电磁轨道炮电枢技术研究进展

电枢作为电流和电磁力的载体,在电磁轨道炮中起着将电能转换为弹丸动能的关键作用。通过对国内外电磁轨道炮电枢资料的搜集分析,论述了不同类型、形状的电枢和轨道炮一体化弹丸的研究进展。结合电枢技术特点及其发展趋势,提出了以电磁轨道炮实用化为应用背景的一体化弹丸对电枢的要求及其研究方向。     

尾推式固体电枢的应力评估方法研究

电枢作为电磁轨道炮用弹丸核心部件之一,对其进行设计与改进一直在电磁轨道炮工程化研制中占据重要位置,其中应力评估是其设计的关键环节。基于电枢的负载要求和膛内不同时刻的工作状态,形成了电枢载荷及约束的加载方法,对所加载的载荷进行了参数化处理;依据轨道炮发射原理及发射试验结果对关键参数进行分析,根据分析结果对膛内工况进行了进一步假设及细化,建立了基于有限元方法的尾推式固体电枢应力评估方法;并以某型尾推式电枢为例进行了电枢应力的示范性计算。     

基于炮尾电压的串联增强型电磁轨道炮滑动电接触特性分析

为研究局部增强型电磁轨道炮的滑动电接触特性,提出一种基于炮尾电压的计算分析方法。通过构建接触电阻、炮尾电压、炮尾感应电压以及轨道电流间的数学模型,定量表征电枢与轨道间的滑动接触电阻。根据接触电阻的波形特征,将电枢与轨道间的接触状态分为启动阶段、接触电阻稳步下降阶段、电阻增长阶段和单轨阶段4个阶段。计算了系统的发射效率与接触电阻焦耳热能耗率。结果表明：在电枢启动阶段枢轨间的接触主要为固体-固体接触,接触电阻偏大;逐渐形成的铝熔膜会使实际接触面积增大,改善接触状态;接触电阻与电枢所受到的磁压力呈负相关;接触电阻是影响发射效率的重要因素之一。由此可见对局部增强型电磁轨道炮滑动电接触特性的分析工作为轨道炮的机理研究与设计起到了积极作用。     

电磁轨道炮电枢装填推力影响因素分析

电磁轨道炮发射时装填固体电枢所需的推力不仅与电枢-轨道之间的初始接触压力相关,而且与装填电枢的方式等因素相关。通过选取装填过程所涉及的推杆和电枢为研究对象,利用NX NASTRAN解算器建立了电枢入膛有限元模型,对几种常见的推杆偏移现象进行了量化对比分析,结果表明推杆的上下偏移是造成装填推力变大的重要因素。在实际建模中,轨道选用与现实更贴合的凸面对称结构、电枢-轨道接触压力按照"每安培一克"进行初设。这些工作将有助于提高电磁轨道炮自动装填装置的设计水平。     

一种电磁轨道炮系统的仿真模型

针对传统方法建模工作量大等问题,提出一种电磁轨道炮系统的模块化分解方法。对轨道炮系统的工作原理、结构特点和工作方式进行研究,将组成系统的物理部件划分为电源、轨道、电枢和弹丸4个主要的实体模块,通过替换系统模块或者改变模型内的参数,灵活方便地研究使用不同类型电源、电枢的电磁轨道炮,并建立了轨道炮系统比较实用的仿真模型。仿真结果表明:适当增大电源电压、合理设计轨道结构及使用轨道修复技术可以提高轨道炮的性能,为今后电磁轨道炮系统的建模与仿真研究提供了思路。     

电磁轨道炮三维瞬态涡流场的有限元建模与仿真

本文分析了固体电枢电磁轨道炮的三维瞬态涡流问题,建立了运动坐标下的磁扩散公式,该公式基于准稳态麦克斯韦方程组,用矢量磁位和标量电位作为未知量。在运动坐标下计算含有运动导体的磁扩散问题,可以消除高速情况下的数值不稳定,减少计算量和内存需求。通过施加库仑规范,保证了方程解的唯一性。本文以方膛电磁轨道炮为例,用有限元法和后向差分格式对方程组进行了求解,得到了轨道炮中电流密度的分布,以及电流和电枢速度的变化过程。     

