线圈型电磁发射器磁场构型的设计与分析

在线圈型电磁发射器的设计中,驱动线圈磁场构型的设计是基础和关键问题.提出磁场构型的概念和设计准则,推导出线圈型电磁发射模型的加速力表达式,通过有限元方法仿真分析了不同厚长比矩形截面螺线管线圈的磁场形态,考虑驱动线圈与抛体之间的互感及作用力随位置变化的趋势,比较不同截面形状螺线管线圈的磁场构型,同时计算截面形状对作用力的...     

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。     

三级磁阻型线圈发射器工作过程仿真研究

为提高弹丸发射速度,需要利用多个驱动线圈对弹丸的连续加速。对三级磁阻型线圈发射器进行了理论分析,利用Ansoft有限元分析软件仿真研究了其工作过程,重点分析了触发位置对三级磁阻型线圈发射器发射性能的影响。仿真分析表明,触发位置对三级磁阻型线圈发射器的发射性能影响较大,每一级驱动线圈都存在最佳触发位置,使弹丸出口速度及能量转换效率达到最大。研究成果将为后续多级磁阻型线圈发射器的设计与试验提供参考。     

线圈发射过程弹丸参数设置

基于Ansoft电磁场有限元分析软件,对线圈发射过程进行了动态仿真,分析了弹丸材料与形状、与驱动线圈相对位置等影响弹丸受力的因素。仿真结果表明:弹丸长度应尽量与激励线圈长度接近;弹丸采用管状结构并且外侧靠近驱动线圈内侧可充分利用驱动线圈产生磁场的能量梯度;弹丸应采用导磁非导电材料,或者改变弹丸结构以抑制其内部产生感应涡流。基于以上分析得出了弹丸的最佳受力位置,并以此求出弹丸最大出炮口速度。     

单级感应线圈发射器参数分析与动态特性计算

感应线圈发射器作为电磁发射器的一种,在未来军事领域具有十分广阔的应用前景。基于有限元的思想,利用仿真软件Ansoft分析驱动线圈驱动方式和电枢初始位置对发射器发射性能的影响,根据选定的最佳参数对单级感应线圈发射器的动态特性进行计算。通过计算明确了发射器发射过程中各参量的变化情况,为下一步对发射器进行优化设计和实验验证提供了技术支撑。     

封装螺旋线圈发射器的瞬态仿真

根据线圈炮的结构特点和发射过程,建立了二维瞬态有限元仿真模型,分析了不同封装材料和结构对发射的影响,与不同时刻的磁场分布规律。结果表明,发射过程中导体封装体内产生感应涡流,会降低弹丸的出口速度,且对电磁场的屏蔽效果不理想。而导磁的非良导体材料封装对炮的主磁场有加强作用,能提高弹丸的炮口速度,且电磁屏蔽效果良好。当导磁材料封装的厚度增加时,可以更好地增强磁场,弹丸炮口速度增加,且电磁屏蔽效果更好。为了得到更高的弹丸炮口速度并更好地屏蔽电磁场,在减小封装与驱动线圈间距并增加封装厚度的情况下,使用高磁导率的硅钢片制作封装,硅钢片的厚度应该尽量小从而削弱涡流效应。     

电磁线圈共架发射器内弹道设计

为了设计一种能够发射不同质量载荷的电磁线圈发射器,提出了电磁线圈共架发射器发射过程的内弹道优化设计方法,以发射出口速度、发射过载和能量转换效率为组合优化目标函数,并考虑了发射内弹道过程中平稳加速和过载波动抑制问题,简化了系统设计变量,提出了将多级电路耦合时序转换为电枢位置序列的设计方法,利用MATLAB编写仿真程序,建立了电磁线圈发射器发射过程的电路-电磁场-温度场-机械运动耦合数值模拟系统,并通过实例计算得到满足设计要求的电磁线圈共架发射器方案,验证了电磁线圈共架发射器设计方法的有效性。电磁线圈发射器驱动线圈结构变化系统和电源参数变化系统设计方案满足发射多质量载荷达到给定速度、效率以及过载的共架发射要求。     

基于IGCT的单级磁阻型线圈发射器的效率研究

为了提高磁阻型线圈发射的发射效率,实现其参数的最优化配置,推进磁阻型线圈发射的工程化应用,基于磁阻型线圈发射的物理模型,采用Matlab和Maxwell软件建立了单级磁阻型线圈发射装置的仿真模型并进行仿真分析。在此基础上,在放电系统中加入了半导体断路开关集成门极换流晶闸管,实现了电枢承受反向电磁力条件下对驱动线圈电流的切断。研究了优化前后发射效率的变化以及初始位置和电枢初速度对模型发射效率的影响。仿真结果表明:在电压型脉冲源初始电压为2 500 V,电容为4 mF以及给定的发射器参数的条件下,模型优化后发射效率提高了2.24%; 模型优化导致最佳初始位置前移,而电枢初速的增加会导致最佳初始距离增大。     

