一种轨道-线圈混合发射器的原理与性能分析

轨道-线圈混合发射器综合了轨道式电磁发射能发射超高速发射体和线圈式电磁发射能发射大质量物体的优点,较易使大质量发射体达到超高速。文章叙述了它的结构,分析了它的运动过程和性能,并论述了混合电磁发射的优点。     

增强型电磁轨道发射技术现状及发展趋势

电磁发射技术是将电磁能转化为动能的新型发射技术，具有初速高、初速可调、性能稳定等优点。增强型电磁轨道发射技术是电磁轨道发射技术的重要分支，具有电感梯度高的显著优点，近年来成为电磁轨道发射的研究热点之一，理论研究和工程应用均取得了较大进展。文中主要介绍增强型电磁轨道发射技术的工作原理，分析近年来相关研究机构在建模、计算仿真、试验验证等方面的主要研究成果，总结并分析近年来国内外研究现状及进展。分析结果表明，增强型电磁轨道发射技术具有增加装置等效电感梯度、降低驱动电流幅值、提升内膛寿命、提高有效载荷比等优点，但也带来电子器件使用限制、装置复杂性和绝缘风险增加等问题，提出了场路耦合计算仿真、一体化绝缘、长寿命、大张力成型、弹炮匹配等关键技术，进一步厘清增强型电磁轨道发射技术和装置的发展及应用方向，加快推进其工程化应用进程。     

基于过盈配合的C形电枢轨道初始接触特性分析

电磁发射过程初期,C形电枢与轨道之间的恰当过盈配合,是电枢和轨道保持良好的金属-金属接触,同时提供充足的接触压力确保正常发射而不发生转捩的必要条件。为对电磁发射矩形炮膛用一体化C形电枢结构进行优化设计,基于电枢与轨道的过盈配合对电枢选取了各种不同的结构参数,利用有限元分析软件ABAQUS,进行了发射初期不同结构参数下的电枢与轨道之间的2维过盈装配仿真计算,获得了结构参数变化对C形电枢轨道初始接触特性的影响规律。选取较优的仿真结果,加工制造出相对应结构参数的C形电枢进行电磁轨道炮发射试验,试验表明电枢发射性能良好。针对同一结构电枢,进行2种不同方式的过盈装配仿真计算,发现紧固式装配与填塞式装配获得的初始接触特性极为相近,与实际发射试验相一致。     

重接式电磁发射技术的现状及应用前景

论述重接式电磁发射技术基本原理，对几种不同类型的重接式电磁发射装置进行了简单的对比和分析，并阐述了重接式电磁发射技术在不同领域的应用前景。     

电容器储能型轨道电磁炮的理论分析与动态仿真

为分析电容器储能型轨道电磁炮发射过程中的影响因素，介绍了轨道电磁炮的基本原理，建立了电容储能型轨道电磁炮的电路模型，根据此电路模型和电路、电磁场及电动力学原理建立了用于描述轨道电磁炮中电磁过程的微积分方程。同时，建立了用于分析轨道电磁炮的动态仿真模型。仿真结果表明，被发射体的速度随驱动电容容量的增加而增加，随被发射体的质量增加而下降。     

电磁轨道炮中的电流线密度与膛压

为提供一个统一的参考标准,将不同口径电磁轨道炮的研究成果联系起来,借鉴传统火炮内弹道研究方法,通过描述电磁轨道炮发射过程微分方程组,以及电枢与轨道电磁力解析分析,分别从宏观层面和微观层面考察了电磁轨道炮的内弹道过程。结果表明,电磁轨道炮的电磁场、应力场和温度场不由电流大小或口径大小单独决定,而是有由它们的比值即电流线密度决定。电流线密度平方与轨道压力、弹底压力、轨道间磁压力、轨道温度成正比,电流线密度可以反映电磁轨道炮的内膛压力大小。提出以电流线密度作为电磁轨道炮的核心参数,且比照传统火炮内弹道学参数的命名,电流线密度可以看作是电磁轨道炮的"膛压"。对大、小口径电磁轨道炮发射过程模拟计算对比表明,以电流线密度作为表征量,可以有效联系起不同口径电磁轨道发射装置上相关参数的变化规律。     

重接式电磁发射的线圈与发射体仿真计算

重接式电磁发射是一种利用磁力线重接来推动发射体的电磁发射形式,具有发射体与线圈无接触、无烧蚀等优点.利用ANSOFT电磁场有限元分析软件建立了重接式电磁发射的三维仿真模型,对线圈磁场、发射体涡流和发射体受力进行仿真计算,并分析讨论线圈和发射体形状变化对发射效果的影响.仿真表明,发射体受力最大值主要取决于发射体在运动方向的受力作用面积,面积越大,受力越大;直线后沿的发射体受力要优于弧线后沿.     

