SICG驱动线圈间距对弹丸初速的影响

为了分析同步感应线圈炮(SICG)驱动线圈间距对弹丸初速的影响,建立了SICG系统的数学模型,以一个3级系统为例进行了仿真分析,获得了不同驱动线圈间距情况下弹丸所受3级驱动线圈推力及弹丸初速的曲线.分析结果表明,随着驱动线圈间距的增大,弹丸初速先减小后逐渐增大;当驱动线圈间距增大到一定数值时,弹丸初速增幅逐渐减小直至趋...     

三级同步感应线圈炮内弹道过程仿真

为了研究多级同步感应线圈炮的弹丸内弹道运动规律,建立了多级同步感应线圈炮的机电模型,绘制了机电模型的仿真程序流程框图.采用轴对称线圈磁场的数值计算方法和微分方程的前向差分法编写了仿真程序,并对一个三级同步感应线圈炮的弹丸内弹道运动过程进行了仿真.结果表明,电枢中的感应电流从尾部往前部依次减小,电枢尾部电流最大,温升和受力也最大,因此电枢尾部最容易被破坏.     

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。     

基于场路耦合的多级感应线圈炮内弹道分析

为研究多级感应线圈炮中电枢的受力、加速和过载等内弹道特性,基于电磁场理论,建立了同步感应线圈炮的数学模型,并给出了线圈炮的控制方程和电磁力计算方法.结合场路耦合模型,对3级感应线圈炮进行了有限元仿真.该仿真模型得到的最大过载可达15 000g.仿真分析表明：发射过程中,电枢不仅会受到很大的过载,而且其受到的电磁力在运动...     

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。     

一种高效螺旋线圈电磁发射器研究

提出了一种弹丸内置式、单根导轨馈电的单匝换向高效螺旋炮结构。由于将单根馈电导轨置于弹丸线圈内部,增加了驱动线圈和弹丸线圈之间的磁耦合。该结构类型的螺旋线圈发射器在恒流模式下效率可以达到100%。当弹丸距炮口2倍口径处,加速力仍保持最大值的91%。分析了高效螺旋炮的反向电压并得到能量转换效率公式,其弹丸线圈在加速过程中产生的反向电压与其运动速度成正比。     

同步感应线圈炮实验与仿真研究

为了验证多级同步感应线圈炮的发射能力,测试仿真结果的准确性,设计了小规模的4级同步感应线圈发射系统。该系统由发射器、脉冲功率电源、测控系统和弹丸组成。四级单线圈组件串联排列形成发射器身管,每级线圈由单独的脉冲功率电源供电,时序放电产生的磁场加速弹丸。测试系统测量弹丸的位置,精确控制电源的顺序导通放电。对两种形式的弹丸进行了发射试验,利用该发射系统将650g的圆筒型弹丸加速到125 m/s,效率为6%,将1kg的圆筒型弹丸加速到92m/s,效率为5%。试验结果证明了该发射系统的发射能力,验证了模型的准确性和可行性,为下一步大规模多级发射器的设计提供了工程基础。     

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。     

封装螺旋线圈发射器的瞬态仿真

根据线圈炮的结构特点和发射过程,建立了二维瞬态有限元仿真模型,分析了不同封装材料和结构对发射的影响,与不同时刻的磁场分布规律。结果表明,发射过程中导体封装体内产生感应涡流,会降低弹丸的出口速度,且对电磁场的屏蔽效果不理想。而导磁的非良导体材料封装对炮的主磁场有加强作用,能提高弹丸的炮口速度,且电磁屏蔽效果良好。当导磁材料封装的厚度增加时,可以更好地增强磁场,弹丸炮口速度增加,且电磁屏蔽效果更好。为了得到更高的弹丸炮口速度并更好地屏蔽电磁场,在减小封装与驱动线圈间距并增加封装厚度的情况下,使用高磁导率的硅钢片制作封装,硅钢片的厚度应该尽量小从而削弱涡流效应。     

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。     

弹丸以微小偏移穿过单线圈对测速的影响

针对单个感应线圈测速精度较低的问题,介绍了单个线圈靶测量水下枪弹速度的感应电动势模型,分析了弹丸以微小偏移通过单靶线圈靶时偏移量与感应电动势之间的关系模型.利用Matlab进行仿真计算,给出了偏移量与特征半径之间对应的数值关系.结果表明.在水下弹丸偏离靶心不超过10 mm的条件下此项误差影响不超过0.6%,说明单线圈宜用于测量枪口弹丸速度.     

