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。     

一种导轨-线圈复合型电磁发射器的分析与仿真

分析了一种导轨-线圈复合型电磁发射器的工作原理,建立了其电路模型和动力学模型;在理论分析的基础上,利用有限元软件Maxwell对其结构参数进行了优化设计。通过有限元数值计算,得到了弹丸发射过程中的磁场分布,进一步得出了其电路模型和动力学模型中的电感、电感梯度与弹丸位置的关系。在此基础上,利用动态仿真软件Matlab/Simulink仿真分析了这种复合型发射器的动态特性。分析和仿真结果显示,该导轨-线圈复合型发射器能使被发射物体获得导轨和线圈两种推力的共同作用,可以将大质量物体加速到相对高的速度。     

一种轨道一线圈混合发射器的原理与性能分析

轨道-线圈混合发射器综合了轨道式电磁发射能发射超高速发射体和线圈式电磁发射能发射大质量物体的优点，较易使大质量发射体达到超高速。文章叙述了它的结构，分析了它的运动过程和性能，并论述了混合电磁发射的优点。     

一种新型磁阻型电磁发射器的数值分析

新型磁阻型电磁发射器结合了磁阻型电磁发射器的工作原理和螺旋线圈型电磁发射器的基本结构。基于有限元方法,对弹丸受力的影响因素,如线圈与弹丸的相对位置、电流大小、线圈尺寸和弹丸尺寸等进行了数值分析。研究结果对新型磁阻型电磁发射器的研制具有参考价值。     

三级电磁线圈垂直发射器工作过程仿真

根据同步感应线圈发射器工作原理,建立了3级电磁线圈垂直发射器(electromagnetic coil vertical launcher,EMCVL)数学模型,利用Ansoft电磁仿真软件对其发射过程进行了仿真,得到了电磁场分布规律和动态特性曲线。结果表明:EMCVL低速发射大载荷过程中加速过程比较平稳,容易充分实现各级驱动线圈对发射组件的加速效果;发射过程中电磁场主要集中于驱动线圈和电枢外侧间隙,再逐渐向四周扩散,电枢所受的电磁力位置主要位于电枢尾部外侧,所以在实际设计中一定要考虑对电枢尾部结构的加固;EMCVL通过适当的改变电源储能参数、驱动线圈级数等途径,能够实现多类型载荷的发射。     

直线感应电磁发射器分析与优化

本文对一个两段直线感应电磁发射器进行了分析与优化设计。首先建立了电容驱动的直线感应电磁发射器的数学模型。通过MATLAB编写了系统暂态仿真的仿真程序,给出了系统仿真的流程图。其次比较了直线感应电磁发射器三相电源不同的触发相序对发射性能的影响,得到了最优的触发相序。分析了不同抛体初始位置对出口速度和动能转换效率的影响。最后比较了两段直线感应电磁发射器在第一段电源电压改变时对系统的影响,以及第二段电源电压改变时对系统的影响。从而为下一步的实验提供了理论依据。     

一种轨道-线圈混合发射器的原理与性能分析

轨道-线圈混合发射器综合了轨道式电磁发射能发射超高速发射体和线圈式电磁发射能发射大质量物体的优点,较易使大质量发射体达到超高速。文章叙述了它的结构,分析了它的运动过程和性能,并论述了混合电磁发射的优点。     

螺旋线圈型电磁发射器有限元动态数值仿真

基于有限元方法,对螺旋线圈型电磁发射器的动态发射过程进行了数值分析。螺旋线圈型电磁发射器弹丸可采用线圈弹丸和铁磁弹丸,对比分析了两种弹丸运动过程中受力和速度随时间的变化关系。     

平面螺旋线圈电磁发射器发射过程的动态仿真

电磁发射器发射拦截弹的过程是一个电磁学与运动学交互影响的复杂动态过程,该文以储能脉冲电容器驱动的平面螺旋线圈电磁发射器为例,利用Ansoft有限元软件中的2D瞬态求解器对电磁发射器的发射过程进行了动态仿真。建立了描述电磁发射器动态发射过程的数学模型,然后对平面螺旋线圈电磁发射器的发射过程进行仿真,并利用实验装置进行了发射实验,验证了仿真思路和仿真结果的可行性。     

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.     

