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。     

增强型电磁轨道发射器电磁场和电感梯度仿真分析

为研究增强型电磁轨道发射器的电磁场和电感梯度特性,建立增强型电磁轨道发射器2 维仿真计算模型 进行仿真分析。采用有限元方法,在500 Hz、1 MA 正弦电流激励条件下,分析比较层叠增强型和平面增强型电磁 轨道发射器的电磁场和电感梯度。结果表明：与普通轨道发射器相比,增强型电磁轨道发射器电磁场和电感梯度有 较大提升;增强型电磁轨道发射器轨道高度越低,磁场强度和电感梯度越大;增加辅助轨道层数能够提高增强型电 磁轨道发射器的磁场强度和电感梯度。     

多匝轨道炮的电磁学优势分析

多匝轨道炮采用多层结构,是解决简单电磁轨道炮电感梯度小、电流汇聚严重等轨道炮应用问题的一个重要途径.分别对简单轨道炮、双匝、三匝轨道炮膛内磁场分布、电感梯度、轨道内电流分布进行了比较分析.分析结果为在单侧通流总量不变、口径相同条件下,3种结构形成的磁场分布近似,多匝轨道炮电感梯度提高明显且电流汇聚程度减弱.分析认为,与简单轨道炮相比,轨道炮采用多匝结构可在一定程度上降低对脉冲电流的大幅值需求,进而减小对电源的要求、降低电源及回路线缆的不必要能耗、减弱欧姆热集中带来的不良影响,是轨道炮发展的一个重要方向.     

电磁发射效率与激励电流关系的仿真

首先分析了恒定电流和脉冲电流对发射效率的影响,结论是恒定电流驱动时,发射效率低于50％;而采用脉冲电流驱动可减少电感的储能,提高系统的发射效率。接着分析了几种脉冲电流驱动模式对发射效率的影响,给出了影响效率的几个主要因素（磁能损耗、轨道电阻热损耗与电流大小、轨道长度、轨道电阻梯度、电感梯度等）之间关系的数学表达式。对一个实例进行仿真分析,比较了在几种不同的电流接人模式下的系统发射效率,结果表明采用单脉冲电流作用下的效率最高,其他几种分布式电流驱动效率较低。     

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％.     

月地返回轨道参数的初步分析

对月球探测器的返回轨道进行建模与参数分析.基于双二体假设,在三维空间中建立返回轨道的数学模型;根据模型计算给出初步设计轨道的算例,并以此结果为初值,在已有高精度动力学模型下搜索计算,较快地得到了精确轨道参数;通过两条轨道参数的对比,证明文中初步设计解析方法的正确性;通过对模型进行仿真计算,得到落区位置等因素对近月点机动...     

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。     

一种快速识别形体巨大目标的方法

提出了一种从灰度图像中识别形体巨大的目标的方法。此方法先计算灰度图像的梯度值,再对梯度图像进行二值比,对二值化后的图像先后进行腐蚀和膨胀操作,然后对所得到的图像进行区域分割,从得到的区域中找到目标区域。     

一种基于高阶曲面拟合的图像边缘检测方法

提出一种基于高阶曲面拟合的边缘检测方法,首先对图像进行自适应Wiener滤波,然后用一个邻域内的像素点来拟合一个高阶曲面,由此计算该点的梯度值,再依据梯度方向对梯度值进行抑制,最后依据统计特性选取阈值,得到边缘图像.仿真实验表明,该方法计算梯度准确,定位精度较其他方法更高,适合各种类型的边缘.     

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。     

基于B探针的膛内电枢速度测量系统研究

弹丸速度和位移的测量是电磁炮重要的测试项目之一。针对以往分布式探针测速需要多路高速采集通道的问题,提出采用探针串联和波形叠加进行增强型电磁轨道炮膛内电枢速度测量的两种新方法。通过仿真给出采用驱动电流信号和拟合速度变化曲线计算增强型电磁轨道炮磁探针感应电压的方法;通过实验分别采用探针串联和波形合并两种新方法对膛内电枢速度进行测量,并与分布式测量方法进行比较。仿真和实验结果表明：仿真所得探针波形与实验测得的波形基本一致,提出的两种新方法与分布式测量方法相比只需要一路高速采集端口,具有成本低、可靠性高等特点,为轨道电磁炮膛内电枢速度的测量提供了一条新途径。弹丸速度和位移的测量是电磁炮重要的测试项目之一。针对以往分布式探针测速需要多路高速采集通道的问题,提出采用探针串联和波形叠加进行增强型电磁轨道炮膛内电枢速度测量的两种新方法。通过仿真给出采用驱动电流信号和拟合速度变化曲线计算增强型电磁轨道炮磁探针感应电压的方法;通过实验分别采用探针串联和波形合并两种新方法对膛内电枢速度进行测量,并与分布式测量方法进行比较。仿真和实验结果表明：仿真所得探针波形与实验测得的波形基本一致,提出的两种新方法与分布式测量方法相比只需要一路高速采集端口,具有成本低、可靠性高等特点,为轨道电磁炮膛内电枢速度的测量提供了一条新途径。     

基于灰熵分析法的电枢出口速度影响因素分析

为了研究电磁轨道炮结构设计参数与电枢出口速度之间的相关性,建立了电磁轨道炮电枢出口速度影响因素的指标体系,采用灰熵关联法,分析了电容、电感、电阻、电枢质量、轨道有效长度、放电电压对某口径电磁轨道炮电枢出口速度散布特性影响的显著程度.结果表明,放电电压、电容是影响电磁轨道炮精度的主要因素,电枢质量时电磁轨道炮精度影响最小...     

