串联并列轨道炮特征参数对电密分布的影响

串联并列轨道炮可以增大轨道发射器的电感梯度,提高发射推力,但对其枢/轨接触界面状态方面的分析还有待进一步加强。为此,通过对相同结构尺寸电枢在不同截面高度的矩形轨道、不同枢/轨材料配合下电流密度仿真分析,得到枢/轨界面电流分布随轨道高度和材料不同的变化规律。结果表明:枢/轨接触界面电流密度分布不均,且在接触界面头部聚集;随着轨道高度的增大,枢/轨界面的电流密度峰值呈先减小再增大的趋势;不同枢/轨材料配合对枢/轨接触界面电流分布有明显的影响,轨道材料电阻率相对越高,枢/轨界面电流密度聚集程度越轻。分析结果对大质量弹丸低速发射试验具有一定的指导意义。     

考虑过盈配合与磨损的枢轨接触状态分析

在电磁发射过程中,枢轨间的摩擦磨损带来接触界面物质损失导致接触状态发生变化,对发射装置的寿命与性能产生严重影响。对过盈配合的枢轨摩擦磨损进行数值仿真,并比较磨损前后枢轨接触状态。研究不同参数对枢轨接触状态的影响以及枢轨磨损后的表面状态。结果表明:磨损后接触压强分布更加均匀,材料硬度对接触状态影响较大,摩擦因数影响很小。     

超高速滑动界面机械接触性能研究

电磁轨道炮发射弹丸过程中,电枢和轨道之间处于超高速滑动摩擦的接触状态,不同的接触参数对界面间的接触性能会产生显著的影响。建立枢轨间高速滑动摩擦的二维模型,利用有限元软件LS-DYNA对超高速滑动过程进行数值计算,分别研究不同枢轨材料、摩擦因数和滑动速度等参数下枢轨界面的接触性能变化。得出提高电枢滑动速度、提高轨道屈服应力、减小摩擦因数等能够有效减少轨道的损伤。     

电磁轨道炮枢轨材料研究进展

枢轨材料的研究是解决电磁轨道炮损伤问题的关键技术。论述了枢轨材料的选择原则,通过对电磁轨道炮发射实验的总结,从三个方面概括了枢轨材料的研究进展,并展望了未来电磁轨道炮枢轨材料研究的发展方向。     

内膛精度对轨道炮电枢发射过程影响分析

电磁轨道炮炮膛装配精度直接影响到发射过程中枢轨滑动电接触状态,为分析炮膛装配精度对电枢动态发射的影响,基于炮膛间距实测数值,提取炮膛间距典型变化形态,并建立典型形态下电枢内弹道发射动力学模型,理论分析了炮膛尺寸变化在发射过程中对电枢受力、振动等的影响,并通过真实工况下的动态发射试验和枢轨静态滑动接触试验对理论分析结论进行验证。研究结果表明,膛间距的随机变化可导致发射过程中电枢和轨道处于非对称接触状态,在膛间距变小时,枢轨接触区域会经历由小变大的过程,这一过程有利于增大枢轨接触区域,当膛间距增大时,枢轨接触区域逐渐减小,造成局部面积通过电流过大,当内膛装配精度误差超过0.2 mm以上时,由此引起的内膛间距波动可导致发射过程中电枢受力不均,同时对电枢产生横向附加振动,这是导致电枢膛内高速运动而解体的主要原因之一。通过分析炮膛装配精度对电枢发射过程的影响,研究结果可以有效指导枢轨匹配性设计,对促进电磁炮未来工程化应用意义显著。     

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.     

C形一体电枢的结构设计及接触压力分析

轨道起始段良好的电接触性能是确保轨道炮正常发射的必要条件。为增强起始段枢轨电接触性能,从枢轨接触面和接触压力两方面对C形一体电枢结构进行优化设计。利用高频涡流仿真方法计算分析接触面对电枢电磁特性的影响,获得电枢电流密度以及电磁受力曲线,通过对比分析获得最优枢轨接触面大小与位置。为避免电枢在起始运动中出现接触失效问题,对传统接触压力设计方法“安克法则（1 g/1 A）”进行修正优化,形成“安克法则”瞬态应用方法,有效地模拟接触压力瞬态变化特性。应用该方法计算不同接触面的枢轨接触压力,获得的接触压力曲线均在某临界直线如“1 g/1 A”曲线之上,结果表明枢轨接触良好。基于“安克法则”瞬态应用方法设计的电枢在最优接触面下进行5发试验,实现了较好的起始段电接触性能。以上结论可供未来电枢设计时参考。     

