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。     

电磁轨道炮轨道表面刨削产生分析

刨削是一种高速滑动过程中发生在接触界面的损伤现象.对电磁轨道炮超高速滑动电接触界面刨削形成的因素进行了探讨,对刨削产生的微观机械作用过程进行了详细的分析,得出刨削发生于一个高速高温高应变率的物理环境中;刨削过程的物理实质是电枢与轨道局部微凸体发生了绝热塑性剪切作用.最后归纳了目前抑制刨削的3种手段,为轨道炮系统结构的设计提供了参考.     

电磁轨道炮及其关键技术的现状与发展

以美国为首的军事大国,早在20世纪80年代就将电磁轨道炮作为战略武器正式开始研发,随着国际形势的发展,其开发速度时急时缓.20世纪90年代,美国海军积极开发电磁轨道炮,进人21世纪后,美国海军探讨了电磁轨道炮作为舰载炮的适用性,研究开发再度大规模展开.     

美国电磁轨道炮技术探析

介绍了电磁轨道炮的作用原理,回顾并总结了美国电磁轨道炮技术的研究历程。在此基础上,从美国电磁轨道炮的发射器寿命、超高速射弹性能和制导能力等方面评估了美国电磁轨道炮的技术发展现状。分析了电磁轨道炮技术对反介入/区域拒止能力与核稳定状态的影响。     

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。     

电磁轨道炮发射过程中的分布式脉冲电源系统冲击特性研究

电磁轨道炮发射过程中,分布式脉冲电源系统在1~2 ms的时间内,将承受30 kA以上的脉冲电流以及5 kV以上的脉冲电压,对于电源系统关键部件的工作特性造成极大的影响,甚至引起失效。因此,研究分布式脉冲电源系统在电磁轨道炮发射过程中的冲击特性是十分重要的。建立包含动态变化负载的分布式脉冲电源系统模型,利用电路仿真Pspice软件对分布式脉冲电源系统的冲击特性以及关键部件失效后的工作特性进行仿真分析,并将分析结果与实验结果进行对比。研究结果表明：电磁轨道炮发射过程中,分布式脉冲电源系统的电容器组,在单一模块晶闸管发生击穿短路故障后,受到较大的反向电流和反向电压,会对储能电容器造成严重破坏;在单一模块调波电感器发生击穿故障后,会造成故障模块的输出电流波形与电容器输出电流波形脉宽相近,且造成输出电流波形脉冲宽度变小,峰值增大（即通过晶闸管电流的di/dt变大）,可能造成晶闸管高压硅堆正向过流烧毁。仿真结果与实验结果吻合程度很高,证明所建立电磁轨道炮电源模型与实际使用模型十分接近,分析得到的结果准确性更好、可信度更高。     

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.     

电磁轨道炮轨道形状对电流分布的影响

电磁轨道炮作为一种新概念动能武器系统,与传统火炮相比具有发射动能高、攻击距离远等优点.电磁轨道炮利用脉冲电流产生的强磁场与电流产生的洛伦磁力来产生推动力,而轨道表面的电流分布会对电磁轨道炮的寿命、性能等产生重要的影响.通过二维边界元方法,采用自编程序对比模拟了几种不同形状轨道的表面线电流分布,计算结果表明:通过倒角、采用椭圆弧面以及几何参数的适当选取等方法可以抑制电流密度聚集效应,增大轨道内侧表面电流密度幅值,优化轨道表面线电流分布,为轨道炮的实验设计提供了合理的参考方案.     

空间信息支持电磁轨道炮应用研究

简要介绍了空间信息概况和电磁轨道炮的基本原理,在此基础上,设计了空间信息支持电磁轨道炮应用系统的框架,并提出电磁轨道炮对空间信息的需求以及运用信息的流程.     

电磁轨道炮速度测量方法研究

电磁轨道炮武器系统进行发射试验时,速度是评价武器性能的一个重要参数.结合实际工程,利用平均速度测量原理,设计了基于网靶、光幕靶和阴影照相3种速度测量系统.通过在电磁轨道炮发射试验中使用3种速度测量方法,分析速度相对误差及其影响因素,比较每种测速方法的优缺点及主要适用范围.结果表明,网靶测速造价简单,比较实用;靶道阴影照相测速比较直观,能再现高速发射过程;光幕靶测速具有精度高、测量重复性好等优点.试验研究结果对评估电磁轨道炮发射性能具有指导意义.     

一种用于电磁发射的电感电容混合型储能脉冲电源

为探索电感储能脉冲电源用于电磁发射的可行性,研究了电感电容混合型meatgrinder脉冲电源电路.分析了带轨道炮负载的这种混合储能型脉冲电源系统的工作原理,结合仿真,研究了电源模块中电感、耦合系数和电容等参数对系统性能的影响,讨论了多个电源模块的并联运行问题.通过合理设计电源电路参数,这种脉冲电源电路用于轨道炮的发射是可行的,并且通过多模块的并联运行可以获得理想的脉冲电流波形和更高的系统能量转换效率.     

