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。     

电磁炮弹丸遥测装置的电磁防护方法

针对处于电磁炮弹丸内的弹载遥测装置受强磁场的影响而产生的无线传输信道中断问题,提出了电磁炮弹丸遥测装置在强电磁环境干扰下的电磁防护方法。该方法采用导磁导电材料结合模式,设计了双层组合屏蔽体模型,利用FLUX电磁场分析软件计算不同方案下的磁场屏蔽效果。仿真结果表明,将导电材料置于屏蔽体外侧,导磁材料置于屏蔽体内侧,在给定的弹丸遥测装置尺寸内,遥测装置离弹尾距离越远,屏蔽效能越好,且将遥测装置放置于弹丸头部,屏蔽效能更优。     

射流干扰实现激光点火光学窗口防污的数值模拟及优化

为解决模块装药激光点火系统中,污染和烧蚀引起光学窗口透光性下降,导致激光点火系统不能正常工作 的问题,提出了用射流干扰的方法实现光学窗口的重复利用,使激光点火系统可靠性得到了提高。内弹道耦合计算分析膛内和扰流空腔之间的两相流动,证明该方法原理可行。建立颗粒轨道模型,对颗粒污染物在空腔内的运动和射流干扰方法的防污染效果进行了数值模拟,对比了不同结构参数对流场结构以及防污效果的影响。结果表明：防污染效果随着扰流空腔尺寸的减小而变差;对中等口径火炮,可通过增加闩体厚度以增加扰流空腔轴向尺寸和加装屏蔽管等方式来增强保护效果;增大扰流孔的角度,增加扰流空腔的轴向尺寸可以增强防护效果。     

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。     

磁引信应用中的壳体屏蔽效应分析

针对磁引信在应用中遇到的壳体屏蔽问题,提出将引信体近似为回转椭球壳体模型,从理论上详细地分析了椭球壳体在均匀磁场中的屏蔽效应,给出了相应的屏蔽系数公式;并通过试验验证了理论分析的正确性.该研究分析对磁引信体的选材、结构设计及所测得的磁信号处理都有重要的意义.     

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。     

粉体粒径和薄膜厚度对复合薄膜压磁性能的影响

采用模压成型法制备Fe78Si9B13非晶粉体/丁基橡胶压磁复合薄膜,研究了粉体粒径和薄膜厚度对其压磁性能的影响规律。结果表明：复合薄膜的阻抗随粉体粒径和薄膜厚度的减小而增大;阻抗变化幅度随粉体粒径的减小呈现先增大后减小的趋势,随着薄膜厚度的减小而减小。用复合薄膜压磁性能的等效电路模型对实验结果进行了理论分析,所得结论与实验结果相符合。     

粉体粒径和薄膜厚度对复合薄膜压磁性能的影响

采用模压成型法制备Fe78Si9B13非晶粉体/丁基橡胶压磁复合薄膜,研究了粉体粒径和薄膜厚度对其压磁性能的影响规律。结果表明:复合薄膜的阻抗随粉体粒径和薄膜厚度的减小而增大;阻抗变化幅度随粉体粒径的减小呈现先增大后减小的趋势,随着薄膜厚度的减小而减小。用复合薄膜压磁性能的等效电路模型对实验结果进行了理论分析,所得结论与实验结果相符合。     

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。     

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。     

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。     

铁磁材料组合型裂纹的漏磁数学模型

实际的裂纹几何形状千差万别 ,使得漏磁场的分布与标准裂纹理论分析结果产生误差 ,造成定量检测的困难。本文对宽度在 5 0微米以下的 12 8条裂纹形状进行了统计分析 ,模拟了一种组合型裂纹 ,建立了裂纹漏磁数学模型。实验结果表明 ,组合雷丸漏磁模型较好地反映了漏磁与裂纹几何形状之间的关系 ,可作为漏磁信号定量分析的依据     

