轨道炮弹丸所处强磁场环境屏蔽设计与仿真

针对电磁发射过程中产生的脉冲强磁场对发射包内电子器件产生较强干扰问题,采用 COMSOL中 PDE模块对电磁发射过程中的速度趋肤效应进行仿真计算,建立轨道炮的面电流分布模型和脉冲电流模型;采用趋肤效应理论分析电磁屏蔽原理,建立了屏蔽效能评估方法,并设计了一种屏蔽体模型。分别采用导电、导磁材料设计了单层、多层组合屏蔽体,用 COMSOL中磁场模块计算离弹底不同距离处的强磁场屏蔽效果,得出在离电枢较近时,导电材料与导磁材料的屏蔽效能较低,屏蔽体距离电枢越远时,导电材料的屏蔽效能不变,导磁材料的屏蔽效能逐渐提高,距离电枢100 mm时屏蔽效能达到34 dB。轨道炮磁场的低频特性使得导电材料的屏蔽效能较低,高磁通密度使得导磁材料的屏蔽效能较低,得出弹丸内智能电子元器件应置于远离电枢的弹头。     

电磁轨道炮膛内强磁场屏蔽与优化方法

针对电枢发射过程的速度趋肤效应影响磁场分布和导磁材料磁饱和特性的问题,在轨道炮面电流模型基础上提出单层导电材料、单层导磁材料、三层组合屏蔽方案以及考虑屏蔽体相对弹底距离及屏蔽体壁厚的优化方案。该屏蔽方案利用导电材料的涡流消除机理和导磁材料的磁通分流机理可以有效屏蔽磁场从而保护引信内部电子器件。仿真结果表明,在距离弹底2倍导轨间距位置处,3mm厚的低碳钢-铜-Mumetal的组合屏蔽体具有最优屏蔽效能,屏蔽前后考察面平均磁通密度峰值分别为0.224T和0.0115T,屏蔽效能达到25.79dB;在距离屏蔽体底面9mm距离内,屏蔽效能不低于29dB。     

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。     

线圈型电磁发射器的一种屏蔽方案

从磁路的观点出发,分析了封装材料的导磁和导电特性对发射性能的影响,并分析了铁氧体的特性和作为封装材料的可行性与优越性。基于Ansoft电磁场有限元分析软件,建立了线圈型电磁发射器模型,研究了炮管的厚度与结构变化对线圈发射的影响。结果表明：在驱动线圈电流固定的前提下,增大炮管厚度可有效抑制电磁发射器工作时对外的电磁辐射,并可显著提高弹丸的出炮口速度;炮管采用实心封装结构要优于多层封装结构,初步实现了电磁发射过程的电磁屏蔽。     

基于弹载测试仪的高速旋转弹丸膛内转速测试

针对膛内高冲击高过载的恶劣环境以及对光、磁信号的屏蔽作用,使得弹丸旋转速度难以准确获取的问题,提出了基于弹载测试仪的高速旋转弹丸膛内转速测试方法。该方法利用弹载测试仪准确获取弹丸在膛内的轴向加速度信号,同时结合炮膛缠度和炮管口径信息,得出高速旋转弹丸在膛内整个过程的旋转速度。通过对实际测试数据分析表明,该方法能够准确测出旋转弹丸在膛内的转速,测试数据精度能够满足测试要求。     

电磁炮膛内弹丸测速系统设计

在分析电磁炮基本结构和工作原理的基础上,结合激光多普勒频移效应,系统地研究了国内外多种膛内弹丸测速方法,利用激光干涉测速方法设计了1套切实可行的电磁炮膛内弹丸速度测试系统,以用于实时、精确、自动测量电磁炮膛内弹丸速度,解决了电磁炮研究中的急需问题。     

导电聚合物电磁屏蔽材料研究现状

丰富的电磁波资源在信息行业得到广泛应用的同时,产生的电磁干扰却带来了许多危害。导电聚合物作为一种新型材料在屏蔽电磁波方面展现出了良好的应用前景,主要包括复合型和结构型导电聚合物。介绍了复合型和结构型导电聚合物的导电机理,综述了目前国内外聚合物电磁屏蔽材料(EMI)的最新研究动态,如填充型复合导电聚合物、复合型导电涂料、结构型导电聚合物、纳米电磁屏蔽材料等,其中填充型复合材料及纳米屏蔽材料都将成为研究热点,并探讨了聚合物电磁屏蔽材料的未来发展方向。     

