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。     

脉冲大电流高速滑动电接触下轨道槽蚀现象的总结与分析

电磁轨道炮驱动电流可达数兆安,发射速度2 km/s,恶劣的膛内发射环境会对轨道造成槽蚀损伤。为此综合已有试验数据和文献论据,讨论了槽蚀位置、深度、长度以及沉积物形状、厚度和组成成分等,并依据试验现象对槽蚀和沉积的产生机理进行分析。起始位置的槽蚀是由高温下材料热软化以及高应力下材料屈服形变引起的;之后随着温度升高、电枢熔化,延展槽蚀形成机理则有两种解释:一种是熔铝夹杂固态铝冲刷轨道形成槽蚀;另一种是熔铝与轨道的铜材料形成共晶液,冲刷形成槽蚀。最后基于槽蚀、沉积的形成机理分析,对轨道以及电枢的设计提出改进型建议,以尽量减轻轨道损伤,延长轨道的使用寿命。对槽蚀机理的分析研究工作将对电磁轨道炮脉冲大电流高速滑动电接触理论及发射器的工程化研制起到积极作用。     

小口径电磁轨道炮电枢电流熔蚀特性实验研究

为了掌握轨道电磁发射中电枢的电流熔蚀特性,对小口径电磁轨道发射装置进行了实验研究。实验装置为20 mm×20 mm,方形口径轨道电磁发射装置,通过控制发射实验中电枢出膛的速度,研究了电流幅值、电枢质量和转角厚度(载流能力)等因素对熔蚀的贡献。另外,基于电流幅值递增实验,总结了熔蚀程度的几种模型和相应的电流幅值范围。结果表明:不同的发射条件对电枢的熔蚀程度影响有所差异;电流分布是熔蚀产生的直接原因,能显著影响熔蚀程度;电枢质量对起始时刻的熔蚀有影响;电枢转角厚度对熔蚀的贡献不大(电枢载流能力足够的情况下);随着电流幅值的增加,电枢表面熔蚀有从电枢中端偏下位置沿棱边向电枢中部和电枢头部延伸的趋势,在此过程中归纳出了3种熔蚀程度及其对应电流范围:轻度熔蚀,对应电流181~293.8 k A;中度熔蚀,对应电流293.8~320.8 k A;极度熔蚀,电流320.8 k A。     

电磁轨道炮试验过程中枢轨界面的接触电阻特性

电磁轨道炮枢轨界面的接触电阻对界面热量和轨道炮系统的性能有着重要影响。为了计算轨道炮发射过程中的接触电阻,构建了发射过程电路模型,结合试验数据得到了接触电阻的数值和曲线。首先利用构建的发射过程电路模型确定了回路阻抗表达式。然后结合试验测量的炮口电压、炮尾电压和轨道电流,拟合了电枢的位移曲线和速度曲线。最后利用MATLAB进行数值计算,得到了轨道炮发射过程的回路阻抗和接触电阻数值,以及在轨道裸露和覆有铝熔膜2种情况下接触电阻的变化曲线。通过分析接触电阻的变化特性,得到了以下结论:在发射过程中,回路阻抗在一定范围内震荡,接触电阻则随电枢前进呈现不断减小的趋势;轨道表面的粗糙化和黑色氧化物减少了枢轨间固-固接触的实际面积,增大了接触电阻;而覆盖轨道的铝熔膜能增大实际接触面积,减小接触电阻。     

电磁发射中枢轨接触电阻特性研究

在电磁轨道发射技术中,电枢和轨道的接触状态对发射系统的性能和寿命有重要影响。接触电阻是反映接触状态的一个重要指标。为此,建立了炮口电压的电路模型,设计不同充电电压条件下的发射试验,并测量炮口电压、轨道电流、电枢位移。根据电路模型计算出接触电阻和电枢体电阻。计算结果表明:初始阶段,电枢体电阻与接触电阻大小接近;在后半段,电枢体电阻远小于接触电阻。不同充电电压下发射试验的接触电阻曲线具有相同的变化趋势,接触电阻先随着电流的增加而减小,在电流处于平顶区时接触电阻先上升后下降,当电流下降时接触电阻急剧上升。分析讨论后认为,接触压力和温度是决定接触电阻的两个主要因素,而电流大小直接影响电磁压力和温度。     

