电磁发射拦截系统驱动线圈结构分析

简要介绍了电磁发射拦截系统的组成,分析了拦截弹发射器的工作原理,建立了拦截弹发射器的三维模型和三维有限元模型,对驱动线圈进行了磁-结构耦合分析,并对驱动线圈结构参数变化引起的拦截弹所受电磁力的变化情况进行了仿真,得到了驱动线圈匝间距变化和截面高度变化对拦截弹所受电磁力的影响规律.     

一种组合式同步感应线圈发射器研究

同步感应线圈发射器是一类利用电磁能推进电枢的发射器。普通三级线圈发射器在加速电枢过程中形成的推力不够平滑稳定,且随着速度与推力的增大,驱动线圈易于损坏。文章提出了一种两段三级组合式同步感应线圈发射器设计方案,进而采用有限元仿真软件进行了场路耦合计算,对普通三级线圈同步感应发射器和新设计的发射器的电枢所受电磁力、电枢速度变化等特性的波形进行了比较。结果表明,两段三级组合式同步感应线圈发射器对电枢能产生更大的推力,且推力和加速度变化特性的波形更为平滑稳定;而且其两段三级组合式设计,能够分散线圈的径向受力,从而使驱动线圈不易损坏。物理试验结果验证了仿真计算结果的可信性。     

感应线圈炮电枢的磁-结构耦合分析

电枢是感应线圈炮的关键部件,其在工作过程中易发生破坏。为了设计高强度的电枢,以保证感应线圈炮实验研究的顺利进行,建立了电枢磁-结构耦合过程的数学模型;用有限元仿真程序建立了感应线圈炮的仿真模型,并对所建模型进行了仿真,得到了电枢的涡流、电磁力、变形及应力分布规律;分析了电枢后端部壁厚变化对电枢应力的影响规律。结果表明:电枢的涡流密度、所受电磁力和结构变形在电枢的后端部最大,最大应力值位于电枢后端部内侧,并且随着电枢壁厚的增加,电枢的最大应力值逐渐减小,故在设计电枢时其后端部应采取加固措施以提高电枢的强度。     

驱动线圈结构参数对磁阻发射器发射性能的影响

弹丸出口速度是衡量磁阻型线圈发射器发射性能的一个重要指标,研究发射器参数对弹丸出口速度的影响有较大意义。利用Ansoft有限元软件仿真分析了单级磁阻型线圈发射器的动态工作过程,研究了驱动线圈长度和层数对单级磁阻型线圈发射器发射性能的影响规律。结果表明,存在最佳的驱动线圈长度和层数,使弹丸出口速度达到最大;改变驱动线圈层数比改变驱动线圈长度对提高磁阻型线圈发射器的弹丸出口速度更有效,研究结果将为多级磁阻型线圈发射器设计提供指导。     

基于过载控制的多级同步感应线圈发射器优化分析

为给电磁发射器系统平稳加速应用研究和发射过载精确控制提供指导,研究了给定过载约束条件的多级同步感应线圈发射器系统的优化设计。提出了以发射速度、发射效率和发射过载加速度为组合目标函数的多级同步感应线圈发射器优化设计方法,并建立了发射器系统仿真模型,通过遗传算法对5级发射器进行了优化分析。得到0.5 m口径、1 m长的5级发射器用于发射625 kg载荷,最大过载限制为33g(重力加速度g=9.8 m/s2)的优化设计方案:各级驱动电路参数相同,充电电压7 kV,电容量7.4 mF,驱动线圈轴向长度185 mm,径向厚度119 mm,匝数308;电枢轴向长度193 mm,径向厚度131 mm;相对各级驱动线圈底部与电枢底部的触发位置分别为122、1、-73、-158、-218 mm。最终发射速度为20.1 m/s、发射效率为15.7%。结果表明,基于组合目标函数的优化设计方法满足给定过载限制条件和平稳加速的设计要求、并且达到发射速度和效率最优。     

螺旋线圈电磁炮驱动线圈的应力及其影响因素

基于Ansoft-Maxwell有限元分析软件,建立了磁阻型螺旋线圈电磁发射装置的3D仿真模型,分析了此种发射装置的三维应力场问题,在导轨材料、求解器、求解精度等保持不变的情况下,通过单独改变某一参数,得到了电枢与驱动线圈的相对位置、电流大小、电枢尺寸、驱动线圈尺寸等参数与其驱动线圈所受应力之间的关系。分析结果表明,弹丸与线圈存在一个最佳位置,在这一位置驱动线圈所受的应力最小;驱动线圈应力与电流的平方成正比;最大应力随着电枢长度的增加先是逐渐减小,然后逐渐增大,存在一个最佳电枢长度使应力最小;同质量铁磁质弹丸,弹丸长径比约为1时,驱动线圈应力达到最小值。最大应力随线圈长度(通电线圈匝数)增加而减小,但减速逐渐变缓;最大应力随线圈内径的增加逐渐增加。     

