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。     

固体电枢轨道炮非理想电接触的热效应分析

为了避免接触转捩的发生,实现电磁发射技术的提高,更好地理解非理想电接触的物理本质以及模拟其热效应.根据点接触理论,建立了静态二维非理想电接触的计算模型,采用有限差分法模拟了接触电阻的热效应.计算结果表明,非理想电接触的表面温升高于理想接触,接触电阻层厚度和电导参数随温度变化的特性是影响其热效应的重要因素.研究结果为更准确地计算电接触表面的热扩散,进而更好地预测接触面处的材料状态提供了理论依据.     

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。     

多匝串联并列轨道炮U形电枢接触界面熔蚀规律分析

针对一种多匝串联并列轨道炮U形电枢与轨道接触界面的熔蚀问题,通过电磁-结构-热多物理场耦合分析,对不同电流峰值、不同过盈量的膛内电枢速度、界面接触压力、界面温度等进行了数值仿真,并开展了相关验证试验,得到了接触界面熔蚀规律。仿真和试验结果表明：发射过程中电枢与轨道间的接触压力随电流波动而变化;接触压力越大,摩擦热功率越大,而接触电阻的焦耳热功率越小;合理设计电枢过盈量参数,可进一步改善滑动接触界面的环境温度;由于滑动过程中不可避免的磨损,电枢接触面熔蚀区域从初始接触区域逐渐向尾部转移,试验结果验证了仿真方法的有效性。     

电磁轨道炮关键技术与发展趋势分析

电磁轨道炮是利用电磁力将弹丸加速到超高速的新概念武器系统,可遂行直瞄打击、超高空或超远程投送弹药等多种作战任务。介绍了轨道炮的基本原理,从电能利用角度对轨道炮研究中电源与电力控制、轨道与电枢结构设计、超高速滑动电接触理论与技术以及轨道炮系统集成等关键技术进行了分析。依据电磁轨道炮发展规律及现有技术水平,分析其新的发展趋势为大炮口动能轨道炮设计、基于轨道发射的弹丸设计以及轨道长寿命研究,对新概念武器发展有一定参考意义。     

内膛精度对轨道炮电枢发射过程影响分析

电磁轨道炮炮膛装配精度直接影响到发射过程中枢轨滑动电接触状态,为分析炮膛装配精度对电枢动态发射的影响,基于炮膛间距实测数值,提取炮膛间距典型变化形态,并建立典型形态下电枢内弹道发射动力学模型,理论分析了炮膛尺寸变化在发射过程中对电枢受力、振动等的影响,并通过真实工况下的动态发射试验和枢轨静态滑动接触试验对理论分析结论进行验证。研究结果表明,膛间距的随机变化可导致发射过程中电枢和轨道处于非对称接触状态,在膛间距变小时,枢轨接触区域会经历由小变大的过程,这一过程有利于增大枢轨接触区域,当膛间距增大时,枢轨接触区域逐渐减小,造成局部面积通过电流过大,当内膛装配精度误差超过0.2 mm以上时,由此引起的内膛间距波动可导致发射过程中电枢受力不均,同时对电枢产生横向附加振动,这是导致电枢膛内高速运动而解体的主要原因之一。通过分析炮膛装配精度对电枢发射过程的影响,研究结果可以有效指导枢轨匹配性设计,对促进电磁炮未来工程化应用意义显著。     

基于电接触特性的电枢臂形状优化设计

电枢与轨道之间的接触特性直接影响电磁轨道发射器工作过程中电枢与轨道接触面上的接触压力分布和电枢与轨道上的电流分布,进而影响发射器的焦耳热分布,从而影响电磁轨道发射器的性能和寿命。为了改善发射器电枢与轨道之间的接触特性,对非过盈配合状态下电枢膛内运动过程进行了仿真,得到了电枢的运动特性和接触压力随时间变化情况。选取电枢膛内运动过程中与轨道之间接触状态最严峻的典型时刻,基于Cooper-Mikic-Yovanovich电接触理论和“1 g/A”经验法则分析枢轨间接触压力,设计了期望电接触特性,并针对典型时刻的接触状态基于反向加载法设计了电枢的过盈尺寸和形态。对装配过盈电枢和非过盈电枢的发射器进行仿真研究,比较其在典型时刻的性能。结果表明,采用改进的电枢结构可以使电枢与轨道接触面上的电导率分布更加均匀,改善了电枢与轨道的接触状态,缓解了电枢区域电流分布集中现象和焦耳热集中现象,进而延长发射装置寿命。     

高速弹丸冲击下复合材料层合板损伤特性仿真研究

为研究复合材料层合板在高速冲击下的损伤特性,通过有限元仿真方法,分析3种不同厚度的Kevlar纤维层合板及UHMWPE层合板在圆柱体、球体、立方体3种弹丸冲击作用下的变形破坏情况,得到3种层合板主要的总体变形破坏模式,并将结果与试验现象进行对比,明确弹丸初始动能与层合板总体变形破坏模式之间的关系。结果表明:高速弹丸冲击作用下,复合材料层合板的宏观破坏模式有整体弯曲变形、拉伸分层破坏和局部穿透破坏;对于UHMWPE材料,弹丸速度处于总体弯曲变形区与拉伸分层破坏区分界线时的吸能约为弹道极限时吸能的一半,而Kevlar纤维的吸能将超过弹道极限吸能的一半;当层合板受到圆柱体或立方体的冲击时,最大吸能将发生在弹道极限时,而球体的最大吸能发生在弹丸速度大于弹道极限时。     

