电磁轨道炮轨道表面刨削产生分析

刨削是一种高速滑动过程中发生在接触界面的损伤现象.对电磁轨道炮超高速滑动电接触界面刨削形成的因素进行了探讨,对刨削产生的微观机械作用过程进行了详细的分析,得出刨削发生于一个高速高温高应变率的物理环境中;刨削过程的物理实质是电枢与轨道局部微凸体发生了绝热塑性剪切作用.最后归纳了目前抑制刨削的3种手段,为轨道炮系统结构的设计提供了参考.     

电磁轨道发射器刨削产生特征与研究现状

超高速刨削是超高速滑动下轨道表面的一种损伤形式。刨削的出现降低系统发射效率、缩短轨道寿命,增大射弹方向误差。从刨削产生规律、刨槽形貌特性和发生发展物理机制3个方面,较全面的总结轨道上超高速刨削损伤的研究现状。结合轨道炮特有的超高速大电流特性,展望轨道炮抑制刨削的研究趋势。     

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。     

超大炮口动能电磁轨道炮设计与仿真

论证了1门200 mm口径超大炮口动能电磁轨道炮用以进行高超声速发射,目标是将20 kg弹丸的初速提高到2 500 m/s,其炮口动能将超过62 MJ.通过多个不同算例的计算,综合考虑电枢受力、电流密度与峰值电流、电感梯度和技术风险等因素,最终选择了一种简单轨道炮结构.基于200 MJ电容器组储能式脉冲电源系统,建立了轨道炮系统仿真模型并进行了分析,设计的发射器身管长为8 m,铜轨道电感梯度约为0.4 μH/m,峰值电流约为7 MA,有效电流不低于6 MA,弹丸炮口初速可达到2 540 m/s,炮口动能达到64 MJ,系统效率为31.8％.     

电磁轨道炮热生成机理及温度场数值仿真

在电磁轨道炮的发射过程中将产生大量热量,这些热量引起的温度突变是导致材料失效的重要因素.为了获得U型电枢温度场的变化规律,基于轨道炮的工作原理分析了其热生成机理;并通过将理论计算和有限元仿真相结合的方法,研究了电枢的温度变化;最后根据发射后轨道表面的观测结果,对仿真进行了试验验证.结果表明:电枢的温升主要取决于电流的大小,而摩擦热对温升的影响较小;U型电枢中拐角部分的温升比较明显,而最高温度出现在电枢的两侧与轨道接触区域.该数值仿真为轨道炮的材料技术研究提供了参考和指导.     

一种电磁轨道炮系统的仿真模型

针对传统方法建模工作量大等问题,提出一种电磁轨道炮系统的模块化分解方法。对轨道炮系统的工作原理、结构特点和工作方式进行研究,将组成系统的物理部件划分为电源、轨道、电枢和弹丸4个主要的实体模块,通过替换系统模块或者改变模型内的参数,灵活方便地研究使用不同类型电源、电枢的电磁轨道炮,并建立了轨道炮系统比较实用的仿真模型。仿真结果表明:适当增大电源电压、合理设计轨道结构及使用轨道修复技术可以提高轨道炮的性能,为今后电磁轨道炮系统的建模与仿真研究提供了思路。     

对称边界条件下轨道炮有限元／边界元仿真

基于deal．ii编写了电磁轨道炮有限元仿真程序,建立了拉格朗日运动坐标下电磁轨道炮的有限元仿真模型;通过使用有限元边界元耦合方法可以对电磁轨道炮的边界条件进行计算,而无需对轨道炮周边的空气划分网格,是一种处理电磁场边界问题的有效方法;但是,由于边界元方法,使用的是满秩矩阵,在三维情况下计算量大,利用轨道炮的对称性,使用对称边界条件,减少了参与计算的网格数目,从而减少计算量。     

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.     

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。     

坦克交流炮控系统仿真分析

以MATLAB/SIMULINK为仿真平台,对以永磁同步电动机为驱动电机的交流炮控系统进行了仿真和分析,仿真结果说明交流炮控系统在跟踪、稳定等性能上均优于以往的直流电传炮控系统.     

