单级同步感应线圈炮结构参数研究

针对单级同步感应线圈炮系统中影响弹丸速度和系统效率的主要因素——驱动线圈和电枢的结构参数、电容器的电容和放电电压以及电枢的触发放电位置,笔者对不同结构参数的单级同步感应线圈炮物理模型进行有限元分析与仿真,得出各项结构参数对弹丸速度的影响规律,提出了一组最佳的结构参数并根据优化的结构参数进行了发射实验。仿真和实验结果均表明该结构参数可以有效地提高弹丸速度和系统效率。     

单级同步感应线圈炮电枢的磁场-温度场有限元分析

为了研究电枢在同步感应线圈炮发射过程中的温度分布规律以及影响电枢温度分布的因素,依据瞬态涡流场和计算传热学的相关理论建立单级同步感应线圈炮电枢磁场-温度场耦合分析的数学模型,利用APDL建立了电枢和驱动线圈的有限元模型,将线圈炮发射过程中电枢中感应的焦耳热损耗作为体积热源,通过顺序耦合的方法实现电枢的磁场一温度场有限元...     

同步感应线圈炮的电枢减速特性

为了使同步感应线圈炮获得较大的出口速度和较高的能量转化效率,对同步感应线圈炮固有的电枢减速特性进行了分析研究。从集总参数模型推导并分析了电枢减速特性产生的原因,采用场路耦合的方式进行了定量的仿真计算。根据分析结果,从驱动线圈和电枢线圈之间磁场耦合的角度提出了减小电枢减速特性的方法,并进行了有限元仿真分析。结果表明,改变电源参数如提高电容初始电压或者增加电容值,改变电枢参数如减小电枢质量、采用绕线式电枢,都可有效减小电枢减速特性,提高系统效率。搭建4级线圈炮发射系统进行了实验,对比仿真和实验结果表明,改变电枢参数减小电枢减速特性符合实际需求。结论可供同步感应线圈炮的设计参考。     

感应线圈炮的电枢受力分析

基于电磁感应定律讨论感应线圈炮的工作原理后建立了等效电路模型。用McKinney法详细分析电枢受力并进行有限元仿真分析的结果表明:电枢轴、径向受力不均匀,尾部的径向压力较大,易使电枢变形;电枢初始位置对抛体出口速度影响较大,故实用中应增强电枢强度、合理选择电枢的初始位置。     

同步感应线圈炮圆筒型电枢几何结构优化

电枢是同步感应电磁线圈炮中的一个关键部件,电枢的结构是影响同步感应电磁线圈炮发射效率的重要因素.建立了同步感应线圈炮电枢磁-结构耦合的数学模型,以电枢总体积为目标函数,建立了基于设计变量、约束条件和收敛准则的圆筒型电枢结构优化数学模型.利用Ansys基于APDL的有限元优化技术进行优化求解,得到了电枢的最佳设计变量,仿真结果表明该设计变量既能满足电枢的几何约束条件和性能约束条件,又使电枢体积较初值减小了78.89％,有效地降低了电枢在弹丸中的配重.     

多级同步感应线圈炮的动态特性仿真

电磁发射过程中,动态特性源于电磁场变化、温度场变化以及应力变化等,它们同电枢的触发位置、初速度、结构等参数密切相关。为提高多级同步感应线圈炮的性能,基于Maxwell 2D仿真环境,建立了同步感应线圈炮的二维有限元模型,对影响其性能的触发位置、初速度,特别是它们之间的配合问题进行了极为重要的动态仿真分析。仿真及分析结果表明:对于多级同步感应线圈炮,初速度不同,电枢有不同的最佳触发位置,它们之间的有效配合对提高多级同步感应线圈炮的性能有重要影响;而多级同步感应线圈炮级数有限制,并非越多越好。     

同步感应电磁线圈炮电枢的结构分析

电枢是同步感应电磁线圈炮中的一个关键部件,电枢的强度指标是衡量同步感应电磁线圈炮性能的重要标志。文中介绍了同步感应电磁线圈炮的工作原理,建立了单级同步感应电磁线圈炮的机电模型,在峰值电流载荷为17kA的情况下,对电枢的结构进行了有限元分析,得出了电枢在不同时刻的电磁力分布规律以及最大的应力分布和电枢的最大变形。结果表明:电枢所承受的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,故在设计电枢时其后端部应采取加固措施以提高电枢的结构强度。     

同步感应线圈炮内磁场及涡流场的有限元分析

为了研究感应线圈炮内磁场及涡流场的分布,根据单级实心电枢同步感应线圈炮的结构模型,基于矢量磁位和标量电位相结合的方法建立了其导体区域涡流场的数学模型。对套箍和炮管非导体区域、气隙区域分别采用矢量磁位、标量磁位来描述磁场。在电枢区域涡流场的控制方程中,考虑了电枢运动效应和位移电流效应的影响;在驱动线圈区域涡流场的控制方程中,考虑了位移电流效应的影响。采用Ansoft有限元分析软件对单级实心电枢同步感应线圈炮内的涡流场分布情况进行了仿真研究。仿真结果表明:单级实心电枢同步感应线圈炮内的磁场在电枢尾部发生明显畸变,电枢内的涡流主要分布在电枢的外表面和尾部,其方向与驱动电流的方向相反。这些工作体现了单级实心电枢同步感应线圈炮实际工作过程中磁场、涡流场以及能量损耗的分布规律,为感应线圈炮的优化设计提供了参考依据。     

基于磁场方向变化的同步感应线圈发射器效率提升分析

提升同步感应线圈发射器的能量转换效率是电磁发射研究的热点之一.电枢在运动过程中,磁场沿轴向剧烈变化,使得电枢产生了感生电流和动生电流,电枢受力不均匀.在磁场同向的条件下,电枢加速主要集中在驱动线圈电流的上升沿,电枢截面电流分布不均匀.由于驱动线圈电流的减小和电枢的运动,导致磁场迅速减小,影响了系统的发射效率.身管内的磁...     