水下接触爆炸作用下双层加筋板架结构的损伤特征

随着水下兵器制导技术的进步,水下近场爆炸乃至水下接触爆炸对舰船生命力构成的威胁受到关注.针对舰船舷侧、底部通常采用的双层结构,设计一套用于水箱试验的缩尺双层加筋板架结构,进行一组不同爆距下的水下接触爆炸试验.通过高速摄像机采集试验中水下爆炸、气泡脉动、结构变形的光学影像,得到不同爆距下的双层加筋板架结构损伤结果和损伤模式.结果表明,随着爆距的减小,板架损伤模式由外板与加强筋连接处的剪切撕裂转向加强筋之间的外板板格内发生多个或单一花瓣形破口,破口区尺寸也随着爆距的减小而增大.     

电磁发射条件下CuCrZr合金材料轨道损伤行为研究

通过电磁发射试验研究CuCrZr合金(C18150铜合金)材料的轨道损伤行为。试验以C18150铜合金作为轨道材料,7075铝合金作为电枢材料。对完成发射试验后的轨道材料进行宏观观察和二维表面轮廓、三维表面轮廓测量及分析。研究结果表明:随电枢速度的增加,轨道表面横向起伏的峰谷间距呈先增加、后降低的趋势;沿电枢运动方向,轨道表面起伏程度随着电枢速度增加呈下降趋势,当电枢速度达到极值处于匀速运动后,轨道表面起伏近乎为0μm;轨道损伤在不同阶段呈现不规则现象,起始阶段时轨道损伤表现出明显热损伤,加速阶段时表现出强烈的摩擦磨损特征和一定的热熔效应,高速阶段时轨道损伤以机械磨损为主,表现出光滑的摩擦界面和局部的塑性变形。     

分布式电驱动车辆极限越野环境下高速避障与稳定性控制

为提高分布式电驱动车辆在极限越野环境下的高速避障能力和操纵稳定性,提出一种充分考虑车辆过弯姿态反馈的分层协调横向稳定性控制方法。上层控制器将多模型在线建模算法与非线性模型预测控制理论相结合,构建一种基于数据驱动多模型预测控制的横摆、侧倾运动协调控制器。由于车辆不同的横向失稳状态下最优控制中心是时变的,细化并重构一种双层融合型横摆运动动力学模型。考虑到越野工况存在时变道路曲率和侧向坡度,建立零力矩点侧倾失稳判断模型,在横摆稳定性控制基础上引入侧倾稳定性控制约束。下层控制器结合各轮胎滑动率和垂直载荷转移量,采用二次规划求解算法将融合型期望横摆力矩转化为各轮最优驱动转矩。搭建MATLAB/Simulink软件和Carsim软件联合仿真平台,进行仿真实验验证。结果表明,该分层协调控制策略可充分发挥分布式电驱动车辆在极限越野工况下的高机动转向性能,具有较强的车身姿态修正能力,可以提高车辆的路径保持精度和过弯横向稳定性。     

高速电驱动履带车辆联合制动转矩动态协调控制研究

针对高速电驱动履带车辆机械制动器、电机和电液缓速器3种执行部件联合制动转矩响应的问题,提出了机械制动器、电机和电液缓速器动态协调控制策略。基于制动需求和车速等因素进行稳态制动力分配,综合考虑3种执行部件动态响应特性,建立基于电机-电液缓速器二者联合制动和机械-电机-电液缓速器三者联合制动转矩动态协调控制策略,搭建面向工程应用的电驱动履带车辆传动系统仿真模型,利用实时仿真工具进行策略验证。仿真结果表明,在整个制动过程中该动态协调控制策略可提高车辆总制动转矩响应速度和精度,改善系统动态响应特性。     

强冲击下PZT-5H压电陶瓷的动力响应及电输出特性研究

为了揭示冲击压力对PZT-5H压电陶瓷电输出特性的影响,利用自行建立的聚偏氟乙烯冲击压力测试系统和压电陶瓷电输出性能测试系统,以一级轻气炮作为加载手段,开展了柱状铝合金弹丸分别以195 m/s、487 m/s、532 m/s和613 m/s的速度垂直撞击复合靶板（钢片-压电陶瓷-有机玻璃）的实验。利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行弹靶碰撞的有限元分析,分析了不同速度下PZT-5H的冲击压力时程。根据实验系统建立了弹靶接触时应力波传播的简化模型,并通过模型计算出复合结构中PZT-5H压电陶瓷承受的冲击压力峰值。运用实验得到的冲击压力时程、压电陶瓷输出电压时程和储能电容充电电压时程,分析了不同峰值压力脉冲作用下PZT-5H压电陶瓷电输出特性的变化规律。研究结果表明：冲击压力峰值的计算结果与仿真结果、实验测量结果趋势吻合;冲击压力峰值在200~700 MPa范围内时,PZT-5H压电陶瓷输出电压峰值随着冲击应力峰值的增加而增大,且近似呈线性关系;在高速撞击PZT-5H压电陶瓷过程中动能与电能的能量转化效率较低,当储能电容量与PZT-5H压电陶瓷电容量比值为5.9∶1时,压电陶瓷的能量转化率为1.1%.