电磁轨道炮导轨和电枢中的焦耳热分析

考虑了脉冲波形的影响,采用简化模型计算了自行设计的一种小型电磁轨道炮在单次发射后金属导轨和电枢中的焦耳热.结果表明铜导轨的热损耗是81.5 kJ,大约占输入总能量的20%,该热量可以使铜导轨表面的温度升高至260℃,远低于铜的熔点1 083℃.铝合金电枢中的焦耳热是991 J,该热量可以使电枢表面的温度升至270℃,表明电枢在发射过程中温度不会达到熔点(620℃).电磁轨道炮单次发射时其导轨和电枢的温升不会造成导轨和电枢的熔化.     

复合型电磁轨道的多物理场耦合分析

电磁轨道炮在发射时,轨道和电枢均处在强电磁场中,电枢和轨道局部处在高温和高压力作用下,且各物理场间相互耦合作用。分析轨道在耦合场作用下的温度分布和应力分布是十分重要的。在分析了电磁轨道炮发射状态下的电磁场、温度场和机械场的多物理场条件的基础上,给出了相应的控制方程,建立了铜基复合型轨道在发射状态下的电磁、热、机的耦合场的三维计算模型,计算了发射状态下复合轨道的电流密度分布、温度场和应力场,分析了轨道基层、轨道复合层以及电枢温度分布的特征,讨论了影响轨道内侧表面应力分布的因素。     

不同结构形状电枢在电磁轨道发射状态下的应力分析

电磁轨道炮工作时,轨道通入电流,在轨道间形成磁场并在电枢上产生强大的推动力,使电枢沿轨道加速运动.通过应用电流元简化模型的方法,计算电枢上的磁场分布,进而计算电枢所受的电磁力.在此基础上利用数值分析方法分析了3种不同形状电枢的电磁轨道发射过程,研究了电枢的形状、结构尺寸对电枢的应力状态的影响,给出变化规律.研究结果可为电枢设计提供依据.     

基于非等间隔GM(1,1)模型的固体电枢初速预测

为研究小口径固体电枢电磁轨道发射过程中固体电枢初速的精度和稳定性,采用数据光滑处理和背景值积分构造相结合的方法对经典非等间隔GM(1,1)模型进行了改进,在对实验数据拟合和预测的基础上实现了固体电枢初速的初步预测分析。分析结果表明,在其它参数不变的条件下,对电枢直径的合理调整可以有效地提高固体电枢初速的一致性,在一定程序上有助于提高电磁轨道发射的稳定性。     

电磁轨道发射器刨削产生特征与研究现状

超高速刨削是超高速滑动下轨道表面的一种损伤形式。刨削的出现降低系统发射效率、缩短轨道寿命,增大射弹方向误差。从刨削产生规律、刨槽形貌特性和发生发展物理机制3个方面,较全面的总结轨道上超高速刨削损伤的研究现状。结合轨道炮特有的超高速大电流特性,展望轨道炮抑制刨削的研究趋势。     

三级PFN作为轨道炮电源带来的问题

主要介绍轨道炮利用三级ＰＦＮ电源的实验结果，并将其与以前的单次电源投入的实验进行比较，虽然该方法能有效地改善负载波型，使脉冲增宽，但是由于弧压升高将会引起湍流、导致等离子不稳定和系统效率降低等问题。     

一种新的电磁轨道炮电感梯度计算方法

针对现有文献对速度趋肤效应影响下的电磁轨道炮电感梯度研究不足的问题,从毕奥-萨伐尔定律出发,提出一种新的电感梯度计算方法。指出文献给出的4种电感梯度计算方法的缺点与不足,将轨道中电流假设为均匀分布于轨道的内表面及上、下表面,采用文中方法与文献给出4种计算方法对电感梯度进行分析,并将其计算值与ANSYS仿真及实验得到的电感梯度值进行对比。结果表明:该方法与文献给出4种计算方法所得计算值的变化趋势较为一致,但方法得到的电感梯度值较为接近,具有形式简单、计算准确的优点。     

