提出了一种新型结构的驱动线圈,并设计了与之匹配的抛体电枢。对于新型结构线圈炮发射过程,从电磁场角度对电枢所受加速力进行了理论分析。通过仿真计算与发射试验验证相结合的方法,对不同初始电压等级下的发射效果进行了研究,并分析了其误差产生的可能原因。研究结果表明：新型结构电磁线圈炮可以实现弹丸的直线旋转加速,并且其出口直线速度与转速均随着初始电压等级的提高而增大,可以通过改变初始电压的方式调整弹丸的出口指标。     

一种高效螺旋线圈电磁发射器研究

提出了一种弹丸内置式、单根导轨馈电的单匝换向高效螺旋炮结构。由于将单根馈电导轨置于弹丸线圈内部,增加了驱动线圈和弹丸线圈之间的磁耦合。该结构类型的螺旋线圈发射器在恒流模式下效率可以达到100%。当弹丸距炮口2倍口径处,加速力仍保持最大值的91%。分析了高效螺旋炮的反向电压并得到能量转换效率公式,其弹丸线圈在加速过程中产生的反向电压与其运动速度成正比。     

基于COMSOL的电磁发射一体化弹丸动力学分析

为了实现高效、精确的电磁发射一体化弹丸效果,深入理解一体化弹丸在电磁场中的动态响应和运动特性,通过采用基于COMSOL的电磁场仿真模拟方法,结合理论推导和数值计算,对电磁发射一体化弹丸的动力学行为进行了系统的研究。建立了有限元模型,对弹丸在电磁场中的受力情况进行了描述和分析;利用COMSOL软件进行仿真,得到了弹丸在电磁发射过程中的速度和位置等关键参数;并得到相关的磁场特性。通过对仿真结果进行分析,深入了解弹丸在电磁场中的运动轨迹和磁场特性,进一步揭示其运动特性和响应机制,为电磁发射技术的进一步发展提供重要的参考和指导。     

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。     

动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分析

针对动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分布特性研究缺乏的问题,提出一种数值计算方法。基于磁扩散方程和安培定律,利用测得的动态实验数据和炮尾处磁通密度值,通过有限元计算,确定电枢区域和导轨区域的电流密度值;进一步计算得到电枢前端及后端中轴线各考察点磁场和电场分布特性。结果表明：随着与电枢距离的增加,各考察点峰值磁通密度逐渐减小,电枢前端各点衰减速度远大于后端各点;炮口时刻各考察点峰值电场值为膛内发射过程的数倍。提出的方法能够有效计算轨道炮智能炮弹部位感应电场和磁场,计算结果有助于智能炮弹电磁屏蔽设计。     

一种电磁线圈发射器磁场构型优化方法

为提高发射效率,提出通过加装导磁构件改变磁场构型的新型驱动线圈结构。在分析驱动线圈磁场分布 对发射器性能影响的基础上,优化驱动线圈磁场构型,分析导磁构件的结构参数对磁场构型的影响规律。结果表明： 该方法能减小线圈磁场泄露和级间耦合,增大线圈内部磁场轴向梯度和发射组件所受磁场力,提高电磁线圈发射器 的能量转换效率,得出导磁构件结构参数的最优值。     

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。     

利用转速测试弹丸炮口速度的方法研究

介绍了一种利用转速测试弹丸炮口速度的方法。地磁传感器与测试电路安装在弹丸或引信里,当弹丸发射、地磁传感器的线圈随弹丸旋转时,线圈切割磁力线而产生周期性感应电动势。测试电路采集到感应电动势信号并存储于电路内部的存储器里。在实弹测试回收测试电路后读取存储器里的数据,可以得到弹丸在炮口处的转速值,结合火炮的炮口缠度可以计量或计算出弹丸在炮口的初速值。经过实弹测试验证,该测试方法可测量炮口处弹丸的速度。     

单级感应线圈炮弹丸出口速度与效率影响研究

驱动线圈是同步感应线圈炮的主要组成部分,其结构对系统性能有着重要的影响。通过分析储能型单级感应线圈炮的工作原理和电路模型,利用 Ansoft有限元软件,分别建立了短距、中距、长距3种结构驱动线圈模型,计算了多种弹丸启动速度下的最佳触发位置及单级线圈效率。计算结果表明：3种结构驱动线圈最佳触发位置均随弹丸启动速度增加向线圈底部（炮尾）方向移动;短距线圈效率最低,随弹丸启动速度增加而降低;中距线圈效率最高,先随弹丸启动速度增加而增加,增加到一定值随后再降低;长距线圈效率居中,随弹丸启动速度增加而增加。     

美军电磁轨道炮发展综述

<正>电磁轨道炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器,与传统的火炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,电磁轨道炮利用电磁系统中电磁场的作用力,其作用的时间长,可大大提高弹丸的速度和射程,因而引起世界各军事强国的关注。电磁轨道炮是被美军称为可"改变游戏规则"的新概念武器,也是美军21世纪重点发展的新概念武器,美国海军舰载电磁轨道炮计划在2020—2025年形成初始作战能力。     

轨道炮发射过程中弹药制导组件强磁环境控制技术

电磁轨道炮弹药制导部分是其未来发展的关键技术之一.针对弹药制导组件无法承受过强磁场的问题,采用理论分析和数值仿真方法,对铜导体的电磁感应屏蔽、铁磁材料磁屏蔽以及活动制导组件的控制技术作了磁场分布有限元分析,研究了电磁轨道炮发射过程中弹药制导组件所处磁场环境的抑制方法.结果表明:采用合适隔离与屏蔽方法,制导组件所处环境的磁场可降低4个量级,达到36μT.上述研究工作很大程度上降低了弹药组件环境磁场强度和研发难度,对电磁轨道炮制导弹药研究开发具有一定参考意义.     

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。     

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。     

电容器参数对电磁炮最佳发射初始位置的影响

弹丸发射初始位置对炮口初速和相应效率的影响通过试验研究。弹丸初始位置定义为弹丸前端与线圈末端间的距离,习惯上把其处于线圈外时效率峰值定义为负。试验选用几组不同的电容器,结果取四组数据的平均值。得出的结论为:随着电容减小,效率峰值与速度峰值的交互作用增加。电压影响速度峰值。电压升高,峰值效率降低。