晶闸管关断特性在增强型轨道发射系统中的影响分析

基于一种增强型轨道炮负载特性,从机理上分析了大功率晶闸管关断特性在增强型轨道发射系统中的影响。研究结果表明,增强型轨道炮发射过程中脉冲成形网络部分电能得不到有效利用,分析原因是增强型轨道炮的初始电感较大,导轨电流具有梯形波特性,从而使发射初始阶段后膛电压具有较高的幅值,导致该阶段放电的脉冲成形单元存储的电能没有释放完全,大功率晶闸管就因承受了反向电压而关断。通过对增强型轨道炮系统仿真和发射试验验证了上述结论。根据增强型轨道发射系统中脉冲成形网络的实际状况,对剩余电能再利用的方法进行了探讨。研究结论对大功率晶闸管在增强型轨道发射系统中的工程应用具有指导作用。     

基于炮尾电压的串联增强型电磁轨道炮滑动电接触特性分析

为研究局部增强型电磁轨道炮的滑动电接触特性,提出一种基于炮尾电压的计算分析方法。通过构建接触电阻、炮尾电压、炮尾感应电压以及轨道电流间的数学模型,定量表征电枢与轨道间的滑动接触电阻。根据接触电阻的波形特征,将电枢与轨道间的接触状态分为启动阶段、接触电阻稳步下降阶段、电阻增长阶段和单轨阶段4个阶段。计算了系统的发射效率与接触电阻焦耳热能耗率。结果表明：在电枢启动阶段枢轨间的接触主要为固体-固体接触,接触电阻偏大;逐渐形成的铝熔膜会使实际接触面积增大,改善接触状态;接触电阻与电枢所受到的磁压力呈负相关;接触电阻是影响发射效率的重要因素之一。由此可见对局部增强型电磁轨道炮滑动电接触特性的分析工作为轨道炮的机理研究与设计起到了积极作用。     

动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分析

针对动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分布特性研究缺乏的问题,提出一种数值计算方法。基于磁扩散方程和安培定律,利用测得的动态实验数据和炮尾处磁通密度值,通过有限元计算,确定电枢区域和导轨区域的电流密度值;进一步计算得到电枢前端及后端中轴线各考察点磁场和电场分布特性。结果表明：随着与电枢距离的增加,各考察点峰值磁通密度逐渐减小,电枢前端各点衰减速度远大于后端各点;炮口时刻各考察点峰值电场值为膛内发射过程的数倍。提出的方法能够有效计算轨道炮智能炮弹部位感应电场和磁场,计算结果有助于智能炮弹电磁屏蔽设计。     

基于单参数灵敏度方法的轨道炮系统性能影响因素分析

为确定电磁轨道炮系统性能具体受哪些影响因素的牵制,提出基于单参数灵敏度方法的轨道炮系统性能影响因素分析方法。对电容驱动型固体电枢轨道炮系统运行不同阶段的能量分布进行说明,明确评价系统性能采用的指标,并通过相关数学模型确定系统性能影响因素,利用Matlab/Simulink数学工具箱搭建系统仿真模型,通过合理地设置参数初值与对设定几种参数的离散取样实现仿真过程。仿真结果表明:除轨道几何尺寸外,电枢质量、电容器初始充电电压、电容器电容值等参数对系统性能均存在较大影响,并且不同参数与系统性能之间不是简单的线性关系,在实际应用中应根据具体情况对不同参数选用合适取值。     

基于三维梁理论的电磁轨道炮复合身管抗弯性能分析

基于复合材料的三维厚壁梁理论,考虑梁的三维应变、挠曲等效应,建立了圆形电磁轨道炮身管纤维缠绕复合外壳的等效抗弯刚度计算模型。采用组合梁的等效抗弯刚度计算法,对纤维缠绕的轨道炮身管的整体抗弯刚度进行了分析,并与层合板理论法、有限元法做了对比。结果显示,3种计算方法在缠绕角度较大时,计算结果一致性较好。分析了纤维缠绕角度的变化、不同径向位置的碳纤维缠绕角度变化以及不同内膛绝缘材料对身管轴向抗弯刚度的影响。研究结果表明：身管的轴向抗弯刚度在缠绕角度较小时,随着缠绕角度的增大,呈明显的下降趋势,并且其受内层碳纤维的缠绕角度影响要比外层碳纤维的要大;高密度、高弹性模量的内膛绝缘材料并不一定就能提高身管的轴向抗弯刚度。     

一种用于电磁发射的电感电容混合型储能脉冲电源

为探索电感储能脉冲电源用于电磁发射的可行性,研究了电感电容混合型meatgrinder脉冲电源电路.分析了带轨道炮负载的这种混合储能型脉冲电源系统的工作原理,结合仿真,研究了电源模块中电感、耦合系数和电容等参数对系统性能的影响,讨论了多个电源模块的并联运行问题.通过合理设计电源电路参数,这种脉冲电源电路用于轨道炮的发射是可行的,并且通过多模块的并联运行可以获得理想的脉冲电流波形和更高的系统能量转换效率.