三种同轴感应线圈发射器的加速特性研究

对于同轴感应线圈发射器来说,根据驱动线圈和电枢的位置关系,可将其分为三类:一是外驱动型结构,二是内驱动型结构;三是内-外驱动型结构。外驱动型同轴感应线圈发射器的驱动线圈在电枢的外面,内驱动型同轴感应线圈发射器的驱动线圈在电枢的内部,而内-外驱动型同轴感应线圈发射器有内、外两个驱动线圈,且内、外驱动线圈分别处于电枢的内侧及外侧。目前,人们只注重了外驱动型同轴感应线圈发射器的研究,忽视了内驱动型和内-外驱动型同轴感应线圈发射器的研究。本文首先分析了这三种结构类型的同轴感应线圈发射器的特点,然后利用有限元分析方法研究了它们的加速特性。研究表明:内驱动型同轴感应线圈发射器的加速特性最差,但是它适合加速大体积、大质量的载荷;外驱动型同轴感应线圈发射器具有最好的加速特性;内-外驱动型同轴感应线圈发射器,特别是磁场重接式内-外驱动型同轴感应线圈发射器也具有较好的加速特性,且电枢内涡流分布相对更均匀,但是它的结构相对复杂,不利于设计与实现。     

线圈型电磁发射器结构优化设计

线圈型电磁发射作为电磁发射的一种重要形式,在很多领域内有着很好的发展前景。本文介绍了线圈型电磁发射器的基本原理,以及线圈外形结构、弹体材料的设计准则。并通过有限元方法分析了影响线圈型电磁发射器发射速度的几个因素,得出了最优线圈型电磁发射器结构外形。     

基于场-路耦合的驱动线圈结构分析

线圈驱动器是用电磁能推动电枢的一类发射装置.由于在驱动过程中,驱动线圈受到非常大的反作用力,可能使驱动线圈断裂或破坏,影响线圈驱动器的正常的工作.应用有限元软件ANSYS,采用场-路耦合的分析方法对驱动线圈的结构变形进行分析,提出了增大驱动线圈强度的一些措施.     

单级同步感应线圈炮场-路耦合分析与参数优化

为了准确地确定驱动线圈中的响应电流,建立了单级同步感应线圈炮二维场-路耦合的数学模型,利用APDL编制了基于场-路耦合数学模型的仿真程序。利用该程序对美国桑迪亚国家实验室公布的同步感应线圈炮模型进行了仿真并与SLINGSHOT仿真结果进行了比较;进行了单级同步感应线圈炮发射实验,测量了放电回路中的响应电流并与仿真结果进行了比较,比较结果均验证了仿真程序的合理性。基于场-路耦合程序建立了单级同步感应线圈炮回路参数的优化数学模型,对放电回路参数进行了优化,根据优化结果进行了发射实验并测量了电枢速度,优化后系统的发射效率1.14%提高到2.02%。     

多路输出电源中耦合电感的模型及分析

耦合电感是多路输出电源中的关键部件，但其工作机理却未得到足够认识。本文根据所引入的耦合电感的数学模型，分析了耦合电感匝比的设计，以及耦合电感对于输出电流脉动、负载交错性能、输出动态性能的影响。在深入分析的基础上，文中还提出新的调整输出纹波的方法(改变耦合电感的绕制方法来调整输出纹波)和改善输出负载交错性能的方法。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

单相整流负荷谐波功率需求建模分析

单相整流负荷作为典型的谐波源会对电网产生谐波污染,引起附加的谐波功率损耗。基于单相整流负荷工作原理,分析其各次谐波有功和无功功率流向特点,分别建立单相不控和相控整流负荷的功率需求模型。该模型计及整流器端电压和电流各次谐波分量之间的耦合关系,实现了整流负荷谐波功率的精确计算。利用仿真分析验证了该模型推导的正确性,并进一步定义了谐波有功和无功功率导纳矩阵。通过分析矩阵元素物理意义和幅值变化规律,确定单相整流负荷端电压各谐波分量对谐波功率的贡献程度。     

Characteristic analysis of a wideband balun transformer having a delay line element for phase compensation

The balanced‐unbalanced transformer (balun) is extensively used in radio communication and measuring instruments. In recent years, with the development of television and portable telephones, wideband transformers tend to be miniaturized. In this paper, the wideband transformer is analyzed in terms of distributed coupled‐line theory. A main result of the analysis is that the balance and unbalance transmission characteristics of the balun are markedly improved in the high‐frequency range by using a delay line element for compensation. If the connection point S_w between the coil winding and delay line is off the ground, the balance transmission band is about doubled in the low‐frequency range. If the point S_wis grounded and if the impedance ratio m² is small, a higher degree of unbalance attenuation can be obtained. Better balance transmission characteristics can be obtained when the matching factor K approaches half the optimum. In addition, we show that an in‐phase or anti‐phase transformer can be made on the basis of our isolation wideband transformer. The equivalent circuits of in‐phase and anti‐phase wideband n:1 transformers are obtained from our theoretical analysis and these can be formed by the same transformer. The transmission characteristics of in‐phase and anti‐phase wideband transformers are analyzed and improved characteristics are obtained in the high‐frequency range. The theoretical and experimental values agree well over the wide frequency range of 100 KHz to 1000 MHz. ©1998 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 126(2): 1–14, 1999     

