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。     

四轨电磁发射器轨道构型对电流分布的影响

四轨电磁发射器的电流分布特性与其发射性能密切相关,较大的电流密度会导致枢轨的热烧蚀、磨损和转捩,严重制约发射器的使用寿命.为更好解决四轨电磁发射器电枢和轨道的热烧蚀问题,建立了3种不同构型的轨道和电枢,用有限元法对轨道和电枢的电流密度分布及电磁力进行比较分析,探讨枢轨凹凸值对电流分布和电磁力的影响.结果表明:凹椭圆型轨道提供较大电磁推力且枢轨接触面的电流密度分布最均匀,局部热损伤不明显;平面轨道提供的电磁推力较小,电流密度较大;凸椭圆型轨道电磁推力一般且枢轨接触面处电流分布不均;轨道电流密度大小与凹凸值负相关;而凹凸值对电磁推力的影响随枢轨构型不同而不同.     

增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性研究

为研究增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性,通过实际发射试验得到炮口电压、轨道电流、电枢速度和位移等数据以及发射器机械结构的实际参数。在分析电枢在膛内运动过程的基础上,建立了接触电阻与炮口电压、轨道电流、电枢速度、电枢位移等物理量之间的数学模型。进一步分析了在互感系数不同情况下电枢的接触电阻变化规律。将该变化曲线与试验轨道三维建模模型损伤图形和实际发射试验后轨道图像进行比较,发现轨道烧蚀和摩擦损伤情况随着电枢位移和接触电阻变化呈现烧损、滑动和磨损等典型特征,为预测轨道损伤提供了参考依据。     

基于电接触特性的电枢臂形状优化设计

电枢与轨道之间的接触特性直接影响电磁轨道发射器工作过程中电枢与轨道接触面上的接触压力分布和电枢与轨道上的电流分布,进而影响发射器的焦耳热分布,从而影响电磁轨道发射器的性能和寿命。为了改善发射器电枢与轨道之间的接触特性,对非过盈配合状态下电枢膛内运动过程进行了仿真,得到了电枢的运动特性和接触压力随时间变化情况。选取电枢膛内运动过程中与轨道之间接触状态最严峻的典型时刻,基于Cooper-Mikic-Yovanovich电接触理论和“1 g/A”经验法则分析枢轨间接触压力,设计了期望电接触特性,并针对典型时刻的接触状态基于反向加载法设计了电枢的过盈尺寸和形态。对装配过盈电枢和非过盈电枢的发射器进行仿真研究,比较其在典型时刻的性能。结果表明,采用改进的电枢结构可以使电枢与轨道接触面上的电导率分布更加均匀,改善了电枢与轨道的接触状态,缓解了电枢区域电流分布集中现象和焦耳热集中现象,进而延长发射装置寿命。     

静止条件下轨道炮电流分布特征仿真

目前电磁轨道炮研究的主要问题之一是发生在轨道和电枢之间的放电烧蚀。造成烧蚀的主要原因是轨道和电枢中电流分布的不均匀性。针对静止条件下5种典型的轨道-电枢结构,采用Ansoft12有限元分析软件,对比仿真分析了电流密度分布,结果表明:跑道截面轨道-马鞍体结构电枢的轨道炮具有最均匀的电流密度分布现像;矩形截面轨道-长方体结构电枢的轨道炮具有最大的不均匀电流分布特征。上述结论对抑制放电烧蚀、改善刨削和延长轨道使用寿命等方面有重要参考意义。     

四轨电磁发射器不同构型枢轨静力学分析

为更好地评估四轨电磁发射器的发射性能和使用寿命,研究了平面型轨道-平面型电枢、凸面型轨道-凹面型电枢、凹面型轨道-凸面型电枢3种不同构型电枢和轨道的受力和变形.构建了四轨电磁发射器的物理模型,在此基础上推导了电枢和轨道的受力和变形理论计算公式.采用有限元方法,分析了电枢和轨道所受的电磁力和变形.仿真结果表明,不同构型的...     

载流电枢电磁线圈发射器运行特性分析

电枢是电磁线圈发射器能量转换的关键部分,以此为研究对象,提出串联载流电枢发射器和并联载流电枢发射器的结构模型,通过分析2种载流电枢发射器的工作原理和结构特点,得到了系统微分方程,并利用MATLAB建立了载流电枢发射器的系统仿真模型,分析了发射器的运行特性。分析结果表明,载流电枢发射器发射过程无拖拽效应,串联载流电枢发射器适于载荷在20 m/s以下的加速段使用,适于选用低压的电容器电源; 并联载流电枢发射器可用于载荷在50 m/s以上的加速段使用,适于选用高电压电容器。研究结果对电磁线圈发射器电枢结构设计具有一定的指导意义。     