空间碎片超高速碰撞复合板数值模拟分析

为了研究复合板对空间碎片超高速碰撞的防护能力,采用光滑粒子动力学计算方法,对飞片超高速撞击复合板的过程进行了数值模拟计算。建立了飞片撞击复合板的计算模型,对比了不同结构复合板和金属板结构的防护能力,分析了不同厚度比复合板的防护特性。结果表明:采用前陶后铝结构的复合板具有较好防护能力,同质量下,双层复合板的防护能力优于双层铝板和钢板;对于相同质量的前陶后铝结构复合板,陶瓷和铝层的厚度存在最佳比值,使其具有最佳的防护能力。     

基于等效磁化强度法的一种电磁式角振动台气隙磁场分析方法

针对有限元法求解气隙磁场的磁路几何模型占用内存空间多和计算时间长等问题,提出一种基于等效磁化强度法求解电磁式角振动台气隙磁场分析方法。基于等效磁化强度法建立矢量磁位的微分方程组,得到包含磁路几何参数的磁感应强度解析表达式;与有限元法计算结果对比,验证等效磁化强度法的正确性;采用等效磁化强度法对磁路参数进行优化。分析结果表明：当气隙厚度保持不变时,随着永磁体扇形角的增加,气隙中有效均匀磁感应强度的区域变宽,而随永磁体厚度的增加,气隙磁感应强度将增强;当永磁体扇形角和厚度保持不变时,磁感应强度随气隙厚度的增加而减小。该方法可以快速分析磁路结构参数变化对气隙磁感应强度的影响程度,为优化设计电磁式角振动台磁路结构提供理论参考。     

利用有限元神经网络计算漏磁场方法研究

针对有限元法计算量大的不足,用神经网络模拟有限元的分析过程,建立了求解漏磁场计算的有限元神经网络模型,并采用共轭梯度学习算法,对矩形缺陷的漏磁场进行了计算.通过计算得到了磁场强度、磁感应强度矢量图以及漏磁通密度x、y分量图.结果表明,有限元神经网络能够实现漏磁场的并行求解,具有速度快、稳定性好等优点,是一种漏磁场的快速...     

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。     

基于三维有限元法的漏磁场分析

针对磁偶极子模型和二维有限元法在分析漏磁场过程中存在的不足,采用三维有限元分析漏磁场。根据麦克斯韦方程组和三维有限元分析原理建立了数学模型。利用数学模型对漏磁信号进行了仿真分析,得到了三维磁通密度矢量图和它的径向分量曲面图,直观地显示了缺陷附近漏磁场的特点。同时研究讨论了缺陷长度、检测路径位置和提离值对漏磁信号峰峰值的影响。为进一步对漏磁场的研究打下基础。     

炸药驱动预制破片轴向抛掷速度沿径向的分布规律

在柱状装药结构对轴向前置预制破片抛掷的过程中,由于侧向稀疏波的作用,爆轰产物存在侧向泄漏,因此爆轰产物对轴向预制破片的作用压力从柱状装药中心沿径向逐渐降低,从而导致轴向预制破片抛掷速度沿径向逐渐变小.为了研究柱状装药长径比与装药壳体厚度等结构参数对轴向预制破片抛掷速度沿径向分布规律的影响,利用瞬时爆轰理论,并考虑了散心爆轰作用,建立了柱状装药结构爆轰驱动轴向预制破片的简化模型.对比实验结果与模型计算结果,表明该简化模型能较好地描述柱状装药结构对轴向前置预制破片的抛掷过程,对轴向预制破片弹的毁伤威力场的研究具有一定的指导意义.     

一种基于磁偶极子磁场分布理论的磁场干扰补偿方法

载体磁场对地磁场的干扰,一直是影响导航罗差、地磁测量的技术难题。为了提高适于地磁匹配定位需要的地磁测量精度,对如何消除载体固有磁场和感应磁场对地磁测量精度的影响进行了研究。应用磁偶极子磁场分布理论,推导了安装在载体上传感器所在位置的磁场组成,建立了利用理想传感器测量值计算地磁场的地磁测量模型;在分析磁场传感器测量误差的基础上,建立了综合考虑载体磁场干扰和传感器误差影响的地磁测量模型。该模型所含参数物理意义明确,可在任意姿态下实现对载体磁场和磁传感器误差进行综合补偿。实验证明,所建立的地磁测量模型具有较高的测量精度。