基于B探针的膛内电枢速度测量系统研究

弹丸速度和位移的测量是电磁炮重要的测试项目之一。针对以往分布式探针测速需要多路高速采集通道的问题,提出采用探针串联和波形叠加进行增强型电磁轨道炮膛内电枢速度测量的两种新方法。通过仿真给出采用驱动电流信号和拟合速度变化曲线计算增强型电磁轨道炮磁探针感应电压的方法;通过实验分别采用探针串联和波形合并两种新方法对膛内电枢速度进行测量,并与分布式测量方法进行比较。仿真和实验结果表明：仿真所得探针波形与实验测得的波形基本一致,提出的两种新方法与分布式测量方法相比只需要一路高速采集端口,具有成本低、可靠性高等特点,为轨道电磁炮膛内电枢速度的测量提供了一条新途径。弹丸速度和位移的测量是电磁炮重要的测试项目之一。针对以往分布式探针测速需要多路高速采集通道的问题,提出采用探针串联和波形叠加进行增强型电磁轨道炮膛内电枢速度测量的两种新方法。通过仿真给出采用驱动电流信号和拟合速度变化曲线计算增强型电磁轨道炮磁探针感应电压的方法;通过实验分别采用探针串联和波形合并两种新方法对膛内电枢速度进行测量,并与分布式测量方法进行比较。仿真和实验结果表明：仿真所得探针波形与实验测得的波形基本一致,提出的两种新方法与分布式测量方法相比只需要一路高速采集端口,具有成本低、可靠性高等特点,为轨道电磁炮膛内电枢速度的测量提供了一条新途径。     

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。     

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。     

电磁轨道炮导轨和电枢中的焦耳热分析

考虑了脉冲波形的影响,采用简化模型计算了自行设计的一种小型电磁轨道炮在单次发射后金属导轨和电枢中的焦耳热.结果表明铜导轨的热损耗是81.5 kJ,大约占输入总能量的20%,该热量可以使铜导轨表面的温度升高至260℃,远低于铜的熔点1 083℃.铝合金电枢中的焦耳热是991 J,该热量可以使电枢表面的温度升至270℃,表明电枢在发射过程中温度不会达到熔点(620℃).电磁轨道炮单次发射时其导轨和电枢的温升不会造成导轨和电枢的熔化.     

基于B点磁探针膛内电枢电弧长度与速度分布测量的计算机控制系统的研究

基于B点磁探针的测量原理，建立了电磁轨道炮膛内三维等离子体电枢电弧长度和电弧运动速度测量的数学模型，通过对该模型的分析给出了用于测量膛内电枢电弧长度和运动速度分布的相应推论。开发了用于测量膛内等离子体电枢电弧长度和速度的多通道计算机控制诊断系统，并进行了相应的试验研究。     

一种新型电磁轨道炮的设想

在考察国内外电磁轨道炮研究进展的基础上，分析了固体电枢的电热特性和固体电枢转捩为等离子体机理，结合现有国内研究情况，提出了一种能够利用固体电枢优势，而又能同时避免固体电枢烧蚀缺陷的多级电磁轨道炮的设计方案。     

电磁轨道炮电枢馈电位置研究

轨道炮电枢依靠馈入的脉冲大电流来产生电磁力以驱动弹丸运动。选择合适的电枢馈电位置,有利于减小电枢的启动延迟,也能够减少身管长度的冗余设计。研究了电枢馈电位置的选择对电枢启动时电磁推力的影响,理论推导分析并结合有限元/边界元数值模拟的结果表明:改变电枢的馈电位置,随着接入电路的轨道长度的增加,电枢所受电磁推力逐渐趋于饱和;对于方膛口径轨道炮,在4倍口径位置处馈电可使电枢获得99%的推力,而当轨道间距增加后,则需要在距炮尾更远处馈电方可获得绝大部分推力。分析了炮尾汇流装置对电枢馈电位置的影响,得到纵向汇流方式比横向汇流方式更有利于缩短电枢距炮尾的馈电距离。     

电磁轨道炮电枢装填推力影响因素分析

电磁轨道炮发射时装填固体电枢所需的推力不仅与电枢-轨道之间的初始接触压力相关,而且与装填电枢的方式等因素相关。通过选取装填过程所涉及的推杆和电枢为研究对象,利用NX NASTRAN解算器建立了电枢入膛有限元模型,对几种常见的推杆偏移现象进行了量化对比分析,结果表明推杆的上下偏移是造成装填推力变大的重要因素。在实际建模中,轨道选用与现实更贴合的凸面对称结构、电枢-轨道接触压力按照每安培一克进行初设。这些工作将有助于提高电磁轨道炮自动装填装置的设计水平。     

基于响应面法的轨道炮C型电枢结构优化设计

C型结构固体电枢结构参数直接影响到电磁轨道炮的发射,针对此问题,提出了一种基于数值分析的C型电枢机构优化方法,该方法采用正交试验设计样本数据,基于响应面法构造优化函数,采用遗传算法进行极小值优化,获得了最大电流密度值的极小值。数值模拟实验表明:该方法降低了电流密度峰值,降低了转捩发生的可能性,具有较高的准确性和可行性,能够为电枢结构改进提供有效途径。     

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.     

