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。     

静止条件下轨道炮电流分布特征仿真

目前电磁轨道炮研究的主要问题之一是发生在轨道和电枢之间的放电烧蚀。造成烧蚀的主要原因是轨道和电枢中电流分布的不均匀性。针对静止条件下5种典型的轨道-电枢结构,采用Ansoft12有限元分析软件,对比仿真分析了电流密度分布,结果表明:跑道截面轨道-马鞍体结构电枢的轨道炮具有最均匀的电流密度分布现像;矩形截面轨道-长方体结构电枢的轨道炮具有最大的不均匀电流分布特征。上述结论对抑制放电烧蚀、改善刨削和延长轨道使用寿命等方面有重要参考意义。     

磁阻线圈型电磁发射器的动态仿真与实验

运用有限元分析软件Ansoft10对磁阻线圈型电磁发射器工作过程进行了数值仿真,分析了发射过程中的弹丸受力分布情况,并利用磁阻线圈型电磁发射器实验平台开展了发射实验研究;实验结果和仿真结果有较好的符合程度,得出以下结论：合理采用炮管材料可以实现发射过程的电磁屏蔽;弹丸在炮管中运动时,受力均匀,弹丸可以稳定地被加速;在一定范围内增大电源电压,弹丸速度会明显增大;线圈发射过程中出现了反向电压,尤其当弹丸速度较大时,电流波形出现明显下滑。     

轨道炮发射过程中电火工品的可靠性评估

电磁轨道炮发射时会在膛内激发强脉冲磁场,从而与引信内部的电火工品产生能量耦合,影响轨道炮弹药的作用可靠性。针对轨道炮电火工品所处位置的磁场环境表征,应用有限元法对轨道炮发射全过程进行了仿真模拟,明确了弹丸引信区域磁场的时空分布特性,突出了发射组件出膛瞬间这一特殊事件所引起的极端磁场变化。然后开展了电火工品与强脉冲磁场环境的耦合效应研究,研究了电火工品壳体、桥区薄膜等实际几何特征对强脉冲磁场的衰减特性,分析了不同脚线布置方式下弹丸电火工品换能元的电热响应特征,并以该型电火工品的最小点火能量与桥区熔点为标准对其作用可靠性进行了评估。研究结果表明轨道炮发射典型参数下电火工品具有较高安全性。分析结果可为电磁轨道炮弹药引信的设计与可靠性评估提供参考。     

四轨电磁发射器轨道构型对电流分布的影响

四轨电磁发射器的电流分布特性与其发射性能密切相关,较大的电流密度会导致枢轨的热烧蚀、磨损和转捩,严重制约发射器的使用寿命.为更好解决四轨电磁发射器电枢和轨道的热烧蚀问题,建立了3种不同构型的轨道和电枢,用有限元法对轨道和电枢的电流密度分布及电磁力进行比较分析,探讨枢轨凹凸值对电流分布和电磁力的影响.结果表明:凹椭圆型轨道提供较大电磁推力且枢轨接触面的电流密度分布最均匀,局部热损伤不明显;平面轨道提供的电磁推力较小,电流密度较大;凸椭圆型轨道电磁推力一般且枢轨接触面处电流分布不均;轨道电流密度大小与凹凸值负相关;而凹凸值对电磁推力的影响随枢轨构型不同而不同.     

基于COMSOL的电磁发射一体化弹丸动力学分析

为了实现高效、精确的电磁发射一体化弹丸效果,深入理解一体化弹丸在电磁场中的动态响应和运动特性,通过采用基于COMSOL的电磁场仿真模拟方法,结合理论推导和数值计算,对电磁发射一体化弹丸的动力学行为进行了系统的研究。建立了有限元模型,对弹丸在电磁场中的受力情况进行了描述和分析;利用COMSOL软件进行仿真,得到了弹丸在电磁发射过程中的速度和位置等关键参数;并得到相关的磁场特性。通过对仿真结果进行分析,深入了解弹丸在电磁场中的运动轨迹和磁场特性,进一步揭示其运动特性和响应机制,为电磁发射技术的进一步发展提供重要的参考和指导。     