电枢运动状态下轨道炮膛内磁场仿真分析

通过对三维轨道炮模型进行有限元分析求得电枢所受电磁力,进而得到电枢运动速度和位移。以离散时间步长仿真得到不同时刻电枢位于不同位置时的考察点磁场强度。结果表明,膛内磁场变化同激励电流变化整体一致,但是磁场峰值时刻滞后于电流峰值时刻,在下降阶段磁场出现局部波动。磁场频率集中于低频段,整体呈下降趋势。     

Fault Diagnosis of Bearing Based on Integration of Nonlinear Geometric Invariables

A fault diagnosis method of bearing based on integration of non-linear geometric invariables was presented for the non-linearity exiting in bearing system but ignored in traditional fault diagnosis.The meanings of non-linear geometric invariables,such as fractal dimension,Lyapunov exponent,Kolmogorov entropy,correlation distance entropy and their calculation method were analyzed.Grey theory is applied to integrate these parameters and the correlation values as fault characteristic value was input into the support vector machines for diagnosis.The experimental results show that this method can distinguish the bearing fault effectively,it provides a new approach for the fault diagnosis of rotating machinery.     

电磁轨道炮三维瞬态涡流场的有限元建模与仿真

本文分析了固体电枢电磁轨道炮的三维瞬态涡流问题,建立了运动坐标下的磁扩散公式,该公式基于准稳态麦克斯韦方程组,用矢量磁位和标量电位作为未知量。在运动坐标下计算含有运动导体的磁扩散问题,可以消除高速情况下的数值不稳定,减少计算量和内存需求。通过施加库仑规范,保证了方程解的唯一性。本文以方膛电磁轨道炮为例,用有限元法和后向差分格式对方程组进行了求解,得到了轨道炮中电流密度的分布,以及电流和电枢速度的变化过程。     

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。     

电磁轨道炮二阶欠阻尼电路的模型构建与分析

采用了一种简单的等效电路模型,建立了电磁轨道炮的回路方程。利用拉普拉斯变换及反变换得出了储能电容器上的电压、放电回路电流和电枢反电动势的表达式,运用MATLAB软件分析了不同电感梯度下三者的变化规律。结果表明:电感梯度越大,电压波动越小,电流波动也越小,反电动势则越大。随着时间的增长,它们的波动频率先是比较显著,继而逐渐趋向于零。这对研究电磁炮电路问题提供了一定的理论依据。     

Velocity Correction and Measurement Uncertainty Analysis of Light Screen Velocity Measuring Method

Light screen velocity measuring method with unique advantages has been widely used in the velocity measurement of various moving bodies.For large air resistance and friction force which the big moving bodies are subjected to during the light screen velocity measuring,the principle of velocity correction was proposed and a velocity correction equation was derived.A light screen velocity measuring method was used to measure the velocity of big moving bodies which have complex velocity attenuation,and the better results were gained in practical tests.The measuring uncertainty after the velocity correction was calculated.     

冲击载荷作用下岩石动态力学性能的数值分析

为研究不同冲击载荷和不同性质岩石的动态力学性能,通过与实验结果的对比分析,验证了数值仿真冲击载荷下应力波在岩石介质中传播特性的可行性,利用显式非线性动力分析有限元程序LS-DYNA,数值模拟了SHPB冲击岩石试件的过程,得到了不同冲击速度下人造岩石的应力-应变曲线,获得了相同冲击速度下几种不同性质岩石的应力-应变关系,结果表明,人造岩石的动态力学特性与应变率有很大关系,岩石的动态力学特性与岩性密切相关.     

伺服机构综合负载模拟试验系统

针对大型运载火箭伺服机构所受实际负载情况,提出了一种综合负载模拟系统,能够模拟惯性、弹性、摩擦和常值负载。其中惯性负载、弹性负载以及伺服机构的柔性安装基础采用机械结构模拟,摩擦负载和常值负载采用液压系统来实现。分别对伺服机构、液压加载系统以及柔性结构进行建模,并以此为基础构造了系统的综合数学模型。仿真表明,该系统能够复现伺服机构实际工况下的负载特性,加载多余力也能得到很好的抑制。建立了负载模拟试验系统,实现了对各种负载及谐振特性的模拟,为伺服机构的地面测试和深入研究提供必要的实验基础。     

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。     

空降车着陆缓冲过程结构强度分析方法研究

为了研究空降车着陆缓冲过程中的结构强度,采用有限元方法建立了车体-气囊有限元模型,在两种工况下进行仿真计算,获得最大加速度结果,并将有限元仿真与加速度试验结果对比。仿真结果能准确反映空降车着陆缓冲过程,车体冲击加速度满足着陆缓冲过程的要求。进一步得到了正常着陆工况和恶劣着陆工况下车体的应力分布情况,结果表明,车体最大Von Mises应力小于材料的抗拉强度,车体的结构强度满足设计要求。