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。     

永磁体用于磁阻发射器弹丸材料的可行性分析

弹丸作为磁阻发射器的重要部分,其材料的特性对发射性能有重要影响。利用Ansoft有限元软件仿真了steel1010(10号钢)和Nd Fe B35、AlNiCo9磁体等三种材料作为圆柱形弹丸材料时单级电池型磁阻发射器的动态过程,分析了永磁体作为磁阻发射器弹丸材料的可行性。结果表明,永磁体可作为磁阻发射器弹丸的材料,相对于钢等软磁材料其优势在于初始加速时间短,但发射时需考虑弹丸的极性;选择永磁体作为磁阻发射器的弹丸时,应选剩磁较大的永磁体,其发射效果更好。     

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。     

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。     

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。     

基于IGBT时序控制的磁阻发射无级调速实现

为了实现磁阻发射无级调速威力可控,构建了IGBT时序控制无反拉力作用的二级磁阻发射电路,研究了电枢在线圈内弹道的速度-时间曲线,采用最小二乘原理对速度-时间曲线进行了分级多项式拟合;基于电枢终点效应及电枢飞行阻力系数,构建了弹丸飞行方程组及电枢出口速度的数值推导求解方法;当电枢目标出口速度小于第一级线圈所能达到的最大速度时,第二级线圈不工作,通过第一级速度时间拟合函数求得IGBT的通断时序来实现电枢目标出口速度;当电枢目标出口速度高于第一级线圈最高速度时,第一级IGBT按最大速度设置通断时序,通过第二级速度时间拟合函数求得IGBT的通断时序来实现电枢目标出口速度;最后通过实验对测试结果与理论值进行比较与分析,得出了通过选择正确的IGBT通断时序可以实现磁阻发射无级调速的结论。     

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。     

磁阻型非致命防暴枪供弹机构方案设计

供弹机构是磁阻型非致命防暴枪的关键模块,主要作用是实现电磁枪的连续自动供弹。磁阻型非致命防暴枪在工作原理上与传统火药武器不同,因此其供弹机构与传统武器有所区别,针对磁阻式非致命防暴枪的工作特点对其供弹机构进行了设计与分析。首先阐述了该机构的工作原理,在此基础上提出了针对磁阻型非致命防暴枪的供弹机构方案,对机构中的供弹电磁线圈模块进行了仿真分析,优化了线圈参数,制作了供弹机构模型,搭建了供弹实验平台。经过修改验证,该供弹机构顺利通过可行性测试,结果证明能够可靠运行。     

磁阻型线圈发射减速力研究

磁阻型线圈发射对铁磁体弹丸有吸引力作用能够实现加速发射,本文通过对磁阻型线圈发射弹丸受力情况的理论分析和仿真计算,发现磁阻型线圈发射在弹丸高速度、驱动线圈强磁场的发射条件下会出现较强作用的涡流减速力,弹丸速度不会增加反而减小。文中提出减小铁磁弹丸的电导率和对弹丸进行开槽处理,仿真结果表明这两种方法可以有效地减弱涡流对磁阻型线圈发射弹丸减速力的影响。     

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。     

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。     

磁阻型电磁发射器双排供弹机构仿真设计

供弹机构是磁阻型电磁发射器的重要组成部分,其功能为实现连续可靠供弹。原理的不同决定了磁阻型电磁发射器的供弹机构有别于传统火药发射武器。在前人的研究基础上,设计了容弹量更大的双排单进供弹机构。通过原理分析提出设计方案,利用电磁仿真软件Ansoft Maxwell建立电磁仿真模型进行电磁学仿真,利用三维建模软件建立三维模型装配后导入Adams中进行动力学仿真。利用3D打印技术制作模型并搭建试验平台进行实验验证,试验结果与仿真结果对比表明该双排供弹机构能够可靠运行。     

直线感应发射器的实验与仿真研究

为探索直线感应发射器实验方法和分析手段,设计制作了1台直线感应发射器,并进行了实验与仿真分析。建立了直线感应发射器的网孔矩阵分析模型,并根据此数学模型对次级的运动特性、电压电流波形、能量转换效率及电流热效应进行了分析。发射器驱动电源采用两电平的电压源型变频器,在0.96m的直线距离将0.275kg的铝合金次级加速到18.75m/s,次级出膛速度测量值与模型分析的计算值相符,电压电流实验测量波形与仿真波形近似程度良好。实验结果证明网孔矩阵法可作为直线感应发射器分析的有效手段,实验与模型分析过程为感应式线圈炮的进一步研究提供了参考。     

开关磁阻电机变参数自适应控制

开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)具有严重的非线性,绝大部分SRM控制器采用电流滞环调节器.在补偿被控对象非线性方面,变参数自适应控制是非常有效的方法.采用基于SRM电感模型的变参数自适应控制,对SRM运动电势和电感的非线性进行了有效的补偿.仿真和实验结果表明,该控制方法对于非线性严重的SRM具有很好的控制效果.     

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。     

多级同步感应线圈发射器电枢内部强磁场屏蔽与优化

该文解决了多级同步感应线圈发射器电枢内部的强磁场分布以及屏蔽优化问题。首先,分析在发射过程中电枢内部无屏蔽时的磁感应强度分布和电磁性能;然后,对屏蔽体采用单层导磁和导电材料以及三层组合的方式在不同厚度时的屏蔽效能和电磁性能作了对比;最后,对组合屏蔽方案在不同位置以及不同厚度时进行优化。仿真结果表明,磁感应强度较高时,单层导电材料的屏蔽效能要优于导磁材料,磁感应强度较低时相反;组合屏蔽方案时,在电枢的前部由于磁感应强度低而使屏蔽效果较优。该文提出优化方案:屏蔽体的位置位于电枢前部,组合方案为0.5mm铜、0.5mm铜以及2mm低碳钢Steel₁008,屏蔽前后磁感应强度分别为0.3303T和0.155 2T,屏蔽效能为6.560dB。     

基于结构参数的开关磁阻电机非线性模型

开关磁阻电机(SRM)具有简单的结构,但其电磁关系却很复杂,且具有深度局部饱和效应,从而造成其高度的非线性。这是导致其精确数学模型难以建立的主要原因之一。文章根据给定的一套完整的电机结构参数,应用改进的快速非线性法和快速非线性仿真法,并给出相应的改进程序,将其应用在Matlab/Simulink环境下,建立了一种新型的开关磁阻电动机非线性仿真模型。仿真结果证明:该模型与现有的线性模型和准线性模型相比有很大改进,其结构较为简单,结果较为精确,能够准确反映开关磁阻电机的各项稳态性能,若在此模型基础上加上调速控制环节,对于有效分析开关磁阻电机各项性能和深一步研究SRM控制算法具有深刻意义。     

基于磁场方向变化的同步感应线圈发射器效率提升分析

提升同步感应线圈发射器的能量转换效率是电磁发射研究的热点之一.电枢在运动过程中,磁场沿轴向剧烈变化,使得电枢产生了感生电流和动生电流,电枢受力不均匀.在磁场同向的条件下,电枢加速主要集中在驱动线圈电流的上升沿,电枢截面电流分布不均匀.由于驱动线圈电流的减小和电枢的运动,导致磁场迅速减小,影响了系统的发射效率.身管内的磁...     

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。