基于蚁群算法的同步感应线圈炮结构参数优化

能量转换效率一直是制约同步感应线圈炮(SICG)工程应用的重要因素.对于SICG系统,任何机电参数的改变都会直接或者间接地影响系统能量转换效率.为了提高SICG系统的能量转换效率,建立了SICG的机电模型,以驱动线圈的结构参数、电枢结构参数以及两者的轴向中心距为变量,以能量转换效率为目标函数,采用蚁群算法对60 mm口...     

线圈型电磁发射器换向过程分析

定量地分析了线圈型电磁发射器换向过程中能量的转化及转移,并利用Ansoft电磁场有限元分析软件对换向过程进行了仿真计算,得到以下结论：①换向过程中,驱动线圈层数固定时,增大弹丸线圈层数会提高发射器能量转换效率;②弹丸线圈层数固定时,驱动线圈层数增大会在一定程度上降低发射器能量转换效率;③当驱动线圈与弹丸线圈层数较大时,换向之后储存在炮管线圈中的巨大能量会在炮口处以炮口电弧的形式释放。     

同步感应线圈炮磁耦合仿真分析

驱动线圈和弹丸的磁耦合程度对同步感应线圈炮系统效率具有重要影响。通过分析储能脉冲电容器驱动的同步感应线圈炮的工作原理和数学模型,采用了场路耦合的方法进行仿真研究。重点研究了驱动线圈与弹丸线圈几何尺寸、相对位置对同步感应线圈炮磁耦合的影响。仿真结果表明,驱动线圈的内径与弹丸线圈的外径距离越小,驱动线圈有效电流半径与弹丸线圈有效电流半径距离越小,驱动线圈内半径越大,有利于增加驱动线圈和弹丸线圈之间的磁耦合程度,改善系统效率。该研究对于指导同步感应线圈炮设计与优化、开展多级感应线圈炮试验具有一定的参考价值。     

单级感应线圈炮弹丸出口速度与效率影响研究

驱动线圈是同步感应线圈炮的主要组成部分,其结构对系统性能有着重要的影响。通过分析储能型单级感应线圈炮的工作原理和电路模型,利用 Ansoft有限元软件,分别建立了短距、中距、长距3种结构驱动线圈模型,计算了多种弹丸启动速度下的最佳触发位置及单级线圈效率。计算结果表明：3种结构驱动线圈最佳触发位置均随弹丸启动速度增加向线圈底部（炮尾）方向移动;短距线圈效率最低,随弹丸启动速度增加而降低;中距线圈效率最高,先随弹丸启动速度增加而增加,增加到一定值随后再降低;长距线圈效率居中,随弹丸启动速度增加而增加。     

一种HEML的弹丸受力仿真

利用Ansoft Maxwell有限元分析软件建立了一种螺旋线圈型电磁发射器(Helical electro-magnetic launcher,HEML)弹丸的受力仿真模型,该种弹丸含有两个线圈,能产生更大的加速力;对弹丸线圈与驱动线圈的相对位置、尺寸对弹丸受力的影响,以及两个弹丸线圈间相互作用力、弹丸所受法向力进行了仿真计算;结果表明,弹丸的受力大小与弹丸线圈与驱动线圈的相对位置有关,且有一个受力最大位置;弹丸的最大受力大小随着弹丸线圈长度、驱动线圈长度增大而增大,且增大趋势逐渐变缓;在选择弹丸材料及加工工艺时,需考虑前、后弹丸线圈间的相互作用力,以及弹丸线圈所受法向力对弹丸的影响。     

线圈发射过程弹丸参数设置

基于Ansoft电磁场有限元分析软件,对线圈发射过程进行了动态仿真,分析了弹丸材料与形状、与驱动线圈相对位置等影响弹丸受力的因素。仿真结果表明:弹丸长度应尽量与激励线圈长度接近;弹丸采用管状结构并且外侧靠近驱动线圈内侧可充分利用驱动线圈产生磁场的能量梯度;弹丸应采用导磁非导电材料,或者改变弹丸结构以抑制其内部产生感应涡流。基于以上分析得出了弹丸的最佳受力位置,并以此求出弹丸最大出炮口速度。     

一种电磁线圈发射器磁场构型优化方法

为提高发射效率,提出通过加装导磁构件改变磁场构型的新型驱动线圈结构。在分析驱动线圈磁场分布 对发射器性能影响的基础上,优化驱动线圈磁场构型,分析导磁构件的结构参数对磁场构型的影响规律。结果表明： 该方法能减小线圈磁场泄露和级间耦合,增大线圈内部磁场轴向梯度和发射组件所受磁场力,提高电磁线圈发射器 的能量转换效率,得出导磁构件结构参数的最优值。     

线圈型电磁发射器反向电流分析及其对发射器系统的影响

线圈型电磁发射器利用驱动线圈和弹丸线圈的磁通耦合机制加速弹丸向前运动,磁通耦合的大小决定了弹丸的受力及其加速过程。然而高速运动的弹丸会造成其前部磁力线压缩,在驱动线圈内部产生与驱动电流方向相反的感应电流,抑制了电源的正常放电,导致发射器系统电流波形呈下滑趋势。针对该问题,从理论上导出了运动磁体周围环形电场分布方程,分析了运动磁体各项参数对感生电场的影响;运用有限元分析方法模拟了永磁体弹丸运动过程并利用钕铁硼柱体做了验证实验;运用线圈型电磁发射器实验平台测得了环形感应电流;通过分析不同电源电压条件下发射器系统电流分布提出了零电流输出模式的方案。     