电磁轨道炮发射技术的发展与现状

为给电磁轨道炮发射技术的进一步发展提供指导,回顾了电磁轨道炮发射的发展历程和应用前景,重点介绍了电磁发射技术中的研究热点和电磁轨道炮的研究现状,从电的特点出发,分析了基于电能利用的电磁炮技术的优、缺点,指出电磁炮是发射技术发展的必然趋势。由于技术的复杂程度极高,涉及到诸多非常规极端条件,因此对相关规律和现象的认识还有很大局限,发射器寿命问题的解决是电磁炮走向应用的前提,而电源的小型化问题将在相当一段时间成为电磁炮技术应用的范围与领域拓展的关键问题,有必要有针对性重点研究关键问题和瓶颈技术,以期迅速发展电磁发射技术推动电磁炮的应用。     

固体C型电枢几何结构优化设计

电枢是电磁轨道炮的关键部件之一,其几何结构直接影响轨道炮的发射性能。在电磁轨道炮发射过程中,由于电枢与轨道接触面上流过强大的电流,局部高温导致金属材料丧失强度与产生烧蚀。为此需要通过选择合理的电枢结构参数来抑制电流趋肤效应的影响,使流过导轨和电枢接触面的电流分布尽量均匀,达到改善轨道炮烧蚀的目的。基于ANSYS建立了固体C型电枢电磁性能的有限元分析模型,对三种典型的C型电枢进行了仿真计算,研究了几何参数对C型电枢电磁性能的影响,得出了最优化C型电枢的设计方案。本文的研究结论对固体C型电枢的研究与设计有重要参考意义。     

电容驱动型轨道电磁炮电磁过程的计算机仿真

为研究电容驱动型型轨道电磁炮的轨道长度选择问题及发射大质量物体的可能性,首先分析电容驱动型型轨道电磁炮发射时的电磁过程,并推导描述电磁过程的方程.在此基础上,利用Simulink建立仿真模型及方案.仿真结果表明,在实际可用的电压范围内,电容驱动型轨道电磁炮的轨道长度可选择在15m以内;利用电容驱动型轨道电磁炮可以实现对大质量物体的发射.     

美军电磁线圈发射技术发展综述

电磁线圈发射器具有弹丸和炮管无机械接触、力学结构合理、效率高、适于发射大质量载荷等优点。20世纪90年代以来美国在多个方向开展了电磁线圈发射技术的研究,该文主要介绍美国电磁线圈发射技术在军事领域的三个应用:电磁迫击炮、电磁飞机弹射系统和电磁导弹助推器。从美国电磁线圈发射技术的发展现状可以看出,电磁线圈发射技术主要应用于发射低速大质量弹丸,具备高储能密度及快速充放电特性的高功率脉冲电源仍是制约电磁线圈发射技术的关键因素,同时精确的同步控制技术和新材料技术的发展将扩大电磁线圈发射技术的应用领域并加快其实用的步伐。     

电磁弹射装置中线圈受力与电流相位的关系

为提高发射效率和速度,分析了电磁弹射实验装置中电流相位的关系及决定电磁力性质的主要因素。通过改变放电电路参数及结构,获得了不同放电条件下的电流曲线,并计算出安培力的曲线,总结了影响电磁弹射实验装置中线圈相互作用力性质和作用时间、大小的主要因素,实验表明,在相同的放电条件下,振荡放电较非振荡放电磁场斥力小,作用时间短;振荡放电电路中匝数增加则电动力减少;非振荡放电电路中等效匝数变化对电动力影响不大。     

Improvement in stabilization of launching performance and launching velocity using linear accelerator

This paper describes the improvements in launching stability and launching velocity of the linear accelerator (LAC). The authors have designed and produced a railgun using the LAC for weaving loom shuttles. The LAC is an electromagnetic launcher which enables a projectile to be launched at a speed of more than 50 m/s. Basically, it consists of a unipole linear dc motor and operates the same principle as dc rotary motors, the most difficult problem in this system being the stabilization of the current collection on the projectile. Then, various launch experiments have been conducted. As a result, the carbon projectile was launched at a speed of 73 m/s using double-state-type LAC.     