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。     

电磁轨道炮轨道电阻率和轨道高度对电流上升沿阶段电枢边沿熔蚀的影响

在固体电枢电磁轨道炮系统中,保持电枢轨道界面良好的电接触至关重要。在电流处于上升沿的发射起始阶段,往往可以观察到电枢材料熔化沉积集中在轨道的外侧,这表明该阶段电流在电枢边沿集中的特性。为此,利用ANSYS软件,在改变轨道电阻率和高度的条件下,对电枢电流密度的分布进行了数值仿真,仿真结果表明:1)电流集中在电枢尾翼边沿;2)通过提高轨道电阻率或者(同时)减小轨道高度可以减小电枢尾翼边沿的电流密度。在20 mm方口径轨道炮上进行了实验,研究了不同电阻率的轨道材料(如98%铜-1%锆-1%铬合金,黄铜和非磁性不锈钢)和不同轨道高度(50、30 mm)对电枢熔化的影响。实验结果表明,在电流上升沿,更高的轨道电阻率和更低的轨道高度时有相对较小的电枢边沿熔蚀。基于数值分析和实验结果,提出了电磁轨道炮起始阶段(电流上升沿阶段)减小电枢边沿熔蚀的轨道结构改进方案。     

高速滑动电接触电枢表面动态磨损过程研究

电枢是电磁发射装置的关键部件,其表面磨损是引起发射过程中转捩的原因之一,同时磨损也会严重削弱电枢本体的力学性能,影响发射安全性,因此有必要对高速滑动电接触电枢表面的动态磨损过程进行深入分析。首先,分析电枢表面产生磨损的机理,厘清相关耦合因素;其次,考虑表面磨损量变化、温度升高及电枢尾翼向外扩张过程中反向受力的影响,建立电枢尾翼磨损量的理论计算模型,研究其磨损规律;最后,考虑电磁场-温度场-应力场-磨损等耦合因素建立三维有限元计算模型,对电枢尾翼磨损量进行更为准确的分析。结果表明：(1)电枢表面磨损量是在电因素及力因素的共同作用下产生的;(2)考虑了表面磨损量变化、温度及电枢尾翼向外扩张过程中反向受力等因素影响后,分析得到电枢表面磨损量较不考虑时小19.5%,但考虑后与实测值更为接近,证明了分析过程中上述影响因素不可忽略;(3)相比理论分析模型中对电枢尾翼法向力分量及反向受力的近似计算方法,有限元模型更为精确,其计算得到电枢尾翼磨损量与实测值也更为接近,验证了所建立模型的准确性。该文所建立模型及分析结果对于后续优化电枢结构、提高枢轨接触性能及保证发射安全性具有重要意义。     

滑动电接触界面粗糙度对电枢熔化特性的影响

电磁发射过程中电枢表面熔化会改变枢轨接触状态,一旦接触状态被破坏则容易出现转捩,因此有必要对电枢表面的熔化特性进行分析。考虑枢轨接触面的粗糙度,列出了枢轨接触界面间金属液化层的Reynolds方程,并耦合温度场、应力场及电磁场,建立了热弹性磁流体动力学模型,在此基础上分析了粗糙度量级及分布形态对枢轨接触面间电枢表面熔化速度与金属液化层厚度的影响。结果表明,在设定参数下的动态发射过程中,枢轨接触面粗糙度量级越大,电枢表面的熔化速度越大,最小液化层厚度也越大;相比于粗糙的分布形态,粗糙度量级对电枢表面的熔化速度和金属液化层厚度的影响更大。分析结果对于改善枢轨接触状态,避免转捩情况的发生具有重要意义。     

计算焦耳温升作用的电磁轨道发射中电枢尾翼转角处受力分析

在电磁轨道发射中电枢尾翼转角处的受力过程是焦耳温升作用下的动态过程,受多种因素影响,易发生断裂失效,进而影响电枢和电磁轨道发射系统性能。为此,在构建电枢静止、加速和减速运动状态下尾翼转角处受力理论模型的基础上,结合电枢材料电阻率和比热容随焦耳温升的变化,对电枢尾翼转角处的受力情况进行了仿真计算,然后通过电磁轨道发射试验进行了验证。计算结果显示:电流峰值为600 kA时,考虑电阻率和比热容变化时温升的计算结果比不考虑时的结果高171.23 K;当电流峰值达620～640 kA,但未达到电枢材料6061铝合金的“载流特征量”时,电枢尾翼转角处就会发生拉伸断裂失效。观测发射试验后回收电枢的形貌,电枢尾翼上存在符合拉伸断裂特征的收缩断裂缝,初步验证了理论计算分析结果,为后续电枢设计优化提供了依据。     

DC/DC变换器的变结构控制应用现状

变结构控制以其良好的控制性能在非线性系统中得到了越来越广泛的应用。对DC/DC变换器中变结构控制方法的应用现状做了概括性的研究，主要包括：滑模面的类型及其相应的使用范围，存在的问题及常用的解决方案；以及变结构控制的发展趋势。     