解析法求解电磁炮发射过程轨道的产热量

为定量获得电磁炮发射过程轨道产生的轨道体电阻焦耳热、轨枢接触电阻焦耳热和轨枢间滑动摩擦热,分析时变特性,根据电磁学、力学、运动学及热力学等基本原理,建立电枢在电磁轨道上运动时的速度、加速度和位移方程,推导出各种热量和热流密度的计算公式,用解析法进行求解。结果表明：电枢运动速度、轨道体电阻焦耳热、接触电阻焦耳热和轨枢间滑动摩擦热流密度随时间变化趋势基本一致,受输入脉冲电流波形影响,在发射不同阶段呈不同的变化规律。发射后0.5 ms内,变化很小;0.5～1.5 ms期间快速增加;1.5 ms后增速变缓;2 ms后基本无变化。解析计算结果表明,在本文条件下,电流的趋肤深度为2.58 mm,与通过Comsol模拟软件得到的2～3 mm的电流扩散深度较接近;在3种轨道热量中,轨道体电阻产生的热量最多,为16 kJ;轨枢接触电阻焦耳热次之,为11 kJ;轨枢间滑动摩擦热占比最小,约为总热量的20%。研究结果对了解电磁轨道炮热量来源和热管理有一定指导作用。     

冲击载荷下轨道炮刨削形成机理及仿真分析

针对电磁轨道炮的发射特点,提出了微凸体引起的刨削形成机理;根据实际轨道炮的结构和载荷特点,利用ABAQUS有限元软件在不同的参数条件下进行了仿真计算;发现刨槽的尺寸主要取决于枢轨间相对滑动速度和电枢长度,滑动速度越高刨槽就越宽,而且刨槽尺寸随着电枢长度的加长而变长,但是枢轨界面载荷对刨槽尺寸的影响不大;轨道刨削形成机理的提出及仿真计算,为电磁轨道炮的抗刨削技术研究提供了参考和指导。     

考虑接触电阻的电磁发射装置温度场分析

为考察接触电阻对电磁发射装置性能以及结构的影响,对C型电枢发射装置进行三维有限元模拟。应用CLM法计算出接触表面的接触电阻,分别对理想接触和考虑接触电阻的电磁轨道发射进行电磁场和温度场计算,对比分析接触电阻对发射装置温度场的影响。结果表明:接触压力不均,造成接触面各部分的接触电阻差异较大;电枢和导轨的高温区分别集中在尾翼和轨道两侧的棱角处;接触电阻使枢轨温升明显,造成局部高温,证实接触电阻是导致发射装置熔化烧蚀的主要原因之一。     

接触电阻对电磁轨道炮电磁场影响分析

为考察接触电阻对电磁发射性能的影响,对矩形截面的铜导轨和C形铝电枢组成的发射装置进行三维有限元模拟。根据电枢与导轨间接触压力计算枢轨表面接触电阻,分别对考虑接触电阻下和理想接触下的电磁轨道发射装置进行电磁场计算,分析接触电阻对于电磁发射装置的影响。计算结果表明:接触电阻急剧增加又急剧减小到最小值后,随着电流的减小又逐渐增加;接触电阻对于发射方向洛伦兹力没有影响,接触电阻改变了枢轨接触表面的电流密度的最大值和分布,但对于电枢喉部电流密度的最大值和分布没有影响。     

湿式离合器摩擦副平均温升特性研究

针对湿式换挡离合器结合过程温升特性,基于集总参数法将离合器液压系统各元件简化为节点,建立了系统热阻网络模型与试验系统,研究获得了冷却润滑流量和转速差对离合器温升的影响规律。研究结果表明：在中低摩擦热负荷下,离合器温升对冷却流量的改变不敏感;在中高摩擦热负荷下,冷却流量变化对离合器温升影响显著,但当冷却流量增大到超过某一临界值时,流量增加对离合器温升影响微弱;转速差与离合器结合油压影响摩擦热负荷强度;离合器温升表现为转速差的线性增长关系,在相同冷却润滑状态下,转速差每增加100 r/min,离合器温升增加8.05%. 通过仿真结果与试验数据的对比,验证了所建模型的有效性,该模型能较好反映离合器正常工况的温升特性。     

电热消融毛细管几何参数放电实验研究

在电热化学 (ETC)发射系统中 ,作为等离子发生器的工作元件 ,毛细管的几何参数是影响系统电热转换效率 ,以及等离子体与膛内工质作用效果的主要因素之一 .本文通过在高、低两种电能水平以及不同管径下 ,对多种长度的消融毛细管作发生器放电实验 ,详细分析了在不同电能水平下 ,负载稳态阻抗、峰值电流、负载效率等主要放电特征参量随毛细管几何参数的变化规律     