四轨电磁发射器电枢-轨道初始接触特性分析

为探究四轨电磁发射器电枢-轨道初始接触特性,采用有限元法对电枢和轨道的初始接触特性进行分析,选择电枢最大等效应力、接触系数、接触压强均匀系数和相对接触压强系数为接触特性性能指标,探究电枢臂长度、过盈量和电枢臂尾部厚度对接触特性性能指标的影响规律。结果表明：不同的结构参量对性能指标的影响不同,过盈量对等效应力影响较大,电枢臂长度增加导致接触系数降低,电枢臂尾部厚度主要影响相对接触压强系数。     

一种新型电磁轨道炮的设想

在考察国内外电磁轨道炮研究进展的基础上，分析了固体电枢的电热特性和固体电枢转捩为等离子体机理，结合现有国内研究情况，提出了一种能够利用固体电枢优势，而又能同时避免固体电枢烧蚀缺陷的多级电磁轨道炮的设计方案。     

韩国电磁轨道发射技术概述

概述了韩国电磁轨道发射技术的研究历程和主要研究机构。分析了韩国基于中小口径电磁轨道炮系统在电磁轨道发射器、脉冲电源、电枢、试验测试论证、设计与试验研究方面的进展,在电磁轨道炮瞬态电感梯度、电枢轨道摩擦系数、电枢电磁压力等关键技术的研究现状,并归纳了其对我国电磁发射技术研究的启示。     

液压伺服预紧的电磁发射轨道振动频率和幅值特性研究

为提高电磁轨道发射装置的稳定性,提出在电磁发射装置身管上施加预紧压力,利用液压伺服的液压自稳定性来平衡电磁冲击力引起的振动。在发射装置上3个不同位置安装具有抗电磁干扰的压电加速度传感器实时采集轨道的振动信号,应用虚拟仪器技术对比分析轨道振动频率和幅值变化。施加液压伺服预紧后大幅值振动时间明显缩短,并且在不同位置施加液压伺服预紧,发射装置呈现不同的振动特性。试验结果表明,施加液压伺服预紧能够有效缩短轨道的振动持续时间,提高电磁轨道发射装置的稳定性。     

增强型电磁轨道发射器电磁场和电感梯度仿真分析

为研究增强型电磁轨道发射器的电磁场和电感梯度特性,建立增强型电磁轨道发射器2 维仿真计算模型 进行仿真分析。采用有限元方法,在500 Hz、1 MA 正弦电流激励条件下,分析比较层叠增强型和平面增强型电磁 轨道发射器的电磁场和电感梯度。结果表明：与普通轨道发射器相比,增强型电磁轨道发射器电磁场和电感梯度有 较大提升;增强型电磁轨道发射器轨道高度越低,磁场强度和电感梯度越大;增加辅助轨道层数能够提高增强型电 磁轨道发射器的磁场强度和电感梯度。     

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。     

连续电磁发射过程中轨道受力分析

获取电磁轨道发射器轨道受力特性是分析轨道材料失效机理及极限安全连续发射边界的前提。通过建立电磁-温度-应力多物理场耦合计算模型,得到了动态发射过程中包括电磁力、温度应力和预紧力的多成分轨道应力载荷时空分布特性。分析结果表明：轨道受到的电磁力载荷在脉冲电流平顶沿电枢经过位置基本上均为峰值;轨道热量主要集中于电枢运动起始段,且热量密度在脉冲电流上升段结束时刻附近电枢经过位置达到最大值;轨道在脉冲电流上升段结束时刻附近电枢经过位置受力最为严酷;喷淋冷却可有效降低轨道中的温度应力;最优的预紧力大小以恰好满足动态发射时轨道与绝缘支撑体不分离使身管保持整体式稳定结构为判据。     

基于多块结构重叠网格的电磁轨道发射器动态发射过程流场分析

为了研究电磁轨道发射器动态发射过程流场,采用多块结构重叠网格方法、六自由度运动模型和Java程序,建立了高超声速弹丸二维运动瞬态模型。以双椭球模型为研究对象,验证了所提出非定常计算方法和重叠网格数据交互可靠性。对电磁轨道发射器4种不同运动工况下弹丸动态发射过程流场进行了数值模拟。研究结果表明：电磁轨道发射器动态发射过程是含复杂激波系流场,涉及弹前激波、移动球心球形激波、冠状激波共同作用;弹前激波出膛口到弹体尾部出膛口过程中,弹体头部中点压力分布呈现“对称性”,阻力系数分布和弹体头部中点压力分布具有相关性,弹前激波出膛口后呈现先减小、后增大“弱对称性”,弹体尾部出膛口时达到峰值;弹丸在空气域运动时,近壁面压力监测点反射后峰值会超过初始监测点压力峰值,距离弹轴距离越远,反射周期越小,监测点峰值压力衰减越慢。     

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。