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.     

电磁轨道炮发射过程中的分布式脉冲电源系统冲击特性研究

电磁轨道炮发射过程中,分布式脉冲电源系统在1~2 ms的时间内,将承受30 kA以上的脉冲电流以及5 kV以上的脉冲电压,对于电源系统关键部件的工作特性造成极大的影响,甚至引起失效。因此,研究分布式脉冲电源系统在电磁轨道炮发射过程中的冲击特性是十分重要的。建立包含动态变化负载的分布式脉冲电源系统模型,利用电路仿真Pspice软件对分布式脉冲电源系统的冲击特性以及关键部件失效后的工作特性进行仿真分析,并将分析结果与实验结果进行对比。研究结果表明：电磁轨道炮发射过程中,分布式脉冲电源系统的电容器组,在单一模块晶闸管发生击穿短路故障后,受到较大的反向电流和反向电压,会对储能电容器造成严重破坏;在单一模块调波电感器发生击穿故障后,会造成故障模块的输出电流波形与电容器输出电流波形脉宽相近,且造成输出电流波形脉冲宽度变小,峰值增大（即通过晶闸管电流的di/dt变大）,可能造成晶闸管高压硅堆正向过流烧毁。仿真结果与实验结果吻合程度很高,证明所建立电磁轨道炮电源模型与实际使用模型十分接近,分析得到的结果准确性更好、可信度更高。     

基于改进遗传算法的电磁轨道炮电源时序优化

针对电磁轨道炮电流波形平稳性的特殊要求,提出了一种基于改进遗传算法的电源时序优化方法。根据脉冲电源时序放电的特点,将电磁轨道炮的工作过程分成相互关联的多个阶段,采用多阶段优化策略。各阶段运用引入了精英保留、自适应变异和交叉3种策略共同作用的改进遗传算法产生新种群,克服早熟及收敛速度慢的缺陷; 优化过程中逐步动态更新缩小设计变量的搜索空间,以进一步提高搜索能力。以使用金属电枢的电磁轨道炮多个脉冲电源时序设计为例进行分析比较,结果表明,该方法不但增强了搜索能力,改善了求解的质量,而且电流波形非常平稳,提高了优化结果的实用性,是确定电磁轨道炮脉冲电源时序的一种有效方法。     

基于Matlab脉冲负载电源的优化设计

有源相控阵雷达中,电源的负载是脉冲负载,其设计不同于常规电源。主要介绍了在常规电源设计的基础上,适应于脉冲负载情况下,用Matlab仿真优化电源设计的方法,最后给出了试验波形,验证了电源设计的可行性。     

基于FPGA的高功率脉冲电源控制系统设计

针对高功率脉冲电源对电热化学炮负载的特殊需求以及现有控制器的不足,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的Nios II嵌入式控制系统,从而有效调节脉冲电源的放电波形。采用自顶向下的模块化设计方法,通过VHDL语言设计了一种高性能控制器的IP核,并进行仿真验证。该控制系统能产生多路可调的脉冲触发信号,能较好地控制执行设备,其时序差可进行纳秒级调整,同时系统提升了可裁剪性、抗干扰能力和控制精度。仿真试验结果表明,系统工作可靠,精度得到提高,能够较好地满足系统在强电磁干扰下的运行要求。运用仪器仪表技术,简化了系统硬件组构,保证了系统控制的实时性,也为补偿脉冲发电机的测控提供了一种新方法。     

电磁轨道发射中弹丸技术的研究与发展

近年来随着电磁发射技术的发展，电磁轨道发射弹丸技术的研究也日益引起关兴高采烈在技术发展日渐成熟，本文着重分析了电磁轨道发射弹丸主要组成部分的主要形式及作用；重点介绍了Ｒｏｄｍａｎ锥形弹丸，Ｋａｍｍａｎ高速弹丸，Ｄ２弹丸等几种技术较为成熟的电磁轨道发射弹丸；简要概括了电磁轨道发射弹丸技术的发展状况以及未来研究和发展需要重点解决的问题。     

