螺旋线圈电磁炮驱动线圈的应力及其影响因素

基于Ansoft-Maxwell有限元分析软件,建立了磁阻型螺旋线圈电磁发射装置的3D仿真模型,分析了此种发射装置的三维应力场问题,在导轨材料、求解器、求解精度等保持不变的情况下,通过单独改变某一参数,得到了电枢与驱动线圈的相对位置、电流大小、电枢尺寸、驱动线圈尺寸等参数与其驱动线圈所受应力之间的关系。分析结果表明,弹丸与线圈存在一个最佳位置,在这一位置驱动线圈所受的应力最小;驱动线圈应力与电流的平方成正比;最大应力随着电枢长度的增加先是逐渐减小,然后逐渐增大,存在一个最佳电枢长度使应力最小;同质量铁磁质弹丸,弹丸长径比约为1时,驱动线圈应力达到最小值。最大应力随线圈长度(通电线圈匝数)增加而减小,但减速逐渐变缓;最大应力随线圈内径的增加逐渐增加。     

电磁轨道发射装置中导轨几何参数对电感梯度的影响

利用Ansoft-Maxwell电磁场有限元分析软件,建立了两根平行长直铜导轨简单电磁轨道发射装置的模型.在导轨材料、求解器、求解精度等保持不变的条件下,选取轨道发射装置中可能采用的几种主要截面形状(包括矩形、T形、环形以及盈月形)的导轨进行仿真计算,通过单独改变某一参数,研究了导轨的宽度、高度、间距、内径、角度等各种几何参数与其电感梯度的之间的关系.分析结果表明,电感梯度随着两导轨之间的间距/(环形及盈月形)导轨的内径的增大而增大;导轨的宽度(矩形)/厚度(环形)、高度(矩形)/角度(环形)越小,电感梯度越大;导轨间距一定时,导轨截面面积越小,导轨的电感梯度越大;而当导轨间距一定时,对相同截面积的矩形截面导轨,宽高比(w/h)越大,电感梯度越大.采用非常规截面形状导轨,有可能获取更大的电感梯度值.     

增强型电磁轨道发射器的电磁场仿真分析

为了分析增强型电磁轨道发射器的电磁场分布和电感梯度的影响因素,介绍了增强型电磁轨道发射器的基本原理,建立了2对导轨结构的增强型电磁轨道发射器的3维电磁场仿真模型,利用ANSOFT电磁场有限元分析软件对不同几何参数轨道炮的电磁场进行了仿真,给出了不同条件下的磁场和电流密度分布图,对其电感梯度进行了计算,并总结了几何参数对电感梯度的影响规律。仿真结果表明,在综合考虑导轨的机械和热承受能力的前提下,增强型电磁轨道发射器的内外导轨间距越小,电感梯度越大;导轨的厚度越小,电感梯度越大。与单对结构相比,该结构能够提高轨道电磁发射器的电感梯度1倍以上。     

一种导轨-线圈复合型电磁发射器的分析与仿真

分析了一种导轨-线圈复合型电磁发射器的工作原理,建立了其电路模型和动力学模型;在理论分析的基础上,利用有限元软件Maxwell对其结构参数进行了优化设计。通过有限元数值计算,得到了弹丸发射过程中的磁场分布,进一步得出了其电路模型和动力学模型中的电感、电感梯度与弹丸位置的关系。在此基础上,利用动态仿真软件Matlab/Simulink仿真分析了这种复合型发射器的动态特性。分析和仿真结果显示,该导轨-线圈复合型发射器能使被发射物体获得导轨和线圈两种推力的共同作用,可以将大质量物体加速到相对高的速度。     

带导磁体的轨道式电磁发射电枢的电磁仿真

为了增强轨道式电磁发射电枢的获得的电磁力,将导磁体安装到电枢上以增强电枢获得的磁感应强度。利用相关电磁仿真软件的稳恒磁场求解器分析电枢及导磁体上磁感应强度分布,验证了导磁体的增强效果。利用其涡流场求解器,在发射系统加载50kHz交流电,分析发射初始时电枢上电流密度的分布情况。结果发现导磁体的存在对电流密度分布没有明显的影响。     

单级感应线圈发射装置动态特性仿真及实验验证

为提高单级感应线圈发射装置发射性能,建立了单级感应线圈发射装置的等效数学模型;分析了电枢受力的影响因素。结果表明,电枢受力大小取决于驱动线圈和电枢的电流大小及它们之间的互感梯度。通过电磁场有限元计算的方法,瞬态仿真分析了电容器参数及触发位置对单级感应线圈发射装置出口速度的影响。得出了驱动线圈电流、加速电枢电磁力及电枢速度的变化规律,并进行了实验验证,仿真结果与测量值吻合较好。     

