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。     

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。     

电磁轨道炮电磁力学分析

在矩形电枢与简单轨道的基础上建立了电磁轨道炮轨道和电枢上磁场扩散的二维有限元计算模型,模型没有考虑轨道与电枢的形变.分析了电枢运动引起的速度趋肤效应,随着轨道与电枢相对速率的增加,磁场、电流的趋肤效应越明显,当速度大于1 000 m·s-1时,磁场和电流集中分布在轨道内表面与电枢后表面附近很小的区域,继续增大相对速率不会使磁场分布发生明显变化.采用ANSYS软件计算了静态复杂电枢结构情形下轨道电枢上的磁场和电流分布,U形电枢结构对于抑制电枢与轨道交界处磁场、电流的过分集中有明显的改善作用.     

U形电枢非稳态电磁场二维数值模拟

建立了电磁导轨炮U形电枢二维非稳态电磁扩散效应计算模型,运用有限差分P—R算法耦合计算电磁场与温度场,得到了导轨及U形电枢内部磁感强度和温度分布;并将计算结果与电枢固定静止的情形做了比较。数值计算结果显示了电枢运动引起明显的电流速度趋肤效应,电流趋向表面流动并在电枢尾部与轨道接触面上趋于集中;同时使电枢尾部欧姆热剧增导致出现高温烧蚀。计算结果为固体电枢在快速滑动中避免发生转捩并抑制烧蚀提供了理论依据。     

块状固体电枢非稳态电磁效应的三维数值模拟

建立了电磁导轨炮块状电枢三维非稳态电磁扩散效应计算模型,运用有限差分法耦合计算了电磁场与温度场,得到了导轨及电枢内部磁感强度、电流密度和温度分布.数值计算结果表明,电枢运动会引起电流趋向表面流动并在电枢尾部与轨道接触面上趋于集中,使电枢尾部焦耳热剧增并导致高温烧蚀.与二维模型相比,三维模型能更加真实地反映电磁导轨炮发射过程中导轨和电枢中的物理现象,对理论和试验研究有指导作用.     

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。     

电磁轨道炮后坐过程研究

分析了电磁轨道炮发射时后坐运动的特征,将其运动分为3个时期：电枢膛内运动时期、电枢出膛后残余电能释放时期和惯性后坐时期;进一步将每个时期的后坐运动分为自由后坐运动与制退运动。分别分析3个时期身管后坐的运动特征,根据其运动方程与力平衡方程,结合内弹道计算结果与发射器总体设计参数求解各时期运动规律。以某口径电磁轨道炮为例,在初始后坐阻力10 kN,后坐总行程20 mm的前提下,计算得到后坐阻力常数为22.728 kN,后坐总时间为92.32 ms,获得了后坐运动曲线。计算方法及结果能够为电磁轨道炮制退机与复进机的设计提供一定的指导依据。     

考虑电枢与导轨实际接触状态的电磁轨道炮膛内磁场分析

针对电枢与导轨(简称枢轨)实际接触条件下电磁轨道炮膛内磁场研究缺乏的问题,从小口径C型电枢轨道炮出发,根据静止状态下枢轨实际接触产生的电枢电流密度分布,利用数值计算和有限元仿真对电枢前端中轴线上各考察点磁通密度进行分析,结果与试验值基本吻合。在此基础上,利用模化方法,对电枢运动条件下轨道炮膛内磁场分布特性进行了分析,结果表明：在满足一定相似关系的基础上,可以实现不同口径轨道炮电枢速度和膛内磁场的近似模化;各考察点峰值磁通密度随着与电枢距离的增加而迅速衰减,距离电枢曲率圆心2倍口径考察点的磁通密度仅为1倍口径点的27.4%左右;研究结果有助于智能弹药的电磁屏蔽设计。     

基于灰熵分析法的电枢出口速度影响因素分析

为了研究电磁轨道炮结构设计参数与电枢出口速度之间的相关性,建立了电磁轨道炮电枢出口速度影响因素的指标体系,采用灰熵关联法,分析了电容、电感、电阻、电枢质量、轨道有效长度、放电电压对某口径电磁轨道炮电枢出口速度散布特性影响的显著程度.结果表明,放电电压、电容是影响电磁轨道炮精度的主要因素,电枢质量时电磁轨道炮精度影响最小...     