基于多电磁环网的功率转移研究与分析

随着电网用电负荷和输送功率的不断增大,电网也不断建设加强升级,出现环网和更高一级电压等级的网架结构。由于高电压等级网架建设还在初期,因此在很多地方出现了多电磁环网网架结构,多电磁环网网架对提高电网的供电可靠性有利。但是环网运行同时也将带来许多问题,如保护的配置,正常环网解环及故障解环引起的功率转移,运行线路过载等问题。多端有源的环网在环网打开时,将出现功率的转移变化,对多端供电网络产生一定的影响,影响安全自动装置动作定值设定,调度员运行控制及事故处理,保护相关定值整定等等。预先分析出环网结构打开后的功率分配对运行方式安排、事故处理,安全自动装置定值设定,防止事故扩大、保证电网安全稳定运行至关重要。通过对多电网环网打开后的功率转移进行分析,提出了功率转移比概念以及影响功率转移的因素,提出了环网线路打开后功率转移产生问题的注意事项。运用PSASP程序对某电网进行模拟仿真分析,验证了相关结论的正确性。     

电压跌落时变速恒频感应发电机电磁暂态过程分析

为了详细分析电压跌落时电机内部的电磁性能,根据变分法和电磁场理论建立了变速恒频感应发电机的数学模型,电机的端部效应以常值计入,仿真了电网电压不同跌落情况及运行状态发生变化后电机的暂态过程,分析了暂态过程中电机内部各电、磁量的变化规律。仿真结果表明定子端部漏感的大小对于定子暂态磁链影响很大,研究结果为制定提高低电压穿越能力的控制策略提供了理论依据。     

Phase noise analysis of source injection coupled quadrature oscillator

This paper analyzes the thermally induced phase noise and the up-conversion of flicker noise into phase noise of source injection coupled quadrature oscillator (SIC-QOSC), for the first time. Furthermore, this paper provides a complete analysis for the injection current of the SIC-QOSC and extracts the closed-form expressions for it for the first time, too. These expressions lead to obtaining the harmonics of the injection current as well as the oscillation amplitude, which is necessary for the phase noise analysis. To evaluate the extracted equations, this paper compares the calculated results with appropriate simulations. Comparisons confirm the accuracy of the proposed injection current expressions and the phase noise formulas. Using the closed-form equations of phase noise, designers can understand the SIC-QOSC's design tradeoffs and design the oscillator for given phase noise.     

Transient analysis of coupled non‐uniform transmission line using finite element method

This paper presents a finite element time domain model for a numerical solution of a coupled non‐uniform transmission line problem. On the basis of the finite element method, a novel numerical procedure for the solution of a system of the non‐uniform multi‐conductor transmission line equations in the time domain is presented. The results obtained by the proposed method have been compared with the solution obtained using the finite difference time domain method, and an excellent correlation has been demonstrated. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

水电站机组与厂房耦联振动测试及有限元数值反馈计算

对云南澜沧江下游某水电站进行机组与厂房耦联振动现场测试,在对振动响应信号分析处理的基础上,研究机组与厂房之间的振动响应规律,根据相关振动标准对机组及厂房振动进行评价,探讨机组振源特性及振动传递途径,并对厂房结构的动力响应进行有限元数值反馈计算,与实测值进行对比分析,为机组安全运行及厂房结构振动控制预测提供参考和依据。     

小波变换与BP神经网络耦合的洪水预报方法

为了发掘小波变换与BP神经网络相耦合在洪水预报中的应用价值,提出了基于小波变换和BP神经网络耦合的洪水预报方法.根据小波变换与BP神经网络耦合方式的不同,分别构建了两种结构的网络模型:松散耦合与紧致耦合模型,并利用实测流量时间序列分别对这两种模型进行了训练与验证.计算结果表明,两种模型的预报效果与3层常规BP神经网络相比均得到了不同程度的提高,松散耦合模型的预报效果总体上最优.小波变换与BP神经网络相耦合在洪水预报方面有良好的应用前景.     

Miniaturization design method and performance evaluation of prototype permanent‐magnet synchronous motor optimally designed by thermomagnetic field coupling analysis

This paper reports on the results of the miniaturization design of a permanent magnet synchronous motor, for which an optimal design technique based on thermomagnetic field coupling analysis is used. We derived the optimal solution for various motor flatness ratios and determined the relationship between the motor size and the flatness ratio. For motors with different flatness ratios, we calculated the speed–torque characteristics by considering the voltage, temperature rise, and demagnetization limits and compared them. Moreover, we manufactured and tested the smallest designed motor. The measured temperature rises demonstrated the high accuracy of the proposed miniaturization design. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 183(2): 58–66, 2013; Published online in Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com). DOI 10.1002/eej.22279