用于电热化学发射实验的脉冲电源系统

目前用于中小口径电热化学发射实验研究的脉冲电源系统,基于电客储能原理,包括4个容量为500kJ可程序控制的电源模块,可为电热电磁发射研究提供灵活可靠的电源供应.每个500kJ电源模块都包括30kV电容器组,触发真空开关,高压快速硅堆以及调波电感器,并通过同轴电缆向负载输出脉冲电能.整个2MJ系统可以提供峰值50～300kA,脉宽0.5～3ms的脉冲电流.在此脉冲电源系统的基础上已经进行了大量实验,取得了一定的研究成果.     

基于反向开关晶体管的脉冲电源在电磁发射中的应用

为了进行电磁轨道炮发射机理研究,研制了一套基于反向导通双晶复合晶体管（RSD）全固态开关的电容储能型脉冲功率电源。RSD开关采用可控等离子体换流技术,具有全面积均匀同步导通、开通损耗小、功率大、换流效率高、寿命长的特点。电源系统由16个64 kJ储能模块并联组成,采用一体化紧凑设计,内嵌充电、控制、保护与测量功能。系统额定电压18 kV、总储能1 MJ,可通过时序控制对放电波形进行调节,短路同步放电峰值可达960 kA. 系统在20 mm口径电磁轨道炮上进行了多次发射试验,结果表明脉冲电源系统可靠性高,一致性好,输出波形灵活可调,满足轨道炮超高速发射研究的需要。     

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。     

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。     

基于瞬态多物理场求解器的电磁轨道炮发射过程建模与仿真

为研究电磁轨道炮发射过程中瞬态多物理场的作用机制与内在规律,建立包含电路、电磁场、热场和结构场的数学模型。模型中计入材料非线性、结构变形、接触碰撞等实际因素。采用隐式有限元格式求解电磁场和热场以及显式有限元格式求解结构场,利用载荷传递和时间同步实现各物理场之间的耦合,发展出一种瞬态多物理场求解器。通过固体电枢型电磁轨道炮、同步感应式电磁线圈炮等算例,讨论了发射过程计算结果的合理性。结果表明,电磁炮的发射是多场耦合、多部件相互作用下的一个复杂动力学过程,存在电流和磁场扩散、温升、应力传播、接触碰撞等瞬态现象,发射性能与结构、材料和激励密切相关。该求解器可为电磁发射系统及其关键部件提供一种辅助设计手段。     

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。     

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。     

模化方法在电磁轨道炮研究中的应用综述

模化方法是指不直接研究自然现象或过程的本身,而是用与这些自然现象或过程相似的模型来进行研究的一种方法。选择合适的模化方法对原型与模型之间试验结果的匹配至关重要。在对模化方法进行简要介绍的基础上,对现有电磁轨道炮物理场、弹丸动力学、驱动电路模化方法的实现方式和优缺点进行了论述,探讨了当前电磁轨道炮模化方法的研究难点及未来可能的发展方向。目前尚未出现一种理想的电磁轨道炮模化方法可以同时进行所有物理量的匹配,因此,在实际应用过程中,根据具体需求选择合适的物理量和模化方法是目前较为有效的研究途径。     

电磁发射用电抗器温度场影响因素研究

为研究电容储能脉冲电抗器在连续脉冲载荷作用下不同因素对温度场的影响程度,根据脉冲电抗器结构特点,建立脉冲电抗器温度场传热模型;分析了连续脉冲热载荷加载条件下,不同散热方式、散热条件及脉冲载荷加载时间间隔等因素对电抗器最高温度及温度场分布的影响。数值仿真结果表明,脉冲热载荷加载时间间隔是影响电抗器最高温度的主要因素;在脉冲电抗器散热过程中,端面散热为主要散热方式。