复合型电磁轨道的多物理场耦合分析

电磁轨道炮在发射时,轨道和电枢均处在强电磁场中,电枢和轨道局部处在高温和高压力作用下,且各物理场间相互耦合作用。分析轨道在耦合场作用下的温度分布和应力分布是十分重要的。在分析了电磁轨道炮发射状态下的电磁场、温度场和机械场的多物理场条件的基础上,给出了相应的控制方程,建立了铜基复合型轨道在发射状态下的电磁、热、机的耦合场的三维计算模型,计算了发射状态下复合轨道的电流密度分布、温度场和应力场,分析了轨道基层、轨道复合层以及电枢温度分布的特征,讨论了影响轨道内侧表面应力分布的因素。     

动态雷达目标电磁散射中姿态角的计算

建立合适的电磁散射模型是逼真地复现雷达目标的运动特性和回波特性的前提,而雷达动目标姿态角的计算是建立电磁散射模型的关键。文中提出了利用雷达目标的运动航迹求解雷达动目标姿态角的方法,并对其求解过程进行了推导,提出了任意姿态下进行动态雷达目标电磁散射特性仿真的一种思路。仿真计算结果验证了该方法的准确性和有效性,该方法可以在实际工程中推广应用。     

四元数法在光滑环系统坐标变换中的应用研究

光滑环极坐标跟踪成像系统具有结构简单、尺寸紧凑等优点,顺应了未来武器装备的小型化发展趋势,是现代制导设备的关键部件之一.光滑环极轴跟踪成像系统与传统跟踪成像系统相比,物象变换关系更加复杂,而明确的物象关系是制导设备进行跟踪制导的基础.本文利用四元数旋转性质以及其坐标变换关系,分析了光滑环极轴扫描成像系统的物象变换关系,...     

一种弹道成形水平攻坚制导律研究

攻坚型图像制导导弹水平攻击坚固工事时,落角越小越有利于随进战斗部成功随进。根据简单的导弹运动模型,利用拉格朗日方法推导了一种同时带有落点和落角约束的弹道成形水平攻坚的最优制导律,给出了制导系统的弹道纵坐标、过载、弹道倾角随制导时间的变化关系,以及不同的末制导时间对制导规律的影响,为型号研制提供了理论依据。     

基于动态嵌套网格的非定常气动力数值模拟

在惯性系下耦合求解非定常N-S方程和六自由度刚体动力学方程,对含有运动边界的复杂非定常流场进行了数值模拟,计算中采用动态嵌套网格技术,双时间方法结合Runge-Kutta显式时间推进进行数值求解。作为应用实例,数值模拟了矩形机翼刚性谐和振动以及外挂物投放的复杂非定常流场,计算结果同实验数据吻合较好,表明了数值方法的正确性和有效性。     

考虑管状药束轴向运动的大口径平衡炮二维内弹道模型的建立与仿真

传统的两相流内弹道模型将火药颗粒作拟流体假设,对于采用长管状药装药的大口径高速平衡炮来说误差较大。为解决这一问题,针对管状药模块化装填的某480 mm口径高速平衡炮提出在欧拉坐标系中考察火药气体的流动情况,在拉格朗日坐标系中追踪管状药束的运动规律;同时针对药束径向运动方程难以建立的问题,提出药束沿径向线性排布药束的思想,建立了考察管状药束沿轴向的运动规律并能够描述火药气体沿轴向和径向的流动情况的内弹道模型,编制程序进行了数值模拟。通过计算结果与试验结果的对比分析,证明了建立的模型有效,得到了火药气体在轴向和径向的压力分布以及药束模块的运动轨迹,为平衡炮内弹道性能的深入研究提供了新的思路。     