电磁轨道炮锡合金镀层U形电枢仿真与试验

为解决电磁轨道炮电枢/轨道间干摩擦阶段摩擦力过大、发射效率低等问题,提出以锡合金作为电枢/轨道间液态导电涂层,对锡合金改善电磁轨道炮发射性能进行了理论分析与数值仿真计算。仿真结果表明:在电流欧姆热等作用下,锡合金能够比普通铝电枢表面更早熔化并形成液态导电涂层,有效减小电枢/轨道间摩擦力。在20 mm×20 mm方膛轨道炮上开展了普通U形铝电枢与锡合金镀层电枢发射对比试验,结果表明:对比5、20、35、50μm 4种厚度的镀层,以35μm厚镀层对电枢炮口速度提升效果最显著,约为22%;对比5、10、15 MA/m 3种线电流密度条件,其中对电枢速度提升贡献最大的是5 MA/m,最小的是15 MA/m;在典型发射条件下,锡合金镀层电枢较普通铝电枢炮口速度,提升幅度约为13%～22%.     

多匝轨道炮的电磁学优势分析

多匝轨道炮采用多层结构,是解决简单电磁轨道炮电感梯度小、电流汇聚严重等轨道炮应用问题的一个重要途径.分别对简单轨道炮、双匝、三匝轨道炮膛内磁场分布、电感梯度、轨道内电流分布进行了比较分析.分析结果为在单侧通流总量不变、口径相同条件下,3种结构形成的磁场分布近似,多匝轨道炮电感梯度提高明显且电流汇聚程度减弱.分析认为,与简单轨道炮相比,轨道炮采用多匝结构可在一定程度上降低对脉冲电流的大幅值需求,进而减小对电源的要求、降低电源及回路线缆的不必要能耗、减弱欧姆热集中带来的不良影响,是轨道炮发展的一个重要方向.     

电磁轨道炮电枢技术研究进展

电枢作为电流和电磁力的载体,在电磁轨道炮中起着将电能转换为弹丸动能的关键作用。通过对国内外电磁轨道炮电枢资料的搜集分析,论述了不同类型、形状的电枢和轨道炮一体化弹丸的研究进展。结合电枢技术特点及其发展趋势,提出了以电磁轨道炮实用化为应用背景的一体化弹丸对电枢的要求及其研究方向。     

基于解析法的电磁发射弹丸内膛磁场分布特性分析

电磁轨道发射装置膛内的磁场分布特性对制导弹丸的器件布局设计非常重要。对电磁轨道发射装置膛内的强磁场环境进行了分析,基于毕奥-萨伐尔定律推导了考虑弹丸运动位移和电流趋肤深度下膛内磁场的计算公式。通过时谐分析方法并采用数据拟合的方式得到了电感梯度与电流频率和弹丸运动位移的函数关系,用以分析弹丸的内弹道运动特性。采用时频分析方法得到了电流趋肤深度随时间的变化关系,从而建立了弹丸中轴线磁场分布特性求解的三维解析计算模型。以实验室的电磁发射装置为例,采用试验电流数据作为输入,对内膛弹丸处磁场分布特性进行解析计算。结果表明：弹丸中轴线的磁感应频率在450 Hz以下,磁感应强度峰值达到0.4 T,并沿弹丸长度方向迅速衰减,100 mm处的磁场基本降为0. 利用磁探针的测试数据验证了理论计算模型的正确性。     

反辐射导弹武器发射区优化计算

武器发射区的正确确定是有效提升导弹作战使用的关键技术之一.分析了导弹武器发射区的影响因素,给出了传统的武器发射区模型,提出了引入发射时机因素,并建立了具体的算法模型能对传统武器发射区进行有效改进,最后进行了仿真验证,结果表明了该算法模型的正确性.     