减轻轨道炮炮膛烧蚀的研究

解决等离子体电枢轨道炮电极烧蚀的问题是使其走向实际应用的关键之一．文中提出了外加控制磁场减少轨道炮炮膛烧蚀的方法,并进行了相应的机理分析和试验研究．     

三级PFN作为轨道炮电源带来的问题

主要介绍轨道炮利用三级ＰＦＮ电源的实验结果，并将其与以前的单次电源投入的实验进行比较，虽然该方法能有效地改善负载波型，使脉冲增宽，但是由于弧压升高将会引起湍流、导致等离子不稳定和系统效率降低等问题。     

电磁轨道炮U形铝质电枢回收过载极限分析

为了研究电磁轨道炮U形铝质电枢在回收过程中可承受的过载极限,运用动力学有限元软件LS-DYNA,采用ALE算法对U形铝质电枢以不同速度侵入不同密度的回收介质进行了数值模拟,以临界形变为参考,得到了不同初速的U形铝质电枢无损回收可选介质的最大密度以及可承受的最大过载值。结果表明:随着电枢速度的提高,回收时可选用的介质密度减小,且减小幅度越来越小;在误差允许范围内,电磁轨道炮U形铝质电枢回收过程中可承受的过载极限值约为800 000 g.研究结果对电枢回收试验有重要参考意义。     

电磁轨道炮电磁力学分析

在矩形电枢与简单轨道的基础上建立了电磁轨道炮轨道和电枢上磁场扩散的二维有限元计算模型,模型没有考虑轨道与电枢的形变.分析了电枢运动引起的速度趋肤效应,随着轨道与电枢相对速率的增加,磁场、电流的趋肤效应越明显,当速度大于1 000 m·s-1时,磁场和电流集中分布在轨道内表面与电枢后表面附近很小的区域,继续增大相对速率不会使磁场分布发生明显变化.采用ANSYS软件计算了静态复杂电枢结构情形下轨道电枢上的磁场和电流分布,U形电枢结构对于抑制电枢与轨道交界处磁场、电流的过分集中有明显的改善作用.     

电磁轨道炮瞬态磁场测量与数值模拟

为研究电磁轨道炮的磁场特性,建立三维瞬态电磁场计算模型,采用时域有限元/边界元耦合方法进行求解,获得了电枢的膛内运动过程,以及电流密度和磁通密度的时空分布,讨论电枢与轨道间的滑动电接触在电流扩散过程中产生的速度趋肤效应。在发射实验中,用B探针测量电枢运动及磁场,分析了发射过程中的瞬态磁场变化特点,与数值模拟结果进行对比,验证了电磁轨道炮三维瞬态电磁场计算模型的有效性。     

电磁轨道炮热生成机理及温度场数值仿真

在电磁轨道炮的发射过程中将产生大量热量,这些热量引起的温度突变是导致材料失效的重要因素.为了获得U型电枢温度场的变化规律,基于轨道炮的工作原理分析了其热生成机理;并通过将理论计算和有限元仿真相结合的方法,研究了电枢的温度变化;最后根据发射后轨道表面的观测结果,对仿真进行了试验验证.结果表明:电枢的温升主要取决于电流的大小,而摩擦热对温升的影响较小;U型电枢中拐角部分的温升比较明显,而最高温度出现在电枢的两侧与轨道接触区域.该数值仿真为轨道炮的材料技术研究提供了参考和指导.     

不同结构形状电枢在电磁轨道发射状态下的应力分析

电磁轨道炮工作时,轨道通入电流,在轨道间形成磁场并在电枢上产生强大的推动力,使电枢沿轨道加速运动.通过应用电流元简化模型的方法,计算电枢上的磁场分布,进而计算电枢所受的电磁力.在此基础上利用数值分析方法分析了3种不同形状电枢的电磁轨道发射过程,研究了电枢的形状、结构尺寸对电枢的应力状态的影响,给出变化规律.研究结果可为电枢设计提供依据.     

电枢运动状态下轨道炮膛内磁场仿真分析

通过对三维轨道炮模型进行有限元分析求得电枢所受电磁力,进而得到电枢运动速度和位移。以离散时间步长仿真得到不同时刻电枢位于不同位置时的考察点磁场强度。结果表明,膛内磁场变化同激励电流变化整体一致,但是磁场峰值时刻滞后于电流峰值时刻,在下降阶段磁场出现局部波动。磁场频率集中于低频段,整体呈下降趋势。     

一种电磁轨道炮系统的仿真模型

针对传统方法建模工作量大等问题,提出一种电磁轨道炮系统的模块化分解方法。对轨道炮系统的工作原理、结构特点和工作方式进行研究,将组成系统的物理部件划分为电源、轨道、电枢和弹丸4个主要的实体模块,通过替换系统模块或者改变模型内的参数,灵活方便地研究使用不同类型电源、电枢的电磁轨道炮,并建立了轨道炮系统比较实用的仿真模型。仿真结果表明:适当增大电源电压、合理设计轨道结构及使用轨道修复技术可以提高轨道炮的性能,为今后电磁轨道炮系统的建模与仿真研究提供了思路。