一种新型电磁轨道炮的设想

在考察国内外电磁轨道炮研究进展的基础上，分析了固体电枢的电热特性和固体电枢转捩为等离子体机理，结合现有国内研究情况，提出了一种能够利用固体电枢优势，而又能同时避免固体电枢烧蚀缺陷的多级电磁轨道炮的设计方案。     

电磁轨道炮轨道表面刨削产生分析

刨削是一种高速滑动过程中发生在接触界面的损伤现象.对电磁轨道炮超高速滑动电接触界面刨削形成的因素进行了探讨,对刨削产生的微观机械作用过程进行了详细的分析,得出刨削发生于一个高速高温高应变率的物理环境中;刨削过程的物理实质是电枢与轨道局部微凸体发生了绝热塑性剪切作用.最后归纳了目前抑制刨削的3种手段,为轨道炮系统结构的设计提供了参考.     

美国电磁轨道炮技术探析

介绍了电磁轨道炮的作用原理,回顾并总结了美国电磁轨道炮技术的研究历程。在此基础上,从美国电磁轨道炮的发射器寿命、超高速射弹性能和制导能力等方面评估了美国电磁轨道炮的技术发展现状。分析了电磁轨道炮技术对反介入/区域拒止能力与核稳定状态的影响。     

电磁轨道炮电磁力学分析

在矩形电枢与简单轨道的基础上建立了电磁轨道炮轨道和电枢上磁场扩散的二维有限元计算模型,模型没有考虑轨道与电枢的形变.分析了电枢运动引起的速度趋肤效应,随着轨道与电枢相对速率的增加,磁场、电流的趋肤效应越明显,当速度大于1 000 m·s-1时,磁场和电流集中分布在轨道内表面与电枢后表面附近很小的区域,继续增大相对速率不会使磁场分布发生明显变化.采用ANSYS软件计算了静态复杂电枢结构情形下轨道电枢上的磁场和电流分布,U形电枢结构对于抑制电枢与轨道交界处磁场、电流的过分集中有明显的改善作用.     

电磁轨道炮轨道形状对电流分布的影响

电磁轨道炮作为一种新概念动能武器系统,与传统火炮相比具有发射动能高、攻击距离远等优点.电磁轨道炮利用脉冲电流产生的强磁场与电流产生的洛伦磁力来产生推动力,而轨道表面的电流分布会对电磁轨道炮的寿命、性能等产生重要的影响.通过二维边界元方法,采用自编程序对比模拟了几种不同形状轨道的表面线电流分布,计算结果表明:通过倒角、采用椭圆弧面以及几何参数的适当选取等方法可以抑制电流密度聚集效应,增大轨道内侧表面电流密度幅值,优化轨道表面线电流分布,为轨道炮的实验设计提供了合理的参考方案.     

空间信息支持电磁轨道炮应用研究

简要介绍了空间信息概况和电磁轨道炮的基本原理,在此基础上,设计了空间信息支持电磁轨道炮应用系统的框架,并提出电磁轨道炮对空间信息的需求以及运用信息的流程.     

电磁轨道炮速度测量方法研究

电磁轨道炮武器系统进行发射试验时,速度是评价武器性能的一个重要参数.结合实际工程,利用平均速度测量原理,设计了基于网靶、光幕靶和阴影照相3种速度测量系统.通过在电磁轨道炮发射试验中使用3种速度测量方法,分析速度相对误差及其影响因素,比较每种测速方法的优缺点及主要适用范围.结果表明,网靶测速造价简单,比较实用;靶道阴影照相测速比较直观,能再现高速发射过程;光幕靶测速具有精度高、测量重复性好等优点.试验研究结果对评估电磁轨道炮发射性能具有指导意义.     

超大炮口动能电磁轨道炮设计与仿真

论证了1门200 mm口径超大炮口动能电磁轨道炮用以进行高超声速发射,目标是将20 kg弹丸的初速提高到2 500 m/s,其炮口动能将超过62 MJ.通过多个不同算例的计算,综合考虑电枢受力、电流密度与峰值电流、电感梯度和技术风险等因素,最终选择了一种简单轨道炮结构.基于200 MJ电容器组储能式脉冲电源系统,建立了轨道炮系统仿真模型并进行了分析,设计的发射器身管长为8 m,铜轨道电感梯度约为0.4 μH/m,峰值电流约为7 MA,有效电流不低于6 MA,弹丸炮口初速可达到2 540 m/s,炮口动能达到64 MJ,系统效率为31.8％.     