基于B探针的膛内电枢速度测量系统研究

弹丸速度和位移的测量是电磁炮重要的测试项目之一。针对以往分布式探针测速需要多路高速采集通道的问题,提出采用探针串联和波形叠加进行增强型电磁轨道炮膛内电枢速度测量的两种新方法。通过仿真给出采用驱动电流信号和拟合速度变化曲线计算增强型电磁轨道炮磁探针感应电压的方法;通过实验分别采用探针串联和波形合并两种新方法对膛内电枢速度进行测量,并与分布式测量方法进行比较。仿真和实验结果表明：仿真所得探针波形与实验测得的波形基本一致,提出的两种新方法与分布式测量方法相比只需要一路高速采集端口,具有成本低、可靠性高等特点,为轨道电磁炮膛内电枢速度的测量提供了一条新途径。弹丸速度和位移的测量是电磁炮重要的测试项目之一。针对以往分布式探针测速需要多路高速采集通道的问题,提出采用探针串联和波形叠加进行增强型电磁轨道炮膛内电枢速度测量的两种新方法。通过仿真给出采用驱动电流信号和拟合速度变化曲线计算增强型电磁轨道炮磁探针感应电压的方法;通过实验分别采用探针串联和波形合并两种新方法对膛内电枢速度进行测量,并与分布式测量方法进行比较。仿真和实验结果表明：仿真所得探针波形与实验测得的波形基本一致,提出的两种新方法与分布式测量方法相比只需要一路高速采集端口,具有成本低、可靠性高等特点,为轨道电磁炮膛内电枢速度的测量提供了一条新途径。     

多层平板屏蔽体的多目标优化设计

多层屏蔽体的设计是根据屏蔽效能等的要求来确定各屏蔽层的材料以及厚度,由于多层电磁屏蔽的屏蔽效能是入射波的角度、材料的电导率、磁导率、介电常数以及各层的厚度等的强非线性函数,因此,采用数值方法对多层屏蔽体进行设计是非常困难的。为了解决实际应用中的多层屏蔽体设计问题,提出了多目标优化设计模型,在该模型中,将屏蔽体的总质量,总价格以及总厚度作为优化目标,将多个频率的屏蔽效能作为约束条件。利用遗传算法对屏蔽体进行多目标优化设计,最后对一个三层平板屏蔽体进行了实际设计,结果表明该方法切实有效。     

本征型导电高分子电磁干扰屏蔽材料研究进展

综述了本征型导电高分子材料及其与常规高分子、金属复合材料在电磁干扰屏蔽领域的研究进展。相比于金属系电磁干扰屏蔽材料,本征型导电高分子材料不仅具有质轻、易合成、电导率可调、环境稳定性好等优点,而且它们的主要屏蔽特征为吸收损耗,不同于金属材料的反射损耗特征。单纯采用本征型导电高分子材料很难获得优异的电磁干扰屏蔽效能,通过将本征型导电高分子与金属材料的复合可极大提高它们的电磁干扰屏蔽效能,同时可以控制屏蔽材料的吸收/反射损耗比。     

水性镍系电磁屏蔽涂料导电与屏蔽效能研究

以导电镍粉与丙烯酸乳液为主要原料,制备针对建筑物内墙使用的水性镍系电磁屏蔽涂料,对其导电镍粉和涂层的微观形貌进行表征,并对其导电性和屏蔽效能进行检测。结果表明,导电镍粉由于具有毛刺状突起,因此可以增加涂层的电导率,降低渗滤值;涂层的电磁屏蔽效能取决于涂层的厚度与镍粉含量。     

基于COMSOL的轨道炮弹引信部位磁场组合屏蔽仿真

针对电磁轨道炮发射的弹丸中,引信部位电子器件会受到低频脉冲强磁场干扰的问题,在采用COMSOL仿真软件建立轨道炮面电流模型,进而分析发射过程中电枢前端磁场分布的基础上,对铜-1J22、铜-铁、铝-坡莫合金三种组合屏蔽方式及铝-坡莫合金屏蔽层厚度比例对屏蔽性能的影响进行了仿真。仿真结果表明,发射过程中距离电枢前端越近磁场越强且屏蔽效能越差;三种屏蔽方式下铝-坡莫合金的屏蔽效能最好,在电枢前端10 mm位置屏蔽前后磁通密度为2.902 5 T和0.109 9 T,屏蔽效能可达到28.44 dB;在总厚度为4.5 mm的铝-坡莫合金屏蔽组合方式中,导磁材料坡莫合金厚度增加屏蔽性能也会提高,但其层厚度增加超过2.5 mm时对屏蔽效能的影响已不那么显著且最后将趋于某一恒定值。     