单级感应线圈发射器实验研究

为了研究感应线圈发射器发射过程中的机电特性,搭建了单级感应线圈发射实验装置。采用自积分式Rogowski线圈法进行回路放电电流测量,并结合工程的实际条件对线圈机电模型进行仿真。通过发射实验,测得了系统发射过程中的放电电流和弹丸的初速度。实验结果表明：在电枢初始位置不变的情况下,弹丸初速度与电容器组的充电电压几乎成线性关系;在电压相同的情况下,随着电枢初始位置不断远离驱动线圈中心,弹丸初速度先增加后减小,存在一个最佳的电枢初始位置使得弹丸能获得最大的初速度,这一结论同前期仿真结果相吻合。     

一种新型结构的直线旋转加速线圈炮研究

为实现线圈炮对弹丸的旋转加速,提出了一种新型结构的驱动线圈,并设计了与之匹配的抛体电枢。对于新型结构线圈炮发射过程,从电磁场角度对电枢所受加速力进行了理论分析。通过仿真计算与发射试验验证相结合的方法,对不同初始电压等级下的发射效果进行了研究,并分析了其误差产生的可能原因。研究结果表明：新型结构电磁线圈炮可以实现弹丸的直线旋转加速,并且其出口直线速度与转速均随着初始电压等级的提高而增大,可以通过改变初始电压的方式调整弹丸的出口指标。     

弹丸测速装定技术

弹丸测速装定技术包括测定弹丸出口实际初速及向弹丸装定修正信息等.初速时测技术可通过炮口线圈测速、外推法、弹载传感器及地磁计转数法实现.信息装定技术则包含发射前电磁感应装定、发射中感应装定及发射后遥控装定.     

基于红外区截法的高炮射弹初速测量技术研究

针对高炮初速闭环校射中炮弹初速测量的需要,研究了利用红外区截法实现高炮射弹初速实时随动测量技术。在炮口后效区设置两个相邻的光电靶,利用炮弹出炮口飞行时对红外线信号的遮挡效应,检测炮弹经过两个光电靶的时刻,经过解算得到射弹的炮口初速。经外场实弹射击试验证明,该技术可在后效区内实现射弹初速测量。     

基于地磁传感器的引信自测初速技术研究

计时定距线膛炮武器系统测速方法大多采用炮口测速线圈,但存在系统复杂、成本高、易干扰感应装定信号等不足。为此,提出将现已成熟的地磁传感器技术引入引信设计中,在弹丸出炮口后效期后,由地磁传感器多次测量弹丸旋转周期,通过引信电路内置单片机及超高速A/D进行信号采集、数据处理及弹道解算等操作,将弹丸平均旋转周期换算为实际初速。采用上述原理可在简化武器系统的同时,降低对现役防空武器系统的技术改造难度及成本。     

基于CFD的转管机枪助旋制退器流场超压仿真及对弹丸初速影响分析

为了研究转管机枪助旋制退装置流场超压特性及对弹丸速度的影响,运用经典内弹道方程求解流场边界条件,采用计算流体力学中的非粘性、非定常可压缩气体流动方程和动网格技术,对有、无膛口旋转制退装置的膛口流场进行了数值仿真,对弹丸的增速规律进行了计算。对2种情况的仿真结果进行了分析对比,结果表明:有助旋制退装置时膛口流场最大超压值增加约2倍,弹丸速度增加3.61 m/s。     

基于双激光幕的弹丸初速测量系统研究

弹丸初速的标称值与实际值存在着差异,此误差影响火炮的射击精度,因此有必要对弹丸的实际初速进行测定。基于双激光幕区截原理的弹丸初速测量系统,采用激光测距机和光栅尺进行距离的测量和标定,选用ARM和CPLD对测速过程进行全过程记录采集,通过平均测速法计算得到弹丸初速,对系统的测量误差进行了分析,系统样机经过实弹射击试验得到某口径弹丸的试验数据。对系统的误差分析及实弹射击证明,双激光幕测速系统在弹丸初速测量的精度和可靠性等方面有了显著的提高,可较好地进行初速的校准测量。     

炮口初速测量校准与修正方法

弹丸炮口初速与实际炮口初速存在差异,此误差影响火炮的射击精度,因此有必要对弹丸的炮口初速进行测量校准并修正。对影响多功能炮口装置测速精度的因素进行了研究,得出自动机后坐速度对初速测量引入误差较大,据此提出一种炮口初速测量校准与修正系统方案来对多功能炮口测速装置进行测量校准与修正。最后,对实验数据进行分析,证明了该方法的正确性和可行性。     

含动边界的膛口流场数值模拟

膛口流场是一种非定常、多相并带有强激波间断和剧烈化学反应的复杂流场.采用基于局部网格重构法的非结构动网格技术处理弹丸运动造成的网格变化,给出一系列按时间顺序排列的膛口流场数值计算结果,描述了复杂的膛口流场形成发展过程,实现了含运动弹丸的膛口流场的数值模拟.结果表明,在弹丸射出初期弹丸在影响膛口流场的同时,也受膛口流场的影响,速度增加,弹丸穿出冲击波后,出现弹头激波,速度减小.计算结果与实验结果相符合,表明数值计算方法是合理可行的.     

膨胀波枪炮发射性性能若干影响因素的研究

膨胀波枪炮利用延时打开膛尾的方法实现了在不降低弹丸初速的前提下大幅度减小枪炮后坐的目的。提出了膨胀波枪炮发射过程的四阶段物理模型,采用准一维准两相流理论建立了膨胀波枪炮发射过程的动力学模型,以14.5 mm膨胀波弹道枪为例,计算并分析了膛尾打开时间、装药量、药室容积、身管长度、弹丸质量以及尾喷管长度、张角等参数对膨胀波枪炮的减后坐效率、弹丸初速等发射性能的影响规律,并提出了一种崭新的利用调节开尾时间来控制膨胀波枪炮初速和射速的技术方案。