增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性研究

为研究增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性,通过实际发射试验得到炮口电压、轨道电流、电枢速度和位移等数据以及发射器机械结构的实际参数。在分析电枢在膛内运动过程的基础上,建立了接触电阻与炮口电压、轨道电流、电枢速度、电枢位移等物理量之间的数学模型。进一步分析了在互感系数不同情况下电枢的接触电阻变化规律。将该变化曲线与试验轨道三维建模模型损伤图形和实际发射试验后轨道图像进行比较,发现轨道烧蚀和摩擦损伤情况随着电枢位移和接触电阻变化呈现烧损、滑动和磨损等典型特征,为预测轨道损伤提供了参考依据。     

电磁轨道炮军事应用综述

从电炮实用电源、电枢与烧蚀、复杂轨道设计、与线圈炮对比、磁场增强措施、应用要求和军事使用效果等角度分析了当前电磁轨道炮的技术特征。结论为：活塞式螺旋绕组磁通压缩发电机（MFCG）适合作轨道炮电源,该电磁轨道炮在采用固态电枢、无烧蚀高效率、高射速、超高速发射小质量射弹方面有无可比拟的优势。通过对比分析了高空小质量弹丸与地面大质量射弹的弹道学特征,提出了轨道炮可能优先应用于高空飞机平台上用于自卫、防空、近程反导的电磁发射动能武器,它具有响应快、作战半径大、高精度、抗电磁干扰等优势,对未来作战效果和作战模式有广泛影响。     

悬臂式电磁发射导轨及壁板在发射状态下的强度分析

为进一步研究电磁炮的模型理论,建立了方型电磁发射装置的双层弹性基础悬臂梁模型。简化导轨和壁板为上、下梁,用解析法求解其在工作状态下的动态响应,并使用数值法求解与之比较。研究结果显示：解析法和数值法的计算结果较为吻合,解析法的可靠性在一定程度上得到了验证;双层弹性悬臂梁动态响应的最大值发生在距起始位置0~0.5 m范围内,且上梁的响应比下梁的大。研究结果可为电磁炮的强度分析以及设计提供一定参考。     

电磁轨道发射中弹丸技术的研究与发展

近年来随着电磁发射技术的发展，电磁轨道发射弹丸技术的研究也日益引起关兴高采烈在技术发展日渐成熟，本文着重分析了电磁轨道发射弹丸主要组成部分的主要形式及作用；重点介绍了Ｒｏｄｍａｎ锥形弹丸，Ｋａｍｍａｎ高速弹丸，Ｄ２弹丸等几种技术较为成熟的电磁轨道发射弹丸；简要概括了电磁轨道发射弹丸技术的发展状况以及未来研究和发展需要重点解决的问题。     

电磁轨道发射系统后坐力研究及反后坐装置设计

电磁轨道发射系统运行时,受到了极其复杂的载荷作用,包括电磁力、电枢及弹丸的摩擦与切削热和高温梯度等产生的应力等,这些力随着电枢发射等量地作用于发射系统基座上。针对大能量电磁轨道发射试验系统的后坐力现象,建立发射系统后坐力研究模型,运用ANSYS软件仿真计算了各部件的受力状况,得出发射系统后坐力构成及状态,在此基础上建立基于阻尼液孔缩效应耗能和摩擦耗能原理的驻退复进反后坐力计算模型。根据试验要求展开计算,得到设定条件下的电磁轨道发射试验系统反后坐力装置的结构及具体参数,并据此开展研制,实现了新型阻尼反后坐装置,并应用于大能量电磁轨道发射试验系统。     

电磁轨道发射状态下的复合导轨动态响应研究

电磁炮导轨中通入电流后,电枢受到电磁力作用沿轨道移动,由于导轨受到安培力和电枢压力的作用,会引起轨道内表面的磨损、刨削现象,限制了电磁轨道炮的使用寿命。而铜基复合轨道可以同时具备有良好的导电性能、耐烧蚀能力以及较高的强度,在大功率多次发射的电磁轨道炮中具有较好的应用前景。将复合导轨简化为弹性地基梁,并对其受力特点进行力学分析,应用二维Fourier积分变换,得到复合导轨在移动荷载作用下动态挠度的一般解,进而得到电磁轨道发射状态下复合导轨的动态响应。分析了复合轨道的几何尺寸、通入电压等参量对复合导轨动态响应的影响。计算结果表明：电枢压力对轨道变形的影响远大于轨道间斥力的影响;合理的复合层厚度占比可以改善轨道的动态性能。     

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.     

串联增强型电磁轨道炮技术特点与发展现状

串联增强型电磁轨道炮具有出口速度快、能量利用率高、电源要求低和轨道寿命长等优点,是电磁轨道炮重要的发展方向之一。介绍了电磁轨道炮基本原理与限制其发展应用的技术瓶颈;阐述了2种主要的串联增强型电磁轨道炮基本原理,从电感梯度、出口速度与能量利用效率、电源要求、轨道寿命4个方面分析了技术特点;总结了国内外研究机构的研究现状与研究进展;论述了串联增强型电磁轨道炮发展的限制因素及未来的发展方向。     

电磁轨道炮身管设计的预紧机理分析

电磁轨道炮发射时导轨在电磁斥力作用下向外侧扩张,这种扩张作用直接影响着导轨与固体电枢接触性能。身管结构设计需要对电磁斥力引起的导轨分离量进行限制。利用材料弹性理论对某预紧型电磁轨道身管在预紧力与导轨斥力综合作用下的结构形变进行了理论分析,提出了预估载荷、预紧系数、载荷系数和结构参数等概念,导出了基于导轨分离量和以上参数间的预紧机理数学解析公式,进行了ANSYS仿真。计算结果表明,预紧技术作为一项重要工程技术可以大幅提高身管径向刚度,减小电磁斥力作用下的导轨分离量。预紧机理的数学解析有助于在身管设计和制造阶段更好地理解和控制导轨分离量。