电刷换向螺旋线圈炮的Pspice仿真及电弧分析

使用高压电源驱动螺旋线圈发射器时,电刷在换向过程中容易产生电弧,严重时会造成短路并毁坏系统。针对该问题,对线圈发射器换向过程进行了Pspice仿真,分析了开关过渡时间和单元间电容对换向电压的影响。仿真结果表明：随着弹丸运动速度增加,开关过渡时间变小,换向电压变大,容易引发电弧,进而降低能量转换效率和发射速度;适当调节发射器单元间电容,可以使匝间电流得到缓冲,降低单元间电压,避免电弧产生。     

螺旋线圈炮换向过程中的能量损失

从弹丸加速过程中炮系统的反向电压和单匝换向的互感储能变化2个不同角度研究了螺旋线圈电磁发射器（HCEL）的能量转化和损失问题。结果表明：恒流模式下HCEL加速弹丸的动能等于换向过程中损失的电磁能,单匝换向过程中损失的磁能为驱动线圈通电部分前端接通电流匝增加的磁能与其尾部断开匝的剩余磁能之差。     

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。     

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。     

喷流上游电弧等离子体对超燃燃烧室性能的影响

基于电弧放电等离子体热阻塞机理,数值模拟等离子体产生于超燃燃烧室横向喷流上游时燃烧室流动过程,分析激励器位置与激励强度两个关键因素对等离子体作用效果的影响。结果显示:激励器开启下等离子体区域形成一高温虚拟凸起,诱导出斜激波;随着激励位置从燃烧室入口向喷流移动,喷流上游回流区x向尺寸呈先增后减趋势,在最优激励位置激励时,分离激波强度显著降低。     

电磁轨道炮被动式炮口消弧装置的理论分析与优化设计

为了研究电磁轨道炮消除炮口电弧的方法,提出了一种新型结构的被动式炮口消弧装置,建立了含有消弧装置的内弹道计算模型。分析了被动式消弧器的两个作用原理,第一个是磁通压缩原理,能够在电枢中产生反向电流,以减小炮口剩余电流; 第二个是续流原理,使系统中残余能量可以从消弧器中释放,而不是经过电弧,从而大大减小炮口弧光。发现消弧器的电气参数必须与发射器的电气参数相匹配才能达到最佳效果,过大或过小的感抗和阻抗都会导致不良消弧状态,最优参数应为较小的电感与稍大的电阻组合。进一步研究了炮口消弧器的工程化设计方法,所提出的结构最适合使用不锈钢材料,能显著降低炮口残余电流和电弧,而初速基本没有减小,该理论分析和设计思路可以为轨道炮消弧器的研究提供参考。     

GTAW焊电弧的磁流体动力学数值分析

基于磁流体动力学理论建立GTAW电弧的二维稳态轴对称模型,通过FLUENT14.5软件对不同电流和不同氩气流量下的电弧特性进行数值模拟,模拟得到不同焊接电流条件下电弧的温度场、速度场、压力场、电流密度和工件表面的总热流量。结果表明:当电流增加时,电弧区能量升高,电弧的参数均会增大;氩气流量的增加,电弧等离子体的最高温度先升高后降低。为获得更高的温度场,有一个合适的气体流量范围,电弧压力有小幅增加,但氩气流量的改变对其他参数的影响不大,可见在电弧区电磁力占主导因素。     

预热及后热对焊缝含氢量及韧性的影响

实验表明,预热之后施焊由于熔池表面积相对增大,焊接过程中熔池从电弧气氛中吸收的总氢量增加,因而焊缝中的初始氢含量提高;残余氢含量的大小取决于预热对初始氢含量及氢逸出速度的综合影响,后热对粗晶区组织韧性的影响与材料成分有关,对于18MnMoNb钢,后热过程中由于粗晶区马氏体板条间过冷奥氏体分解析出渗碳体,因此经过后热的粗晶区的韧性有所下降。     