两种反求电容储能轨道炮时序方法的比较

依靠多个商业软件间的集成来完成轨道炮系统级仿真及优化不但复杂，而且还存在两个缺点，一是有限时间内，优化所采用的遗传优化算法不能保证最优且结果不可重现；二是电源的拓扑结构需要手工调整脉冲，寻优过程无法彻底的自动化。目前，轨道炮系统级轨道炮仿真代码和电容储能轨道炮 PFN 触发时序反求问题都少见文献报道。为求解此问题，将多维的触发时序优化问题转化为一维的延迟时间确定问题，从而使全局迭代法可用。应用所开发的求解及优化程序，给出了遗传优化算法及全局迭代法求解该问题的结论及比较结果。建立了电容储能轨道炮数学模型，分析了轨道电流这一参数的重要性，介绍了由轨道电流平顶波幅值反求 PFN 触发时序问题的意义。通过定义理想时序的概念，说明了迭代法的“细分逼近”特性，指出迭代法可用于解决由炮口初速反求触发时序问题。     

一种新型膛内供电电磁感应物理电源

根据高精度电子时问引信和计转数引信对物理电源的要求，提出了一种新型电磁感应物理电源，研究了影响电源性能的因素。通过实验证明了该物理电源的可行性。     

轨道炮脉冲电源续流硅堆设计及实验现象分析

为了满足电磁轨道发射的要求,使总输出电流能叠加为设计的电流波形,进行了脉冲电源设计和脉冲放电波形调节技术的研究,设计了高压大功率续流硅堆装置.针对实验过程中出现的问题,从理论和实验的角度,分析了脉冲功率源系统产生问题的原因,提出改进方案,使发射试验得以顺利进行.     

一种真空触发开关脉冲电源系统研究

脉冲电源系统性能基本取决于放电开关的特性,真空触发开关因其具有工作电压范围宽、承载电荷量高、介质恢复迅速、结构紧凑等优点,可用于脉冲电源的主开关。采用RVU-43型真空触发开关研制了一套总储能2 MJ、额定工作电压13 kV的脉冲电源。电源系统由17个118 kJ电容储能模块并联组成,单个模块短路放电最大电流达52 kA,系统包含了充电、控制、测量子系统。电源在模拟负载上进行了单模块、系统同步与时序控制放电性能测试,并在电热化学发射装置上进行了发射试验。结果表明,系统输出的电流幅值较高且波形灵活可调,可靠性高,可满足电热化学发射试验的研究。     

模化方法在电磁轨道炮研究中的应用综述

模化方法是指不直接研究自然现象或过程的本身,而是用与这些自然现象或过程相似的模型来进行研究的一种方法。选择合适的模化方法对原型与模型之间试验结果的匹配至关重要。在对模化方法进行简要介绍的基础上,对现有电磁轨道炮物理场、弹丸动力学、驱动电路模化方法的实现方式和优缺点进行了论述,探讨了当前电磁轨道炮模化方法的研究难点及未来可能的发展方向。目前尚未出现一种理想的电磁轨道炮模化方法可以同时进行所有物理量的匹配,因此,在实际应用过程中,根据具体需求选择合适的物理量和模化方法是目前较为有效的研究途径。     

基于遗传算法的电磁引信鱼雷过靶定位方法

针对传统电磁引信鱼雷过靶定位需要较精确的位置参数作为初值的问题,提出基于遗传算法的被动定位方法。该法基于海水中电磁波传播方程,将鱼雷过靶时电磁场信号幅度与相位分开进行处理,利用信号相位特征量,通过遗传算法良好的全局搜索能力,实现电磁引信辐射源的被动跟踪与定位。仿真结果表明:在水下有效测量距离范围内,利用遗传算法进行被动跟踪与定位不需较精确的位置参数作为初值,有较高的精度。     

基于反向开关晶体管的脉冲电源在电磁发射中的应用

为了进行电磁轨道炮发射机理研究,研制了一套基于反向导通双晶复合晶体管（RSD）全固态开关的电容储能型脉冲功率电源。RSD开关采用可控等离子体换流技术,具有全面积均匀同步导通、开通损耗小、功率大、换流效率高、寿命长的特点。电源系统由16个64 kJ储能模块并联组成,采用一体化紧凑设计,内嵌充电、控制、保护与测量功能。系统额定电压18 kV、总储能1 MJ,可通过时序控制对放电波形进行调节,短路同步放电峰值可达960 kA. 系统在20 mm口径电磁轨道炮上进行了多次发射试验,结果表明脉冲电源系统可靠性高,一致性好,输出波形灵活可调,满足轨道炮超高速发射研究的需要。     

电热化学炮移动式脉冲功率源

脉冲功率源系统的体积、重量、可移动性及可靠性对于应用于靶场实验的电热化学炮(ETCG)来说是重要的.为满足脉冲功率源集成化要求,必须开发、利用高储能密度、高功率的器件及综合设计脉冲功率源系统.该文研发了储能200 kJ的高储能密度脉冲功率源,ETCG靶场实验证明,该系统体积小,可移动性好,可满足ETC火炮的连续射击及单次射击,其充电时间少于10 s.功率源有10个电容器,在最大电压18 kV时储能200 kJ,高频充电器具有低谐波电流及输出功率大特点.     

电磁轨道炮三维瞬态涡流场的有限元建模与仿真

本文分析了固体电枢电磁轨道炮的三维瞬态涡流问题,建立了运动坐标下的磁扩散公式,该公式基于准稳态麦克斯韦方程组,用矢量磁位和标量电位作为未知量。在运动坐标下计算含有运动导体的磁扩散问题,可以消除高速情况下的数值不稳定,减少计算量和内存需求。通过施加库仑规范,保证了方程解的唯一性。本文以方膛电磁轨道炮为例,用有限元法和后向差分格式对方程组进行了求解,得到了轨道炮中电流密度的分布,以及电流和电枢速度的变化过程。