基于CAN总线的脉冲电源控制与测试系统研究

电磁发射是全部或部分地利用电能为射弹提供推力的一类新型超高速发射装置.电磁发射中最主要的部件之一是高功率脉冲电源.本文所研究的多级同步感应线圈发射(电磁发射的一种),为了能发射质量更大的弹丸,获得更高的初速,通常需要几十,甚至几百个电源模块.因此高功率脉冲电源模块的实时触发及充放电过程中的参数控制与测量成为电磁线圈发射过程中极为重要的组成部分.现场总线的规模属于局域网、总线型结构,简单但能满足现场的需要.此系统选用CAN作为现场控制总线,能满足多个电源模块的需要.     

一种线圈-重接混合型电磁发射器的设计与仿真

重接型电磁发射器发射速度高,但需要一定的初始速度,结合磁阻型和重接型两种发射器的特点,设计了一种混合型的电磁发射器,解决了重接型发射的初始速度问题,提高了发射效率,并且发射器结构简单。利用An-soft软件对发射器进行仿真,结果显示发射效果良好。     

Development of railgun accelerator at the institute of space and astronautical science (ISAS)

This paper describes the current status of the development of electromagnetic launchers such as the railgun at ISAS. The railgun is the most improved accelerator of Electromagnetic Launchers (EML). EML offers a potential for accelerating a projectile to much greater velocities than achieved with conventional powder guns or light gas guns. However, there has been little progress in increasing the velocity of EMLs since the experiment by Rashleigh and Marshall. A few experiments have been reported achieving velocities greater than 6km/s. The authors have achieved velocities greater than 6 km/s by reducing plasma leakage which is one of the factors limiting velocity. In this paper a 6 km/s launch is reported, compared with the results of two other shots considered from the viewpoint of plasma leakage, and the effect of entrainment of eroded material into the armature by rail ablation was discussed on the basis of simulated numerical calculations.     

线圈式电磁发射中的涡流分析

重接式电磁发射实际上是一种特殊形式的线圈式电磁发射,由在发射体内感生的涡流和线圈磁场相互作用产生电磁力来加速发射体.发射体内的涡流对发射器的性能至关重要.本文在涡流的二维模型的基础上,分别对涡流和其产生的磁场特性进行了仿真分析,所获得的结果对进一步提高发射器的性能有参考作用.     

永磁体用于磁阻发射器弹丸材料的可行性分析

弹丸作为磁阻发射器的重要部分,其材料的特性对发射性能有重要影响。利用Ansoft有限元软件仿真了steel1010(10号钢)和Nd Fe B35、AlNiCo9磁体等三种材料作为圆柱形弹丸材料时单级电池型磁阻发射器的动态过程,分析了永磁体作为磁阻发射器弹丸材料的可行性。结果表明,永磁体可作为磁阻发射器弹丸的材料,相对于钢等软磁材料其优势在于初始加速时间短,但发射时需考虑弹丸的极性;选择永磁体作为磁阻发射器的弹丸时,应选剩磁较大的永磁体,其发射效果更好。     

电磁发射拦截系统发射线圈三维温度场数值计算

为了更好地对电磁发射拦截系统的发射装置进行设计和实验研究,分析了发射装置的工作原理,建立了发射瞬间发射线圈温度场的数学模型。用有限元软件编制仿真程序建立了发射装置的仿真模型,并对其进行了三维温度场的有限元仿真,得到了发射线圈的温度随时间变化的规律;分析了线圈电流峰值载荷变化对线圈温度的影响规律。结果表明:由于发射线圈中脉冲电流产生焦耳热的作用,线圈的温度瞬时升高,但加载过程的前段时期内线圈的温度分布很不均匀,最高温度位于最里圈的内侧,随着放电时间的延长,由于受到热传导的作用,线圈的温度逐渐下降并趋于均匀;发射线圈的温度随着电流载荷峰值的增大而迅速升高,若温度过高,会影响发射装置的发射效率和使用寿命。故当发射线圈的电流载荷较大时,应采用必要的冷却措施,以减少发射线圈的温升。