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。     

电磁屏蔽导电复合材料

在介绍电磁屏蔽原理的基础上，论述了近年来电磁屏蔽用表层导电材料和导电复合材料的特性与发展，展望了其研究趋势及应用前景     

美军电磁炮研究进展与技术重点

电磁炮（EMG）是利用流经火炮导轨或线圈的强电流感应产生的电磁力来加速弹丸的发射装置,又称电磁发射器或脉冲能量电磁炮。与传统火炮和电热化学炮相比,电磁炮完全依靠电磁能发射弹丸,是一种“纯”电能武器。根据工作方式的不同,电磁炮分为导轨炮和线圈炮两种。     

水雷壳体静磁屏蔽效能的近似计算方法

从球壳屏蔽体和无限长圆柱水雷壳体壳屏蔽效能的计算公式出发,对比分析了2种屏蔽壳体的屏蔽效能随半径和厚度的变化规律,推导出以无限长圆柱壳屏蔽体来近似计算端面为球面的圆柱形的水雷壳体静慈屏蔽效能的近似计算方法,可用于水雷磁干扰屏蔽和消磁处理中。     

弹丸头锥上小型化共形短路遥测天线

针对弹载遥测天线小型化、弹体共形及抗高过载的综合性问题,提出了弹丸头锥上小型化共形短路遥测天线。该天线采用低介电常数柔性薄介质基底材料实现弹载共形,基于多短路针加载短路面的原理,逐步优化和确定了小型化共形短路遥测天线的各种参数,实现了天线的小型化。采用两片共形短路遥测天线对称配置形成的微带天线阵方向图具有在赤道面为圆形,子午面为"∞"字形的全向辐射特点。该天线外形尺寸为宽21 mm,长20.5 mm,厚0.5 mm。仿真、测试与试验表明,弹丸头锥上小型化共形短路遥测天线具有体积小、易加工安装、方向图稳定且具有抗高过载能力特点。研究成果可应用于小尺寸平台的遥测和弹道修正弹的弹载共形微带天线阵设计。     

圆膛电磁轨道炮凹轨截面优化及电磁性能分析

圆膛电磁轨道炮能够有效减小弹丸消极质量,并能通过弹丸旋转的方式提高射击精度,但是目前针对圆膛电磁轨道炮结构优化和电磁性能分析研究较少。为进一步提高圆膛电磁轨道炮发射性能,提出一种Z型凹轨截面结构,并通过数值计算的方法对具备该型内轨结构的常规和双轨增强型电磁轨道炮电磁性能进行了计算,并与常规圆膛电磁炮进行了对比。研究结果表明：新型凹轨结构能够在保持电流线密度的同时进一步提高电磁推力,进而提升电磁发射效率;新型凹轨结构能够进一步提升电磁压力最大值并避免电磁压力反向的出现,提升枢轨接触稳定性。     

弹箭磁屏蔽效能仿真及分析

为了分析磁传感器的测量误差,建立了弹体静磁屏蔽效应数学模型,利用ANSYS软件进行弹体三维磁场仿真,分析了弹体相对磁导率、壁厚等自身因素对磁屏蔽系数的影响,仿真结果与理论计算结果一致。仿真研究并拟合出弹体磁屏蔽系数与弹体姿态角之间的关系。结果表明,当弹轴与磁场方向平行时,磁屏蔽系数最小,随着夹角的增大,磁屏蔽系数增大,当弹轴与磁场方向垂直时,磁屏蔽系数最大。建立了磁屏蔽椭球模型,提出直接获取软磁误差矩阵的方法,为磁传感器的误差校正提供了理论基础;给出了利用磁屏蔽椭球模型直接解算弹体相对于地磁矢量姿态角的方法,为磁传感器在弹上的应用提供了理论基础。     

电磁轨道炮还有多远

正据美国海军官方网站2016年1月15日报道,在弗吉尼亚州水晶城举办的"海军水面协会第28届年会"上,美国海军研究办公室主任温特发表主旨演讲,强调了该室资助的几个技术项目。电磁轨道炮赫然名列其中。那么,何为电磁轨道炮?其何时能装备部队呢?电磁轨道炮是一种使用通电导轨产生的电磁能来发射弹丸的新概念武器。由两条相互平行的金属轨道、高功率脉冲电源、弹托和弹丸等构成,弹丸位于弹托内。其原理是:接通电源,当电流从一导轨流入,经弹托由另一导轨流出时,在两导轨平面间产生磁场。在磁场力的作用下,弹托沿导轨向