两层介质中运动水平时谐偶极子产生的电磁场

为了使舰船轴频电磁(EM)场能被真正应用于新型水雷武器引信,求解出了在两层介质中运动的水平时谐偶极子在固定场点产生的电磁场。求解过程分为两步：首先求解静止时谐偶极子在介质中的固定场点产生的电磁场;然后通过狭义相对论的洛仑兹变换,得到匀速运动的时谐偶极子在固定场点产生的电磁场;最后以深海中低速运动的极低频水平时谐偶极子为例,对其产生的电磁场进行了数值计算,并且通过与试验数据的对比证明了本文的实用性和正确性。     

电磁力减振过渡过程的机理研究

电介质溶液中,电磁场产生的电磁力可以控制流体的运动。将其用于钝体绕流时,可以抑制分离和消除涡街,从而达到减振的目的。为了研究电磁力减振的过渡过程,将指数极坐标系建立在运动的圆柱上,推导了运动坐标中,基于涡生振荡并考虑电磁力的涡量-流函数守恒方程及其初始和边界条件,圆柱表面的水动力表达式以及圆柱振荡方程。对圆柱从静止开始振荡,到发展为稳定振荡状态,然后又在电磁力作用下衰减,直至成为新的稳定态发展过程进行了计算和讨论,描述了圆柱振荡、脱体涡街和能量传递的发展过程,以及升阻力相图的连续变形和漂移。结果表明：圆柱振动的诱因在于流动分离产生的尾涡诱导的升力周期变化;圆柱表面附近分布的切向电磁力可以有效改变边界层附近流体的流动,抑制流动分离,从而使流场趋于对称,消除升力的周期振动,最终抑制圆柱的振动甚至在电磁力较大时可以消除振动。     

旋转磁偶极子式超低频发射天线辐射特性

超低频电磁波（30~300 Hz）在水和土壤中的路径损耗较小,因此在海底、矿井应急、地震预报及军事等领域具有不可替代的作用。为实现小型化和低功耗的超低频机械天线,对运动磁偶极子辐射特性进行了研究。通过控制永磁体旋转产生交变磁场,辐射超低频电磁波;将旋转永磁体等效为其表面安培电流,依据法拉第电磁感应定律,结合安培电流模型,引入永磁体参数及被测距离建立辐射功率解析模型;分析实验研究影响因素与旋转永磁体辐射功率的关系,并利用二进制数字频率信号调制进行通信实验。结果表明：旋转永磁体在空间辐射功率与永磁体剩磁的平方、永磁体体积的3次方呈正比,与测试距离的4次方呈反比;通过对转速的实时控制,以及对信号进行时频域变换,实现了超低频通信。     

近场目标的三维ISAR成像数据快速仿真

电大尺寸目标快速三维成像仿真在完成目标在弹目交会成像仿真坐标系的转换后,采用成像算法取代频率逐点扫描和散射数据逆傅里叶变换成像算法,直接获得目标时域响应,采用单双站近似法提高角度扫描的计算速度,从而实现导弹类电大尺寸目标三维快速成像仿真,仿真速度提高约两个数量级。     

一种新的双基地探测系统数学模型及模糊函数的建立方法

在任意运动目标的双基地平面内,以目标运动方向与双基地基线的交点为参考点,采用目标至参考点距离r、目标运动方向与基线的夹角d、参考点对基线的分配比n及基线长L为研究变量,建立了对慢起伏运动点目标的回波模型及模糊函数。这里仍采用了T. Tsao对接收端信号时延进行泰勒级数展开的近似方法。但基于所建模型,充分考虑了建立模糊函数时基准点和误差点目标运动的任意性,因此,更具普遍意义;且无需建立复杂的指北坐标系,从而使分析过程得以简化。