感应线圈炮电枢的磁-结构耦合分析

电枢是感应线圈炮的关键部件,其在工作过程中易发生破坏。为了设计高强度的电枢,以保证感应线圈炮实验研究的顺利进行,建立了电枢磁-结构耦合过程的数学模型;用有限元仿真程序建立了感应线圈炮的仿真模型,并对所建模型进行了仿真,得到了电枢的涡流、电磁力、变形及应力分布规律;分析了电枢后端部壁厚变化对电枢应力的影响规律。结果表明:电枢的涡流密度、所受电磁力和结构变形在电枢的后端部最大,最大应力值位于电枢后端部内侧,并且随着电枢壁厚的增加,电枢的最大应力值逐渐减小,故在设计电枢时其后端部应采取加固措施以提高电枢的强度。     

电磁发射中铝电枢与不同材料导轨间的滑动电接触特性

电磁轨道发射中,电枢与导轨间的滑动电接触状况直接影响发射效果和身管寿命。为此对发射过程中滑动电接触特性开展了研究,探寻改善电枢与导轨接触界面接触状态的方法。在充电电压和放电时序相同的条件下,将铝电枢分别在T2紫铜、H62黄铜、6061铝合金3种材料导轨上进行发射试验,测量炮口电压和电枢电流并进行分析,得到不同接触材料间的接触电阻曲线。通过对比分析曲线,得到电枢与不同材料导轨间的接触状况及转捩规律。结果表明:在上述3种试验条件下,所有接触电阻曲线具有相似的变化趋势和转捩特点,而且铝电枢与铝导轨间的电接触性能最佳,接触电阻最小且发射后的导轨表面状态最好。根据转捩经常发生于电流下降至峰值电流80%～90%的时刻的特点,采用提高驱动电流的大小,使电枢在此之前出膛的方法,能有效避免转捩发生。     

基于过盈配合的C形电枢轨道初始接触特性分析

电磁发射过程初期,C形电枢与轨道之间的恰当过盈配合,是电枢和轨道保持良好的金属-金属接触,同时提供充足的接触压力确保正常发射而不发生转捩的必要条件。为对电磁发射矩形炮膛用一体化C形电枢结构进行优化设计,基于电枢与轨道的过盈配合对电枢选取了各种不同的结构参数,利用有限元分析软件ABAQUS,进行了发射初期不同结构参数下的电枢与轨道之间的2维过盈装配仿真计算,获得了结构参数变化对C形电枢轨道初始接触特性的影响规律。选取较优的仿真结果,加工制造出相对应结构参数的C形电枢进行电磁轨道炮发射试验,试验表明电枢发射性能良好。针对同一结构电枢,进行2种不同方式的过盈装配仿真计算,发现紧固式装配与填塞式装配获得的初始接触特性极为相近,与实际发射试验相一致。     

电磁轨道发射器结构刚度系数与刨削形成

在电磁发射过程中,当电枢的速度达到一定值时,轨道就会产生刨削缺陷。一旦轨道发生刨削缺陷,就会影响发射器的发射速度,严重时轨道被废弃。因此避免刨削的形成,有助于发射器寿命的提高。本文使用ANSYS软件对一种试验型小型方口径电磁轨道发射器进行仿真,进而得到了不同电流条件下发射器内膛的导轨变形和结构刚度系数分布,并对不同材料的轨道的刨削位置进行统计。本文发现,试验型电磁轨道发射器导轨结构刚度系数分布的不均匀性是诱导刨削形成的原因之一。     

基于时频分析的电磁轨道发射电感梯度研究

为研究电磁轨道发射试验过程的导轨电感梯度,本文首先利用Matlab时频工具箱对发射试验的电流信号进行处理,得到了发射过程中电流的时频曲线;同时通过Ansoft建模仿真得到了不同频率下的导轨电感梯度值;进而得到实际发射过程中对应于不同时刻的导轨电感梯度值.结果表明在整个发射过程中,工作电流频率是在逐渐减小的,而导轨的电感梯度是在非线性增大;对比由此电感梯度与常值电感梯度(0.40μH/m)引起的推力表明:在发射的初期,二者大小非常接近,但在发射的后期(1.0ms以后)推力差异增大,常值时的推力值较前者偏小约4%.     

固体C型电枢几何结构优化设计

电枢是电磁轨道炮的关键部件之一,其几何结构直接影响轨道炮的发射性能。在电磁轨道炮发射过程中,由于电枢与轨道接触面上流过强大的电流,局部高温导致金属材料丧失强度与产生烧蚀。为此需要通过选择合理的电枢结构参数来抑制电流趋肤效应的影响,使流过导轨和电枢接触面的电流分布尽量均匀,达到改善轨道炮烧蚀的目的。基于ANSYS建立了固体C型电枢电磁性能的有限元分析模型,对三种典型的C型电枢进行了仿真计算,研究了几何参数对C型电枢电磁性能的影响,得出了最优化C型电枢的设计方案。本文的研究结论对固体C型电枢的研究与设计有重要参考意义。     

电磁轨道发射器的几何尺寸对电感梯度的影响

电感梯度是影响电磁轨道发射器性能的重要参数,主要由发射器结构的几何尺寸决定。为此,从Biot-Sa-vat定律出发,考虑了发射过程中轨道上电流分布的趋肤效应,推导了矩形口径电磁轨道发射器电感梯度的理论解析式,通过数值算例研究了结构几何参数对电感梯度的影响规律,并与现有的电感梯度公式进行了比较。结果表明,在小口径电磁轨道发射器中,当轨道厚度从1/3倍口径变为1倍口径时电感梯度降低约20%。由于充分考虑了电枢和轨道几何参数的影响,给出的电感梯度理论公式更符合实际情况。     