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。     

三级同步感应线圈发射器的速度抖动

同步感应线圈发射器是电磁发射器领域的重要分支,多级同步感应线圈发射器通过对各级驱动线圈的有序放电来推动电枢向前运动。介绍三级同步感应线圈发射器的工作原理,对速度抖动进行理论分析,在对一个给定参数的三级同步感应线圈发射器进行电磁场仿真计算的基础上,通过不同触发时间的模拟,得到了速度抖动的影响规律。分析结果表明:毫秒级以下的抖动对三级电磁线圈发射器的速度不会造成显著影响,可适当降低对高压开关等器件的响应时间要求。     

基于均匀设计的单级多极矩电磁推进器结构参数优化

相比传统的电磁推进系统,多极矩电磁推进器（MFEL）系统可调参数众多,而任何参数的变化都会影响系统效率。从等效电路出发,通过分析电枢的能量耦合公式,得出提高系统效率的有效方法。以驱动线圈单层匝数、层数、电枢厚度、驱动线圈与电枢间隙为变量因素,合理设置变量水平建立了均匀设计实验。分析实验结果数据,获得了结构参数最佳匹配对。结果表明,优化模型系统效率显著提高。分析比对各次仿真,得出MFEL主要结构参数合理设计方案。     

驱动线圈连接方式对多极矩电磁发射效率的影响研究

多极矩电磁发射是一种新型电磁发射技术,其可调参数多、驱动线圈连接方式灵活的特点对发射效率有较大的影响。从等效电路出发,分析了电枢受力公式及波形匹配问题,并通过电磁场有限元分析研究了不同电压值（电容值）和多级电磁发射情况下六极矩驱动线圈间的连接方式对发射效率的影响。研究结果表明：为了达到较大的发射效率,不同电压值（电容值）需匹配不同的驱动线圈连接方式;在多级六极矩电磁发射情况下,电枢速度改变的同时要改变驱动线圈的连接方式,可以在电容值改变较小的情况下实现较好的波形匹配,从而提高发射效率。     

一种四级线圈发射器模型研究

基于电磁感应原理。得出了弹丸受力与线圈粗细之间的关系。并设计出了一种四级线圈发射器模型。该模型利用线圈外部的传感器控制电路放电时间,较好地克服了传统发射器线圈放电时间难于控制的不足。利用SIMPLORER和Maxwell仿真软件对发射器的主体电路和线圈磁场进行了分析。并对模型实验结果和系统性能进行了分析和讨论。     

单级线圈发射器中电枢的受力分析

为提高发射效率,对单级线圈发射器中大质量电枢的受力情况进行分析。基于大质量电枢在线圈中的运 动规律,利用仿真软件建立单级线圈发射模型,对不同质量电枢的运动特性和电枢以不同初速度进入线圈的受力情 况进行仿真并总结其规律,并将弹射线圈使用与否2 种情况下的效率进行对比。结果表明：在放电回路参数相同的 条件下,电枢质量增加,电磁力反向时间推迟;电枢进入线圈的初速度增加,电磁力反向时间提前。加设弹射线圈 的模型能提高发射效率。     

线圈型电磁发射器反向电流分析及其对发射器系统的影响

线圈型电磁发射器利用驱动线圈和弹丸线圈的磁通耦合机制加速弹丸向前运动,磁通耦合的大小决定了弹丸的受力及其加速过程。然而高速运动的弹丸会造成其前部磁力线压缩,在驱动线圈内部产生与驱动电流方向相反的感应电流,抑制了电源的正常放电,导致发射器系统电流波形呈下滑趋势。针对该问题,从理论上导出了运动磁体周围环形电场分布方程,分析了运动磁体各项参数对感生电场的影响;运用有限元分析方法模拟了永磁体弹丸运动过程并利用钕铁硼柱体做了验证实验;运用线圈型电磁发射器实验平台测得了环形感应电流;通过分析不同电源电压条件下发射器系统电流分布提出了零电流输出模式的方案。     

磁阻型线圈发射器弹丸速度与截面积关系

基于电磁感应原理,弹丸受到的电磁力与磁场强度平方和弹丸截面积成正比,而弹丸所获加速度与弹丸截面积无关,只与弹丸材料密度和长度有关.以此建立由线圈,弹丸和套筒所组成的磁阻型线圈发射器实验系统,并利用Maxwell有限元软件分析发射器弹丸受力,得出相关仿真曲线.结果和实验数据表明该理论分析可行.     

金属环境对引信磁共振耦合无线装定系统参数影响

引信磁共振耦合无线装定系统位于圆筒形金属环境内工作时,装定线圈因金属环境影响会产生散射场阻抗,导致系统工作参数变化。针对该问题,建立了线圈散射场阻抗计算模型,通过实验研究了线圈等效参数随频率、间距、金属材料的变化规律。理论分析与实验结果表明：所建模型正确,理论计算结果与实验值较为吻合;金属物体的存在会引起装定线圈等效电阻值增大、电感值减小;铁磁性金属材料较非铁磁性金属材料所引起的线圈电阻值增加量更多,而电感值减少量则小些;利用所建模型计算出金属环境引起的散射场阻抗后,通过电路电容参数调整,可使装定系统重新回归共振状态。所建模型为金属环境影响下的引信无线装定系统线圈参数定量计算提供了理论参考。