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。     

脉冲磁场发生器中用Braunbeck线圈的分析

研制一台用于肿瘤治疗的脉冲磁场发生器的关键单元是磁场线圈的设计和研制。为设计一种均匀区域更大、均匀度更高、工作更稳定的磁场线圈,在总结课题组前期工作的基础上,提出用一种4线圈系统的Braunbeck线圈替代传统的Helmholtz线圈。并对Braunbeck线圈的几何参数和中心磁场进行了理论计算、用COMSOL Multiphysics有限元软件进行内部磁场分布仿真以及研制出实物并对其性能进行了实测,结果显示该Braunbeck线圈工作性能稳定,磁场均匀度>95%的区域达到了在线圈径向-0.18～0.18m、轴向-0.17～0.17m之间,较课题组前期设计的Helmholtz线圈有了较大改进,为后续医学实验奠定了基础。     

基于Ansoft的IPM永磁同步电动机磁场计算

IPM结构有很多突出的优点,是永磁同步电动机的主要结构之一,而磁场设计是IPM结构永磁同步电动机的核心问题之一,对电机性能具有重要影响。基于Ansoft软件,研究了IPM永磁同步电动机的磁场分布规律,以及磁极分布、磁极数等参数对电机性能的影响。该研究结果对电机工程应用具有参考价值。     

基于毕奥-萨伐尔定律的永磁球形电动机定子线圈磁场分布研究

永磁球形电动机定子绕组采用集中式绕制方式,分层均匀镶嵌在定子球壳内壁。为得到永磁球形电动机单个定子线圈在三维空间中的磁场分布,建立球形电动机全局坐标系与定子线圈局部坐标系之间的映射关系,然后运用毕奥-萨伐尔定律对定子线圈产生的磁场进行求解分析。在对磁场解析表达式求解过程中借鉴“割圆法”思想,得到了磁场的数值解表达式,给出了单个定子线圈在三维空间中的磁场分布,并通过有限元方法验证了所提方法的有效性。     

电磁驱动器驱动线圈温度场数学模型研究

电磁驱动器是用脉冲或交变电流产生磁行波来驱动带有电枢弹丸的发射装置,利用驱动线圈和电枢间的磁耦合机制工作,本质上是一台直线电动机。热损耗影响电磁炮的效率和性能,驱动线圈内过高温升会降低线圈的机械强度和绝缘材料的绝缘性能影响其使用寿命,甚至会烧毁线圈,所以在提高线圈炮初速和射速时必须考虑温升的影响。分析了线圈炮结构原理及发射原理,在单级感应线圈炮机电模型基础上建立了单发瞬态温度场数学模型,根据传热学原理建立了驱动线圈多发稳态等效热路模型以计算线圈内部导热。     

高速永磁同步电机线圈与绕组电枢磁场计算方法及其内在联系

为简化和统一复杂绕组磁场的分析问题,提出一种简易的单匝线圈磁场预测绕组磁场计算方法。基于高速永磁同步电机等效同心圆多层模型和涡流场泊松方程,结合各种介质交界面条件和边界条件,建立了稀疏矩阵形式的单匝线圈电枢磁场的解析方程组。从绕组排布组合形式多样性的特点出发,根据线圈位置和同相线圈连接方式,通过线圈代数化和绕组集合化处理,将线圈和绕组之间的递推关系简化和统一,揭示其关联性。线圈和绕组电枢磁场的解析计算方法和内部关系得到有限元仿真和相关文献计算方法的证实,结果表明了使用单匝线圈磁场研究绕组磁场问题的准确性和可行性。最后基于相关计算方法和内部关系的研究,分析了绕组合成磁场时空谐波的规律。     

一种新型直流偏磁式自动跟踪消弧线圈的探讨

中性点小电流接地系统在我国配电网中占有重要地位 ,消弧线圈的使用是减小单相接地电流 ,消除接地故障和保证系统安全的有效手段。本文阐述一种新型直流偏磁式自动跟踪消弧线圈的工作原理 ,可供同行作为参考     

亥姆霍兹线圈及麦克斯韦线圈磁场分布及均匀性比较

基于毕奥-萨伐尔定律,运用椭圆积分,推导出圆环电流在空间任意一点产生的磁场公式,进而分析了亥姆霍兹线圈和麦克斯韦线圈在中心处磁场各分量的分布模型,绘出了空间分布。分析结果表明,麦克斯韦线圈磁场不均匀度小于0.0001的区域半径约是亥姆霍兹线圈的20倍。