管内发射两级火箭原理研究

描述了管内发射两级火箭的发射过程,将该发射过程分为4个阶段.对二级火箭的点火时间进行分析,设计并完成了二级火箭在管内与管外2种情况下开始工作的对比试验.结果表明,管内发射两级火箭的发射原理是可行的,该发射方式可提高火箭弹的速度.     

炸药装药发射安全性模拟试验方法研究

介绍了炸药装药发射安全性模拟试验方法的研究概况,论述了膛压冲击试验装置和落锤冲击试验装置的设计原理、结构特点和试验方法.试验结果表明,膛压冲击试验装置能够模拟火炮膛压变化过程,炸药装药的受力过程接近发射实际情况;落锤冲击试验装置能够近似模拟膛压曲线,但其曲线的重复性好.2种模拟试验装置各有特点,都能模拟膛内发射的主要力学过程.试验者可根据研究需要来选定不同的模拟装置.     

中远程舰空导弹可靠发射区研究

针对中远程舰空导弹发射区的问题,通过对目标的机动轨迹分析,对舰空导弹可靠发射区进行了研究,提出了可靠发射区的确定方法,并通过图上作业,仿真了可靠发射区的形状,证明了目标机动条件下的舰空导弹可靠发射区与传统的发射区有很大的区别.     

一种新颖的导弹起竖机构

一种新颖的导弹起竖机构，起竖油缸的上支点可以移动，能缩短起竖油缸的长度，改善起竖机构的受力，为快速起竖大型导弹探索了一条新途径。     

基于模态综合法的发射过程刚柔耦合动力学研究

基于模态综合法方法,利用ADAMS和ANSYS建立了导弹发射系统的刚柔耦合模型,通过对发射过程动力学仿真分析,获得了导弹的发射姿态和发射系统的动力学特性,分析结果通过试验进行了验证.     

某小型弹体发射系统低压发射室降压方案研究

针对某小型弹体发射系统低压发射室峰值压强过大的问题,以经典的内弹道理论为基础,根据系统设计参数及内弹道预估结果,分析了影响低压发射室峰值压强的主要因素,提出了降低峰值压强的3个主要方法:增大低压发射室初始自由容积、减小主装药初始燃面和增大喷管喉径。通过该方法低压发射室峰值压强从最初的0.96MPa降低到了0.58MPa,降低了约40%。最后通过试验验证了该方法的可行性及内弹道预估的可靠性,并根据预估结果设计出了满足技术指标要求的弹体发射系统。     

某导弹无依托发射场坪动态响应与破坏形态研究

在采用混凝土脆性开裂模型建立某导弹无依托发射场坪有限元模型的基础上,研究发射时场坪的动态响应与破坏形态,讨论裂纹产生、延伸及扩展的过程。通过对应力波在场坪介质不同位置下随时间传播变化规律的研究,得到发射场坪的破坏路径及3个状态区域范围。结果表明:发射场坪裂纹的发展、不同时刻的破坏形态、破坏路径及3个状态区域范围均与应力波传播有密切关系。     

结构与装填条件对二级轻气炮发射性能的影响

通过建立数学模型,运用数值计算方法进行求解,实现了二级轻气炮发射过程的理论计算,并以25 mm/100 mm二级轻气炮为基本模型,计算了其在多种不同结构参数和装填条件下的一系列发射过程.通过对大量计算数据进行系统分析,总结出结构参数和装填条件对二级轻气炮发射性能的影响规律,并根据这些规律,给出了一些提高二级轻气炮发射性能的建议.     

美国运载火箭多星发射和搭载发射技术

本文全面系统而又详细地介绍了当前美国一次性使用运载火箭（德尔它、宇宙神、宇宙神／半人马座、大力神Ⅱ、商业大力神Ⅲ）多星发射和搭载发射技术，这些技术充分利用现有运载火箭的运载能力，降低了主要卫星、搭载卫星或多个小卫星的发射费用，也无需研制专用小型运载火箭。