一种HEML的弹丸受力仿真

利用Ansoft Maxwell有限元分析软件建立了一种螺旋线圈型电磁发射器(Helical electro-magnetic launcher,HEML)弹丸的受力仿真模型,该种弹丸含有两个线圈,能产生更大的加速力;对弹丸线圈与驱动线圈的相对位置、尺寸对弹丸受力的影响,以及两个弹丸线圈间相互作用力、弹丸所受法向力进行了仿真计算;结果表明,弹丸的受力大小与弹丸线圈与驱动线圈的相对位置有关,且有一个受力最大位置;弹丸的最大受力大小随着弹丸线圈长度、驱动线圈长度增大而增大,且增大趋势逐渐变缓;在选择弹丸材料及加工工艺时,需考虑前、后弹丸线圈间的相互作用力,以及弹丸线圈所受法向力对弹丸的影响。     

等离子体激励对飞行器流场影响的数值研究

针对传统飞行器控制方式的缺点,采用小尺度等离子体流动控制技术对飞行器流场影响进行研究。在前人的实验模型及飞行参数进行研究的基础上建立三维模型,采用数值仿真方法,研究了等离子体激励器位置和注入能量大小对飞行器流场及表面压力分布的影响。仿真结果表明：等离子体与边界层的相互作用可改变飞行器外部激波的初始结构,并在激励位置附近形成局部高压区;随着注入能量的增加,高压区峰值及作用范围分别扩大;等离子体激励产生的扰动具有三维传播特性,对飞行器侧壁面甚至对整个壁面周向压力分布产生影响。     

拉开时序下脉冲成形网络中半导体器件的击穿与保护

为了让电磁轨道内的电枢获得均匀加速,脉冲成形网络（PFN）通常采用多个脉冲成形单元（PFU）拉开时序放电的工作模式,以输出平顶电流波形。此时,PFU内的续流二极管可能会承受很高的反向恢复电压而损坏。通过对二极管反向恢复过程以及PFN电路特性的分析,提出了一种通过避 免负载上出现反向电压的方法来消除半导体开关器件损坏的隐患,并推导出避免出现反向电压的参数匹配公式。将该匹配公式应用在一套由8个75 kJ模块组成的600 kJ储能的PFN电源参数设计中。该电源系统通过控制放电时序生成了近似平顶的电流波形,且系统工作稳定,无半导体开关器件损坏现象。实验结果表明,通过合理的负载参数匹配,可以降低甚至消除二极管上的反向过电压。     

高功率半导体激光器光纤耦合线阵技术

研究高功率半导体激光器的光纤耦合和光纤输出端密排成线阵的技术。论述了微柱面透镜对高功率半导体激光器椭圆光束的准直原理,计算了剩余发散角,设计了光纤耦合器件和光纤输出端密排成线阵的夹具。这种方法耦合效率高,线阵中各激光元地址可设定,并可对各激光元输出功率进行调制。它作为能量型器件,可在激光显示技术(LDT)和选择性激光烧结快速成型(SLS RP)技术中应用。     

HL-2A装置环向场电源系统及其控制

HL-2A环向场电源系统采用400kVA同轴励磁机作为80MVA发电机组励磁的交流电源,两组三相全控整流桥并联为机组励磁线圈供电(主励),另外一组完成励磁机本身的励磁(副励).发电机两个错30o Y形绕组接二极管整流柜为环向场线圈供电.发电机组经拖动电机加速到1488rpm处放电,由环向场计算机系统通过控制脉冲发电机组的励磁电流调整发电机的输出电压,实现对环向场脉冲电流波形的调节.     

