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。     

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。     

轨道推进器瞬态电磁场有限元分析

利用ANSYS软件建立了块状电枢轨道推进器三维瞬态电磁场的有限元模型,计算得到了两轨道和电枢内的电流场分布.结果表明,在几毫秒内,电流趋向导体表面流动并在电枢尾部与轨道接触处集中,电流线聚集是引起轨道和电枢之间放电烧蚀的主要原因.同时根据有限元计算得到了推进器周围以空气为介质的磁场分布,结果显示,磁场主要集中分布在靠近电枢尾部一侧的两轨道间,并向后延续到约等于4倍口径的长度,电枢处是磁场激增区域.上述结论对电磁推进器的优化设计有重要参考意义.     

不同结构形状电枢在电磁轨道发射状态下的应力分析

电磁轨道炮工作时,轨道通入电流,在轨道间形成磁场并在电枢上产生强大的推动力,使电枢沿轨道加速运动.通过应用电流元简化模型的方法,计算电枢上的磁场分布,进而计算电枢所受的电磁力.在此基础上利用数值分析方法分析了3种不同形状电枢的电磁轨道发射过程,研究了电枢的形状、结构尺寸对电枢的应力状态的影响,给出变化规律.研究结果可为电枢设计提供依据.     

块状固体电枢非稳态电磁效应的三维数值模拟

建立了电磁导轨炮块状电枢三维非稳态电磁扩散效应计算模型,运用有限差分法耦合计算了电磁场与温度场,得到了导轨及电枢内部磁感强度、电流密度和温度分布.数值计算结果表明,电枢运动会引起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,使电枢尾部焦耳热剧增并导致高温烧蚀.与二维模型相比,三维模型能更加真实地反映电磁导轨炮发射过程中导轨和电枢中的物理现象,对理论和试验研究有指导作用.     

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。     

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。     

考虑电枢与导轨实际接触状态的电磁轨道炮膛内磁场分析

针对电枢与导轨(简称枢轨)实际接触条件下电磁轨道炮膛内磁场研究缺乏的问题,从小口径C型电枢轨道炮出发,根据静止状态下枢轨实际接触产生的电枢电流密度分布,利用数值计算和有限元仿真对电枢前端中轴线上各考察点磁通密度进行分析,结果与试验值基本吻合。在此基础上,利用模化方法,对电枢运动条件下轨道炮膛内磁场分布特性进行了分析,结果表明：在满足一定相似关系的基础上,可以实现不同口径轨道炮电枢速度和膛内磁场的近似模化;各考察点峰值磁通密度随着与电枢距离的增加而迅速衰减,距离电枢曲率圆心2倍口径考察点的磁通密度仅为1倍口径点的27.4%左右;研究结果有助于智能弹药的电磁屏蔽设计。     

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。     

电磁轨道炮熔化限制条件下速度极限分析

电磁轨道炮可以超高速发射宏观弹丸,目前制约轨道炮的关键技术之一是电流不均匀特性及其引起的最大电流密度欧姆加热至材料局部熔化。在分析了制约电流不均匀分布的趋肤效应和短路径聚集特性的基础上,设计了电流比较均匀的电枢和轨道结构,参考SAM值和仿真结果,获得了在局部熔化限制条件下最大承载电流的近似取值。根据该位形最大承载电流近似取值,参考电磁轨道炮物理学原理,分析了优化位形发射不同载荷情况下弹丸的理论速度分布及加速距离分布。上述结果对分析电磁轨道炮极限性能以及军事应用前景有重要参考意义。     

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。     

电磁发射拦截系统电磁发射组件仿真研究

电磁发射组件基座的材料特性和结构参数变化会影响拦截弹的受力,进而影响拦截弹的发射速度。通过分析电磁发射组件的工作原理,推导了拦截弹的受力方程。编制了有限元分析程序,开发了能够描述发射组件的三维实体模型和有限元模型,对电磁发射组件进行了电磁场仿真。结果表明,基座为磁性材料的电磁发射组件能够减小磁能损失,增大拦截弹的受力;磁性材料基座的结构参数对拦截弹的受力也有影响,故实用中应依据基座材料的特性,合理选择基座的截面尺寸。     

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。     

低频电磁实现探测埋地目标电磁泄露研究初探

针对埋地目标的电磁泄漏,利用电磁场数值分析的手段,在相同地质背景情况下,研究了不同工作频点电磁泄漏的特性、电磁泄漏在不同高度的场分布特性,并比较了电磁泄漏在不同埋深情况下不同高度的场分布,在此基础上得出几点启示。     

金属穿甲杆或射流受被动电磁装甲电磁力作用物理模型

电磁装甲技术是一项新概念战斗车辆防护技术。首次明确提出了应用电磁力理论原理分析电磁装甲的问题,利用电磁学的理论推导出系统在加电工作状态下射弹受力方程,建立了被动电磁装甲( PEMA)的物理模型,并对其进行计算机仿真。     

电磁驱动式引信过载试验装置中的电磁防护研究

利用电磁驱动技术可模拟引信发射过程中的高过载环境,但其工作过程中产生的磁场会对被试引信产生不利影响,因此需对被试引信采取电磁防护措施。介绍了电磁驱动式引信过载试验装置的组成和工作原理,设计了被试引信电磁屏蔽罩的结构;构建了电磁驱动式引信过载试验装置的仿真模型,对比分析了不含屏蔽罩、含铝制屏蔽罩、铝钢复合屏蔽罩下引信区域的磁场强度。研究结果表明：在1 ms时刻,在不含屏蔽罩、含铝制屏蔽罩、含铝钢复合屏蔽罩3种情况下,被试引信处的最大磁场分别为1.54 T、0.17 T、4.2×10^-5 T,铝钢复合材料防护罩对被试引信具有更好的防护效果。     

低空电磁环境分析

低空电磁环境会影响半主动雷达导引头的低空性能，微波泄漏，地（海）杂波，多路径效应都将影响导引头对低空目标的跟踪，合理设计系统的各项参数及工作程度，可以提高引头的泄漏下能见度和杂波下能见度。控制合适的弹道使导引头对地有合适的观察角，将最大限度的降低多路径效应对导引头跟踪精度的影响。     

电磁发射拦截系统发射装置工作过程仿真研究

利用Maxwell 2D瞬态求解器对电磁发射拦截系统发射装置的工作过程进行了有限元仿真,得到了发射装置工作过程中放电回路的电流、拦截弹受到的电磁力、速度以及位移等参数随时间变化的规律.结果表明:拦截弹的加速时间主要集中在放电电流的第1个半周期内,因此,可适当延长放电周期,以增加拦截弹的加速时间;拦截弹与发射线圈的距离是影响拦截弹发射速度的主要因素,为了提高发射效率,在设计发射装置时,应尽可能地减小发射线圈与拦截弹间绝缘材料的厚度.     

电磁轨道炮军事应用综述

从电炮实用电源、电枢与烧蚀、复杂轨道设计、与线圈炮对比、磁场增强措施、应用要求和军事使用效果等角度分析了当前电磁轨道炮的技术特征。结论为：活塞式螺旋绕组磁通压缩发电机（MFCG）适合作轨道炮电源,该电磁轨道炮在采用固态电枢、无烧蚀高效率、高射速、超高速发射小质量射弹方面有无可比拟的优势。通过对比分析了高空小质量弹丸与地面大质量射弹的弹道学特征,提出了轨道炮可能优先应用于高空飞机平台上用于自卫、防空、近程反导的电磁发射动能武器,它具有响应快、作战半径大、高精度、抗电磁干扰等优势,对未来作战效果和作战模式有广泛影响。