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。     

增强型电磁轨道发射器重要参数分析及优化

为研究增强型电磁轨道发射器性能参数的影响并且预测发射器性能,建立了基于脉冲电源仿真模型、磁扩散方程有限元模型和运动学方程的增强型电磁轨道发射器计算模型。分析了轨道参数、电气参数和载荷质量对发射器出口动能和系统效率的影响;同时考虑出口动能和系统效率作为双目标,通过NSGA-Ⅱ优化算法对发射器的重要参数进行优化。结果表明:轨道长度、电容值和载荷质量对性能指标的影响是非单调的。优化模型能够有效求解增强型电磁轨道发射器重要参数的Pareto最优解集,为增强型电磁轨道发射器的优化设计提供理论依据和技术支持。     

矩形截面轨道发射器电感梯度影响因素研究

电感梯度是影响轨道发射器性能的重要指标之一,针对轨道发射器电感梯度影响因素众多的问题,对其进行合理的设计能够使轨道炮性能达到优化的效果,从毕奥-萨法尔定律出发,建立了矩形截面轨道发射器模型并求得电感梯度解析表达式;运用单参数灵敏度方法对模型中几种影响因素进行仿真分析并与常见电感梯度计算方法进行对比。结果表明:与常规计算电感梯度方法相比,该模型结果较为理想,验证了准确性;与常规方法的不同点在于引入电枢位置作为电感梯度影响因素之一并说明其影响方式。该研究可为轨道发射器设计提供一定参考。     

串联增强型电磁轨道炮技术特点与发展现状

串联增强型电磁轨道炮具有出口速度快、能量利用率高、电源要求低和轨道寿命长等优点,是电磁轨道炮重要的发展方向之一。介绍了电磁轨道炮基本原理与限制其发展应用的技术瓶颈;阐述了2种主要的串联增强型电磁轨道炮基本原理,从电感梯度、出口速度与能量利用效率、电源要求、轨道寿命4个方面分析了技术特点;总结了国内外研究机构的研究现状与研究进展;论述了串联增强型电磁轨道炮发展的限制因素及未来的发展方向。     

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。     

轨道炮动态负载特性的分析与仿真

为设计有效的脉冲功率电源,必须了解负载的动态特性。通过对一个简化轨道炮模型进行电磁场三维有限元分析,得到轨道炮的电感梯度和电阻梯度的频率和时间分布,轨道和电枢的磁感应强度分布,电枢受力,反向动生电动势变化情况。在设定的脉冲功率电流作用下,求得电枢的运动速度和位移。仿真结果表明,轨道炮的负载可以等效为非线性的电阻、电感和一个变化的反向电动势的串联。     

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％.     

一种新的电磁轨道炮电感梯度计算方法

针对现有文献对速度趋肤效应影响下的电磁轨道炮电感梯度研究不足的问题,从毕奥-萨伐尔定律出发,提出一种新的电感梯度计算方法。指出文献给出的4种电感梯度计算方法的缺点与不足,将轨道中电流假设为均匀分布于轨道的内表面及上、下表面,采用文中方法与文献给出4种计算方法对电感梯度进行分析,并将其计算值与ANSYS仿真及实验得到的电感梯度值进行对比。结果表明:该方法与文献给出4种计算方法所得计算值的变化趋势较为一致,但方法得到的电感梯度值较为接近,具有形式简单、计算准确的优点。     

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,不同构型的枢轨受力和变形有较大差别:凹面型轨道能够提供较大的电磁推力,但其变形量较大; 平面型轨道提供的电磁推力一般; 凸面型轨道提供的电磁推力较小,但其变形量较小。仿真计算结果可为满足不同的发射需求提供一定的设计思路和参考。     

地空导弹多极矩电磁发射器设计

针对如何提高地空导弹初始发射速度和战场隐蔽性的问题,设计了一种新型地空导弹多极矩电磁发射器.多极矩电磁发射器的结构装置为弹射线圈产生电磁弹射力,多极矩线圈来产生持续轴向加速力,以单级六极矩线圈为例,采用电磁场有限元方法进行发射过程仿真并提出了该发射器的设计流程.以某型地空导弹的发射性能为指标,根据建立的发射器原理和仿真模型计算得出了该发射器的线圈和电路参数,实现了地空导弹多极矩电磁发射器的设计.     

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...     

一种电磁线圈发射器磁场构型优化方法

为提高发射效率,提出通过加装导磁构件改变磁场构型的新型驱动线圈结构。在分析驱动线圈磁场分布 对发射器性能影响的基础上,优化驱动线圈磁场构型,分析导磁构件的结构参数对磁场构型的影响规律。结果表明： 该方法能减小线圈磁场泄露和级间耦合,增大线圈内部磁场轴向梯度和发射组件所受磁场力,提高电磁线圈发射器 的能量转换效率,得出导磁构件结构参数的最优值。     

基于解析法的电磁发射弹丸内膛磁场分布特性分析

电磁轨道发射装置膛内的磁场分布特性对制导弹丸的器件布局设计非常重要。对电磁轨道发射装置膛内的强磁场环境进行了分析,基于毕奥-萨伐尔定律推导了考虑弹丸运动位移和电流趋肤深度下膛内磁场的计算公式。通过时谐分析方法并采用数据拟合的方式得到了电感梯度与电流频率和弹丸运动位移的函数关系,用以分析弹丸的内弹道运动特性。采用时频分析方法得到了电流趋肤深度随时间的变化关系,从而建立了弹丸中轴线磁场分布特性求解的三维解析计算模型。以实验室的电磁发射装置为例,采用试验电流数据作为输入,对内膛弹丸处磁场分布特性进行解析计算。结果表明：弹丸中轴线的磁感应频率在450 Hz以下,磁感应强度峰值达到0.4 T,并沿弹丸长度方向迅速衰减,100 mm处的磁场基本降为0. 利用磁探针的测试数据验证了理论计算模型的正确性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

U形电枢非稳态电磁场二维数值模拟

建立了电磁导轨炮U形电枢二维非稳态电磁扩散效应计算模型，运用有限差分P—R算法耦合计算电磁场与温度场，得到了导轨及U形电枢内部磁感强度和温度分布；并将计算结果与电枢固定静止的情形做了比较。数值计算结果显示了电枢运动引起明显的电流速度趋肤效应，电流趋向表面流动并在电枢尾部与轨道接触面上趋于集中；同时使电枢尾部欧姆热剧增导致出现高温烧蚀。计算结果为固体电枢在快速滑动中避免发生转捩并抑制烧蚀提供了理论依据。     

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。