轻型陶瓷/金属复合装甲抗弹机理研究

为探讨轻型陶瓷复合装甲抗弹机理,采用弹道冲击试验研究了高速破片冲击下轻型陶瓷/金属复合装甲的冲击响应,对弹体、陶瓷面板及金属背板的破坏现象进行了物理描述和唯象分析,指出了陶瓷面板和金属背板的破坏模式,分析了陶瓷/金属复合装甲的弹道吸能机理及抗弹性能。结果表明,锥形碎裂是陶瓷面板的主要破坏模式,其宏观裂纹主要有：径向、环向及与初始表面法线方向约65°夹角向外扩展的锥形裂纹;此外还会形成与背表面法线间的夹角约为65°的倒锥形断裂面。背板的变形范围、破坏程度及破坏模式均与船用钢靶板有较大区别,当弹速低于靶板弹道极限时,背板变形模式为隆起-碟型变形,当弹速大于靶板弹道极限时,随着陶瓷面板相对厚度的增加,金属背板的破坏失效模式有：剪切冲塞失效、碟型变形-剪切-花瓣型失效、碟型变形-花瓣型失效;弹体动能主要耗散在弹体和背板的破坏与变形;弹道极限速度附近,弹体和金属背板破坏吸能量会由于陶瓷面板的相对厚度不同而不同,但他们的总吸能量可占弹体初始冲击动能的90%以上,而陶瓷面板碎裂及反冲击方向喷射的动能小于弹体初始冲击动能的10%。     

金属球目标雷达成像特性分析

在金属球后向电磁散射精确解的基础上对其复雷达散射截面（复RCS）的幅度和相位特点进行了分析。金属球距离像在低频段呈现大小悬殊的2个尖峰,在高频段仅出现1个尖峰,其二维像在不同转角和频段下呈现出圆弧或点的特征。指出不同条件下金属球应当用色散、滑动或理想点散射中心模型进行描述。所揭示的金属球雷达成像特性对于RCS测量定标和散射源诊断分析具有参考价值。     

船用轻型陶瓷复合装甲抗弹性能实验研究

为探讨舰艇抵御高速破片弹遭侵彻的装甲防护结构,设计船用钢装甲和3种陶瓷复合装甲结构,并采用弹道冲击实验,研究其在高速破片冲击下的抗弹性能。结果表明:高速破片穿透普通舰艇结构后仍具有较强杀伤威力,必须为舰艇设置专门防护装甲抵御高速破片的冲击;高速破片冲击下,船用钢装甲的破坏模式为延性扩孔和剪切冲塞的组合形式;增加陶瓷面板后,钢背板的冲击响应类似于低速卵形弹冲击下的薄板穿甲,变形范围和变形程度大大增加,其变形失效模式有蝶形变形和花瓣开裂型穿甲,此外陶瓷对弹体的侵蚀、钝化及碎裂能大大降低弹体的侵彻能力,碎裂陶瓷锥的运动还将吸收部分弹体动能,降低弹体剩余速度,并和剩余弹体共同冲击背板;陶瓷复合装甲的单位面密度吸能量较船用钢提高35%以上,其结构质量较船用钢装甲轻25%以上。     

火药床内电弧辐射能量分布的数值研究

为了研究辐射能量在火药床内的分布情况,该文采用了Monte-Carlo方法, 模拟颗粒床中辐射换热的实际物理过程,通过对能束的追踪,得到辐射热流量分布的统计规律,火药床对电弧辐射有屏蔽仿真,辐射能量只能作用在电弧周围很小的距离内.该方法能够为电热化学炮点火机理的研究提供一定的理论依据.     

随队式干扰对抗组网雷达的目标航路规划研究

针对具有连续性和严密性布防的组网雷达突防问题,研究了随队式干扰样式对抗雷达网的目标/编队的航路规划问题。从单部雷达的暴露区半径计算入手,通过对两部雷达的干扰突防分析,将目标/编队在随队式干扰掩护下突防雷达网的航路规划研究,转化为利用组网雷达中存在的公共弦组成的连通网状图问题,并通过结合启发式搜索,给出了一种目标/编队在随队式干扰掩护下的雷达网航路规划优化方法。仿真结果表明,该方法是有效、可行的。