分散储能法的局限性

本文对分散储能法（DES）进行了仿真计算。文中采用了两种供电形式，根据给定参数，计算结果表明此时DES法没能有效地提高系统效率。文中最后对这一现象作了详细分析。     

模化方法在电磁轨道炮研究中的应用综述

模化方法是指不直接研究自然现象或过程的本身,而是用与这些自然现象或过程相似的模型来进行研究的一种方法。选择合适的模化方法对原型与模型之间试验结果的匹配至关重要。在对模化方法进行简要介绍的基础上,对现有电磁轨道炮物理场、弹丸动力学、驱动电路模化方法的实现方式和优缺点进行了论述,探讨了当前电磁轨道炮模化方法的研究难点及未来可能的发展方向。目前尚未出现一种理想的电磁轨道炮模化方法可以同时进行所有物理量的匹配,因此,在实际应用过程中,根据具体需求选择合适的物理量和模化方法是目前较为有效的研究途径。     

不同几何结构的C型电枢的有限元分析

根据麦克斯韦方程,对固体电枢电磁发射的过程进行了研究,对电枢在静态模型下的电磁发射进行了模拟。基于ANSYS建立了固体C型电枢电磁性能的有限元分析模型,对几种改进C型电枢进行了仿真计算,仿真结果显示了固体电枢内部磁感强度、电流密度和温度分布,并研究了电枢几何结构参数改变对电磁性能的影响。研究工作为改进电枢设计,减小电枢烧蚀提供了理论依据。     

螺栓紧固式轨道炮后坐规律研究

轨道炮两条平行导轨在发射过程中受到向外侧的扩张力,为了约束导轨扩张,采用螺栓紧固形式的外层封装结构。为研究螺栓紧固式轨道炮的后坐规律,建立发射系统模型,对发射过程中后坐部分的受力进行分析,并建立后坐复进运动微分方程。结合两种反后坐装置方案,对螺栓紧固式轨道炮的后坐规律进行了仿真计算和试验测试。仿真计算结果与试验结果表明：与常规火炮相比,螺栓紧固式轨道炮具有后坐行程短、后坐速度低的特点;在螺栓紧固式轨道炮上使用的节制杆式驻退机需要具有更小的流液孔面积,以提高驻退机力。     

电磁轨道炮二阶欠阻尼电路的模型构建与分析

采用了一种简单的等效电路模型,建立了电磁轨道炮的回路方程。利用拉普拉斯变换及反变换得出了储能电容器上的电压、放电回路电流和电枢反电动势的表达式,运用MATLAB软件分析了不同电感梯度下三者的变化规律。结果表明:电感梯度越大,电压波动越小,电流波动也越小,反电动势则越大。随着时间的增长,它们的波动频率先是比较显著,继而逐渐趋向于零。这对研究电磁炮电路问题提供了一定的理论依据。     

考虑电枢与导轨实际接触状态的电磁轨道炮膛内磁场分析

针对电枢与导轨(简称枢轨)实际接触条件下电磁轨道炮膛内磁场研究缺乏的问题,从小口径C型电枢轨道炮出发,根据静止状态下枢轨实际接触产生的电枢电流密度分布,利用数值计算和有限元仿真对电枢前端中轴线上各考察点磁通密度进行分析,结果与试验值基本吻合。在此基础上,利用模化方法,对电枢运动条件下轨道炮膛内磁场分布特性进行了分析,结果表明：在满足一定相似关系的基础上,可以实现不同口径轨道炮电枢速度和膛内磁场的近似模化;各考察点峰值磁通密度随着与电枢距离的增加而迅速衰减,距离电枢曲率圆心2倍口径考察点的磁通密度仅为1倍口径点的27.4%左右;研究结果有助于智能弹药的电磁屏蔽设计。