螺旋线圈电磁炮中一种新型弹丸的受力仿真分析

基于Ansoft电磁场有限元分析软件,建立了一种新型线圈炮的二维仿真模型,其弹丸设计为在铜线圈内置一块圆柱形铸铁。对不同材质弹丸在发射管内的磁场分布和弹丸受力与位置、电流大小的关系进行了仿真计算。结果表明,线圈-磁阻复合型弹丸受的加速力较大,而且在同一条件下只需小电流就可获得较大的加速力。仿真结果为HCEL结构的进一步设计提供了参数支持。     

基于BA-KELM法的多级同步感应线圈发射器结构优化研究

用随机优化算法对多级同步感应线圈炮的结构参数进行优化，场模型和场电路耦合模型均耗时较长。将主流机器学习方法作为新的工具建立多级同步感应线圈炮的非参数模型。基于混合测试设计样本空间，用最小二乘支持向量机(LSSVM)、核极限学习机(KELM)和BP神经网络对有限元法获得样本集进行学习；用布谷鸟搜索(CS)算法和蝙蝠算法(BA)实现超参数(C，σ²)优化，结合仿生鸡群优化(BCSO)确定BP神经网络的权值及阈值；最后，以三级同步感应线圈炮的结构优化为例验证所述方法的实用价值。结果表明：将BA-KELM方法用于多级同步感应线圈炮的非参数建模准确可行，与需大规模迭代计算的参数优化方法相比，具有较高的计算效率，结论可为多级同步感应线圈炮的结构设计与工程应用提供新思路。     

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。     

弹丸触发位置对单级电池驱动型磁阻 发射器发射性能的影响

弹丸触发位置是磁阻发射器设计的重要参数,其对发射性能的影响至关重要.通过设置弹丸与驱动线圈的相对位置,利用Ansoft Maxwell仿真弹丸发射过程,得到弹丸触发位置对单级电池驱动型磁阻发射器发射性能的影响.仿真结果表明:弹丸触发位置对单级电池驱动型磁阻发射器产生影响,而且最佳触发位置不受电池电压电流的影响,触发位置z=0 mm时,弹丸出口速度最大,且效率最高.根据仿真模型,搭建单级电池驱动型磁阻发射器试验平台,并进行试验,试验结果与仿真相一致.试验结果为电池驱动型磁阻发射器的工程化提供了有力支撑.     

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...     

三级磁阻型线圈发射器工作过程仿真研究

为提高弹丸发射速度,需要利用多个驱动线圈对弹丸的连续加速。对三级磁阻型线圈发射器进行了理论分析,利用Ansoft有限元分析软件仿真研究了其工作过程,重点分析了触发位置对三级磁阻型线圈发射器发射性能的影响。仿真分析表明,触发位置对三级磁阻型线圈发射器的发射性能影响较大,每一级驱动线圈都存在最佳触发位置,使弹丸出口速度及能量转换效率达到最大。研究成果将为后续多级磁阻型线圈发射器的设计与试验提供参考。     

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。     

炮口高速等离子气体及飞行弹丸对感应装定影响的试验研究

炮口感应装定是一个高速动态过程,在详细分析弹丸飞经感应区间过程的基础上,研究了测试炮口高速等离子气体和高速弹丸对感应装定系统影响的方法,设计了3项测试内容。通过耦合测试线圈,测得了炮口装定信号耦合曲线。结果表明高速电离气体形成的电磁场影响了感应装定系统信号传输,通过在炮口装置上开泄气孔的方式,可以减小它对感应装定信号传输的干扰;高速飞行的弹丸改变了感应装定区间的电磁场分布特性,使感应耦合信号幅值降低。     

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。