电磁发射弹丸膛口磁场分布特性分析

电磁发射弹丸出膛瞬间导轨电流从电枢转移到引弧器或消弧器,导致膛口磁场发生快速变化.该文针对电磁发射弹丸出膛时存在的特殊电弧现象,首先采用柯西电弧模型分析膛口电流转移过程,获得转移过程中引弧器上的电流.其次通过建立导轨回路和引弧回路三维瞬态磁场仿真模型,得到电流转移过程中的磁场仿真模型.最后再通过双目视觉原理测量弧根运动...     

两种结构的双边型直线式SRM电磁特性比较分析

比较了整体式和分块式的双边型开关磁阻直线电机(DLSRM)。通过对DLSRM的有限元仿真来研究它的静态电磁特性,分别对比了两种结构DLSRM的磁力线分布、磁密分布、相电感和电磁推力,利用搭建的样机平台,对分块式DLSRM进行了电感和电磁推力的实测。实验结果表明,分块式DLSRM的性能更为优越。     

塑料外壳式断路器的跌落力学特性模拟研究

塑料外壳式断路器需要具备良好的力学特性以保证其运输和使用安全.本文建立塑料外壳式断路器和地面的有限元模型,以极限工况水平垂直下落为例,分析塑料外壳式断路器在跌落过程中的应力变化和变形情况.结果表明,塑料外壳式断路器各部件的应力和变形呈不均匀分布,内部构件由于应力波的影响会产生最大的应力,装饰板由于受到其他部件的影响变形...     

电磁发射用一体化C形电枢的结构设计

为对电磁发射用一体电枢结构进行合理的设计,选取C形一体电枢的部分结构参数作为研究目标,通过对电枢进行建模仿真,对一体电枢的结构参数变化对其电流密度分布、与轨道接触面上的接触压强分布进行了计算,并通过对比获得了部分结构参数变化对电流密度和接触压强分布的影响规律。电枢的两翼厚度和头部厚度对通过电枢的电流密度和电枢上产生焦耳热分布的最大值区域有明显影响,而长度增加对这些特性分布的幅值和位置影响不大。30mm尾翼长的模型中,接触压强较大的主要范围为其后半部分,与实验结果比较一致。设计制作了不同结构的铝合金电枢,进行发射实验,并测量通过电枢的发射电流、观测发射后的电枢轨道接触面状况。发射实验结果显示,加长电枢两翼长度,可以一定程度的扩大电枢-轨道良好接触区域的面积,头部厚度7mm的铝电枢在20mm口径的发射装置中可以满足通流250kA以上不至于产生物理破坏。通过对计算和实验结果的分析比较,提出进一步工作展开的方向应为将数值计算和实验现象建立直观的联系。     

主动电磁装甲防护系统发射过程仿真分析和试验

为了进一步研究主动电磁装甲防护系统中拦截板的发射过程,介绍了拦截板电磁发射原理,并给出了物理结构模型,采用有限元分析软件Ansoft对发射过程中拦截板的受力和磁场变化情况进行动态仿真,并在试验中使用脉冲功率装置作为拦截板发射装置的供电系统,利用电阻应变片和弹性悬臂梁对拦截板所受电磁力进行测量,并将仿真与试验结果进行了比较,仿真结果与试验结果基本符合。通过对拦截弹所受电磁力的分析发现,如果驱动线圈加固外壳使用铁磁材料,则会对放电电流达到峰值的时间产生一定影响,这对于研究拦截板在发射过程中的受力情况具有十分重要的意义。     

增强型轨道炮电感梯度及其影响因素

电感梯度对轨道炮性能有着重要影响.为了实现对增强型轨道炮电感梯度的数值计算,推导了电枢受力公式,介绍了二维时谐涡流场的控制方程,建立了计算电感梯度的二维有限元模型,对一种典型结构增强型轨道炮的电感梯度进行了精确计算,讨论了电感梯度受时谐分析频率和外轨道尺寸影响的规律,给出了不同影响因素下轨道内部电流密度和空间磁力线的分布图,并据此解释了电感梯度变化的原因.根据分析结果给出了增强型轨道炮的优化设计方案.     

重接式电磁发射的线圈与发射体仿真计算

重接式电磁发射是一种利用磁力线重接来推动发射体的电磁发射形式,具有发射体与线圈无接触、无烧蚀等优点.利用ANSOFT电磁场有限元分析软件建立了重接式电磁发射的三维仿真模型,对线圈磁场、发射体涡流和发射体受力进行仿真计算,并分析讨论线圈和发射体形状变化对发射效果的影响.仿真表明,发射体受力最大值主要取决于发射体在运动方向的受力作用面积,面积越大,受力越大;直线后沿的发射体受力要优于弧线后沿.