电磁发射的历史及发展趋势

回顾了电磁发射发展的各个历程,针对不同电磁发射种类,分析它们发展趋势,阐述了电磁发射领域研究的必要性。     

磁阻式电磁发射器直线推进电机仿真优化

基于磁阻式电磁炮的基本结构和原理,对直线推进电机进行设计和优化。利用Ansoft Maxwell软件建立模型,通过动子初始位置、控制电路、动子材料、定子铁芯形状结构的优化,得出不同参数下的速度优化效果。初步探究了不同参数之间的关系对优化效果的影响。结果表明初始位置优化、外电路控制优化及结构优化方法均有良好的优化效果。其中外电路控制优化效果最佳,对电磁炮的效率有显著提升,并且控制方法新颖独特。最后给出了经过优化后的电机本体设计与外电路设计,方便后续实物制造验证研究。根据仿真结果,本设计加速效果良好,可以达到弓弩的储能密度。     

方向可控电磁发射器拦截弹发射过程研究

方向可控电磁发射技术是主动电磁装甲防御体系的关键技术.文中分析了方向可控电磁发射器的组成及工作原理,推导了其工作过程的电路方程、拦截弹受力方程和运动学方程,建立了拦截弹发射过程的数学模型,给出了拦截弹加速过程分析的数值方法;编制有限元分析程序对拦截弹的发射过程进行了仿真,得到了加载瞬间拦截弹的速度和位移随时间变化的规律.为了对仿真结果进行验证,进行了拦截弹发射实验,测得了拦截弹的发射初速,结果表明:实验数据与仿真结果符合较好.     

两段直线感应电磁发射器实验分析

为了对电容驱动直线感应电磁发射器的暂态特性进行研究,对由18个驱动线圈组成的两段直线感应电磁发射器进行了数值仿真分析和实验研究。首先利用网孔回路的方法建立了电容驱动的发射器的数学模型,通过MATLAB编写了模拟系统暂态过程的仿真程序;其次运用数值仿真程序对发射器进行了动态过程仿真,分析了抛体初始位置对发射性能的影响,在每段得到了一个最优的抛体初始位置来进行放电;最后对实验装置平台进行了描述,对比分析了仿真和实验的电流波形及每段出口速度。从实验结果可以看出,通过两段的加速能把300 g质量的抛体加速到142 m/s的出口速度,动能转换效率为9.7%。仿真和实验结果有很好的一致性,这说明了所编写的程序的准确性以及电容驱动直线感应电磁器的可行性,为下一步的系统性能优化及高速发射器设计提供了仿真及实验平台。     

电磁连续发射器的动态性能分析和实验研究

为实现电磁发射器的连续发射,提出了一种新型的一体化结构弹丸及连续发射器,并通过动态仿真和发射实验相结合的方法,对连续发射过程进行了研究。仿真结果表明:间隔时间过短会对弹丸的动态性能起到负面影响,适当增大间隔时间,不但可以控制弹丸的射速,还能提高发射效率。实验得到的结果表明:间隔时间为25ms时,发射器的平均射速为2 609发/min;间隔为10 ms时,发射器的平均射速为3 488发/min;提出的连续发射系统的射速还有进一步提高的空间。     

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。     

螺旋线圈电磁发射器径向受力仿真与电枢设计

通过数值仿真,根据螺旋线圈电磁发射器(HCEL)驱动线圈的径向磁场分布,提出一种"D"形截面电枢并确定其最佳受力位置.计算表明,相同线度的"D"形电枢比矩形电枢加速度更大,即在炮长(弹丸加速长度)相同的情况下,"D"形电枢比矩形电枢具有更高的出口速度.以"D"形电枢为例,分析了弹丸线圈与驱动线圈上的轴向、径向受力分布....     

一种新型磁阻型螺旋线圈电磁发射器的仿真研究

新型磁阻型螺旋线圈电磁发射器结合了磁阻型电磁发射器的工作原理和螺旋线圈型电磁发射器(HCEL)的基本结构。对弹丸受力的影响因素,如弹丸与驱动线圈相对位置、弹丸和驱动线圈尺寸、电流大小等,进行了静态模拟。结果表明,弹丸的受力大小与其相对驱动线圈的位置有关,且有一个最大受力位置。驱动线圈半径固定时,弹丸最大受力随线圈轴向长度增大而增大,线圈长径比为1:2时弹丸加速度达到最大。在电流较小的情况下,弹丸最大受力与线圈每匝电流平方成正比,最大受力位置随电流增大而增大;而铁磁质弹丸达到磁饱和后,弹丸最大受力只与电流成正比,最大受力位置不随电流变化。仿真结果验证了HCEL的基本理论,并为新型磁阻型电磁发射器结构的设计提供了参数支持。     

一种螺旋线圈电磁发射器弹丸受力的仿真研究

对一种螺旋线圈电磁发射器(HCEL)弹丸受力的影响因素,如弹丸与驱动线圈相对位置、弹丸线圈和驱动线圈尺寸、电流大小等进行了静态模拟。结果表明,HCEL弹丸的受力大小与其相对驱动线圈的位置有关,且有一个最大受力位置。线圈半径固定时,弹丸最大受力随线圈轴向长度增大而增大,线圈轴向长度较小时弹丸加速度达到最大。弹丸最大受力与线圈每匝电流平方成正比,最大受力位置不随电流改变。仿真结果验证了HCEL的基本理论,并为HCEL结构的设计提供了参数支持。     

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。