透平级三维粘性非定常流动及气流激振力研究

非定常性是透平机械内部流动的固有特性。非定常流动不仅对透平机械的气动性能具有一定的影响,还会产生导致动叶片振动疲劳的气流激振力,所以对于透平级的非定常流动分析十分必要。文中基于CFX软件,采用RNG k-e 湍流模型、双时间步法、滑移界面法以及结构化网格建立了一级半透平级(静叶/动叶/静叶)三维非定常粘性流场的数值模型及计算方法;在此基础上详细分析了流场特性随时间的变化,发现时均非定常等熵效率小于相应的定常等熵效率;同时获得了作用于动叶上随时间变化的气流力以及气流激振力因子,该因子数值与汽轮机设计人员广泛采用的由实践而来的数据吻合良好。文中研究结果有利于分析非定常流动对透平机械气动性能影响的机理,并且为叶片的振动响应以及疲劳寿命分析提供必要的参数。     

级联滑模控制策略在单相逆变器上的应用研究

对单相逆变器提出了级联滑模控制策略,从而有效地实现了系统的级联控制,并保留了滑模控制的良好性能。     

三相并联型有源滤波器的滑模控制方法

提出了一种基于滑模控制理论的有源电力滤波器补偿电流和直流侧电压的统一控制策略,避免了补偿电流与直流侧电压由两个闭环分别进行控制。建立了并联型有源电力滤波器在abc和??坐标系下的数学模型,提出了在??坐标系下的以跟踪误差最小为目标的补偿电流和直流侧电压的滑模控制策略,证明了该控制策略的等效控制的存在性,推导出该滑模控制的可达性条件,可以准确获得滑模面的取值范围。仿真结果证明了该方法的有效性。     

BLDCM调速系统滑模控制技术研究

滑模控制是一种性能优良的控制算法,用于BLDCM调速系统,并在MATLAB环境下进行仿真研究.仿真结果表明,系统速度响应快速平稳,在控制器参数和负载变化较大的情况下,均能保持较高的稳态精度,具有较强的鲁棒性.采用的连续开关函数有效抑制了系统的高频抖振,并得到了实验验证.     

变速风力发电机组全局快速Terminal滑模控制

针对具有极大不确定性的变速风力发电机组,提出了一种全局快速Terminal滑模控制方法.滑模模态由Terminal滑动模态和线性滑动模态组成,以保证状态在有限时间内收敛并同时提高收敛速度.设计了系统不确定项的边界估计算法.运用Lya-punov稳定性理论证明了系统稳定性.对自然风和风速突变下的机组运行情况进行了仿真,其结果表明系统稳定,并具有较好的动态性能和较强的抗扰能力.     

基于自适应滑模观测的无速度传感器感应电机间接磁场定向滑模控制

针对传统感应电机无速度传感器控制系统中参数变化和负载扰动对系统运行性能的影响,该文将滑模控制与自适应滑模观测器相结合,构成了感应电机无速度传感器的双滑模控制系统,并建立了该系统的SIMULINK仿真模型。系统仿真结果证实了在电机参数变化和负载扰动时,该系统具有无超调、鲁棒性强、动态响应快等优点。     

非匹配不确定多变量系统高阶终端滑模控制

针对一类具有非匹配不确定性的多变量系统,提出了一种递阶结构的高阶终端滑模控制方法.将多变量系统变换为解耦块能控标准型.采用非奇异终端滑模,结合微分估计器,设计高阶滑模控制策略,使输入输出子系统的状态在有限时间内收敛至平衡点,内部子系统的状态收敛至平衡点的邻域内.所提方法可以简化系统结构,消除控制抖振,通过控制器参数和非匹配扰动的上界可以估计系统状态的收敛范围.仿真结果验证了该方法的有效性.     

用一片8D锁存器实现的单片机键显接口电路

介绍了一种用于单片机系统的LED数码管扫描显示和简易键盘输入电路，该电路由一片8D锁存器构成，在驱动8位数码管的同时，还完成了8个键盘按钮的状态读入，基本实现了单片机键显电路简洁、价廉的要求。     

遥控水下机器人多电机协同控制研究

为了提高遥控水下机器人(ROV)多电机系统的同步性能、鲁棒性和动态性能,该文提出一种基于PID速度补偿器的偏差耦合控制结构和一种新型多模态非奇异终端滑模控制策略。该控制结构增加了电机间的速度检测和反馈,并且对反馈结构进行PID控制,提高了电机间速度的同步性;该控制策略结合线性滑模控制和非奇异终端滑模控制的优点,并优化了滑模面的设计,缩短了系统收敛时间,提高了系统的动态、稳态性能。仿真实验表明:该控制结构提高了系统的同步性能、抗干扰能力;该控制策略很好地提高系统的动态、稳态性能和鲁棒性。该文提出的控制结构和策略能够良好地运用于ROV多电机系统。