石墨烯涂层对电磁轨道炮滑动电接触性能的影响

石墨烯具有优良的力学、电学、热学性能,对提高电磁轨道炮滑动电接触性能具有较大的应用潜力。通过理论分析和仿真研究,对石墨烯涂层应用在枢轨界面进行了分析;通过设计对比试验,在相同的条件下,对普通U形电枢和石墨烯涂层U形电枢进行了发射试验。结果表明:石墨烯涂层有利于改善枢轨界面间的电接触状态,具有良好的通流能力;石墨烯涂层对提高电枢速度、减少界面间热量的产生表现出了积极的作用,且具有抗电弧烧蚀和润滑的作用。该研究结果为改进电磁轨道炮滑动电接触特性提供了参考和指导。     

30mm等离子体增强固体发射药火炮内弹道物理模型及其计算

提出脉冲形成网络（ＰＦＮ）控制电能释放条件下的固体发射药电热化学炮内弹道模型，采和１ＭＪ贮能电源，对３０ｍｍ电热化学炮（ＥＴＣＧ）进行了弹道计算，计算中改变的参量有电能输入量、电能与化学能的匹配关系、药室容积、身管长、装工缇及弹丸质量等。最后给出了不同参量组合所能达到的最大火炮效能，从而为该武器设计提供了理论依据。     

爆炸粉末烧结微冲击波耗散沉能分析

用多层片组冲击动力模型研究了粉末材料爆炸压实过程中颗粒间碰撞引起的能量沉积和微冲击波的发生、耗散过程.为确定粉末材料在冲击压实过程中由微冲击波耗散而沉积的能量,基于热膨胀形式的固体物态方程,等压推广得到了固体材料的等熵卸载线和相应多孔材料的冲击Hugoniot线;计算并分析了冲击载荷作用下多层片组中微冲击波的产生与耗散规律.结果表明,多层片组在冲击载荷作用下由微冲击波耗散引起的温升是均匀的,以孔隙度为1.33的铜粉为例计算了此温升.     

考虑电枢与导轨实际接触状态的电磁轨道炮膛内磁场分析

针对电枢与导轨(简称枢轨)实际接触条件下电磁轨道炮膛内磁场研究缺乏的问题,从小口径C型电枢轨道炮出发,根据静止状态下枢轨实际接触产生的电枢电流密度分布,利用数值计算和有限元仿真对电枢前端中轴线上各考察点磁通密度进行分析,结果与试验值基本吻合。在此基础上,利用模化方法,对电枢运动条件下轨道炮膛内磁场分布特性进行了分析,结果表明：在满足一定相似关系的基础上,可以实现不同口径轨道炮电枢速度和膛内磁场的近似模化;各考察点峰值磁通密度随着与电枢距离的增加而迅速衰减,距离电枢曲率圆心2倍口径考察点的磁通密度仅为1倍口径点的27.4%左右;研究结果有助于智能弹药的电磁屏蔽设计。     

火炮后坐能量转换装置温度场分析

火炮后坐能量转换装置的工作性能受发电机温升的影响较大,根据火炮后坐能量转换装置的运行特点和结构特点,结合热力学相关方程对该装置运行过程中的发热源进行分析和计算;再根据圆柱体导热模型确定绕组的等效导热系数,并根据片层叠加模型确定铁心的导热系数;通过建立火炮后坐能量转换装置温升计算模型,确定火炮后坐能量转换装置各部位的温升状况;建立火炮后坐能量转换装置的三维温度场模型进行分析并提出了降低温升的措施。结果表明,在常温射击环境下完成单发射击,定子绕组平均温升为1. 05℃,可以满足火炮连续射击条件下的性能要求。     

基于接触特性的四轨电磁发射器电枢结构分析

为深入探究四轨电磁发射器双曲电枢结构对接触特性的影响,本文利用有限元分析方法,分别从电枢过盈量、电枢臂末端厚度、电枢喉部厚度等关键结构参数入手,对通电接触特性进行多物理场耦合仿真。针对过盈量的设计,提出一种迭代仿真方法,通过循环仿真对接触压力进行求解,使其与期望接触压力进行比较,从而达到不断逼近最优过盈量的目的; 针对电枢臂末端和电枢喉部的研究,充分考虑摩擦力、洛伦兹力以及初始过盈等因素,采用电磁-结构场耦合仿真方法对通电接触特性进行求解。结果表明:电枢喉部主要用于承受大电流以及强磁场所带来的应力; 电枢臂末端主要用于传导大电流,而电枢头部对通电接触特性影响较小。在一定范围内增大电枢臂末端厚度可改善电接触性能,但电枢臂外扩现象加剧,进而加重枢轨间的磨损和烧蚀; 在一定范围内增大电枢喉部厚度不仅可以改善枢轨间的电接触性能,同时使电枢结构更加稳定。     

电热轻气-化学发射技术

在比较了电热化学与电热轻气发射的各自优缺点、剖析了化学火炮发射技术的理论极限之后,介绍了电热轻气化学发射新概念,本文探讨了这一新发射技术可能采用的一维数学模型,最后还将12．7mm电热轻气炮的试验结果与同口径的电热轻气一化学发射的计算结果作了比较．