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。     

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。     

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。     

电磁轨道炮电枢与轨道接触面大小对电流密度的影响分析

增加或保障电枢与轨道具有较大接触面是电磁轨道炮设计与试验中的一个重要目标,但实际上接触面大小的作用仍有待探讨。为此,通过仿真计算分析了接触面上电流分布区域的位置与电流大小。结果表明:电流仅从小部分接触面穿过,在满足该接触面大小的情况下,接触面再增加或接触面大小对轨道电枢接触的电磁性能影响不大;同时,电流流过的区域大小与电枢和轨道的尺寸以及电流随时间的变化有关。对被分析的结构,在电流平顶阶段,接触面积为电枢侧面的20%(接触面长度约为8 mm,实际接触面大小约为240 mm2)已可认为足够大,接触面再加大最大电流密度已基本不变。因此,在固定尺寸的电磁轨道炮中,不必过分追求大电枢/轨道接触面,保证一个接触面大小满足电接触的电气性能即可。     

轨道电磁发射装置中电枢装配接触压力分布的不均匀特性

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,基于仿真计算研究了电枢装配接触压力分布不均匀特性。通过模拟电枢轨道的装配过程,利用ABAQUS有限元分析软件,计算了初始静态情况下不同结构电枢与轨道的接触压力分布。仿真验证了电枢装配接触压力的不均匀分布,同时根据压强分布云图,提出并定义了4个不均匀系数,分别表征接触压力横向、纵向、总体、局部分布的不均匀程度。这些不均匀系数的取值范围都介于0~1之间,其值越大,对应分布的不均匀程度就越小,即分布越均匀。基于进一步计算,获得了各不均匀系数随基本电枢结构参数的变化规律:各不均匀系数受电枢过盈量的影响较小,随电枢尾翼长度增加变小,随电枢肩部厚度增加变大;而随翼尖厚度变化呈现不同变化趋势。     

C型固体电枢与导轨接触压力的保持

C型固体电枢与导轨接触压力的保持是电磁轨道炮研究中的一个重要问题,本文通过二者之间的接触压力计算和固体电枢相对于电磁轨道炮口径的过盈量的确定,提出了解决问题的有效途径。     

电磁发射中固体电枢的磁探针测速方法研究

为测量固体电枢运动速度应用电磁感应原理,分析了电磁发射中固体电枢所产生的磁场以及B-dot磁探针中的感应电动势,给出了根据磁探针的感应电压信号以及驱动电流信号计算固体电枢运动速度的迭代算法。在小电流、低速运动的模拟实验中,通过探针上感应电压信号的仿真计算结果和实验条件合理设计了探针的结构尺寸,结合实际应用中所遇到的问题加以改进。利用所设计的探针和改进的算法实测电枢的运动速度的结果与实际情况较为符合,该算法可以有效测得电枢的运动速度随时间的变化曲线。     

电磁轨道炮电流分布特性研究综述

电磁轨道炮电流分布特性与其发射性能密切相关,局部区域电流密度过大会导致电枢和轨道熔蚀磨损、界面熔化沉积、转捩电弧等现象,严重影响电枢和弹丸的发射稳定性,造成轨道和内膛绝缘的损伤。该文首先阐述了影响电流分布的三种物理效应——趋肤效应、临近效应和速度趋肤效应,基于此,总结了国内外针对电磁轨道炮电流分布特性的相关研究。分析了枢轨界面状态、枢轨材料、枢轨结构、驱动电流对电流分布特性的影响规律,提出马鞍C形电枢在改善电流分布上的优势。最后总结了优化电流分布的若干措施,可为电磁轨道发射的工程应用提供技术支撑。     

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。     

电磁轨道炮电枢多场耦合分析与试验研究

电枢是电磁轨道炮的关键部件之一,其结构直接影响轨道炮的发射性能。在轨道炮发射过程中,电枢与轨道接触面上流过强大的电流,局部高温会导致金属材料熔化,从而影响接触性能。该文基于对电枢的功能分解建立典型C型电枢的参数化模型,重点围绕普通C型电枢和马鞍C型电枢,利用有限元软件Ansys对其电磁场-温度场-结构场进行多场耦合分析,并在发射装置样机上开展动态发射试验。试验结果验证了仿真分析的正确性,同时为电枢设计提供了技术支撑。该文的研究成果对固体C型电枢的设计与试验具有重要参考意义。     

混合电极电流密度分布的数值模型

根据Bulter-Volumer和Fick定律建立了一维的LiCoO2/LiMn2O4混合(材料)电极的数值模型.基于模型,研究了两种材料在恒电流充放电过程中的电流密度分布,并计算了粒度、组分含量、倍率对其电流密度分布的影响.计算结果表明,恒电流充放电情况下,两种材料的电流密度分布不均一:单一组分最大电流密度值随粒度和倍率的增大而增大,随含量的增大而减小.在放电初期和末期,电流主要分布在LiCoO2上,而在充电的初期和末期,电流主要分布在LiMn2O4上.     

多级重接式电磁发射的电磁分析与有限元仿真

为了对多级发射达到高速时的电磁问题进行研究,以使用板状发射体和箱形线圈的多级重接式电磁发射为研究对象,推导了多级线圈电磁场和发射体涡流场的综合作用方程,利用ANSOFT电磁场有限元分析软件建立了三维有限元仿真模型并进行仿真计算。结果表明,多级线圈电流的同时存在,既改变了单级线圈的磁场分布和磁感应强度大小,也改变了发射体中局部涡流密度的大小和发射体受力的大小。这种改变与线圈电流的频率和相位差异相关,并且线圈间距越小,这种综合作用的影响越大。     

气体扩散电极的电流密度分布研究

为探究气体扩散电极中小孔电极电流密度与反应速度及传质的关系,用数值计算的方法,给出了氧电极不同反应速度下的小孔电极电流密度分布。首先根据相关参数,估算出反应的最大传质速度,而后给出了当反应速度大于,等于及小于最大传质速度时的电流密度分布。发现当反应速度等于及大于最大传质速度时,电流密度分布不变,且反应集中于三相交界线附近;当反应速度小于最大传质速度时,电流密度分布随反应速度的减小而改变。     

考虑电化学极化的铅酸电池电流密度分布的数值分析

铅酸电池内部的电流密度分布与其电化学性能和循环寿命密切相关。为了指导板栅的结构设计以获得尽可能均匀的电流密度分布,结合电工学基本理论和塔菲尔方程提出了考虑电化学极化因素的铅酸电池电场分析数学模型。基于商业有限元分析软件平台ANSYS Workbench对铅酸电池的单个极板对进行了数值计算,总结了不同部件、不同部位的电流密度分布特征及其内在影响因素,并发现电化学极化效应在一定程度上削弱了欧姆极化带来的电流密度分布不均匀性。     

单级同步感应线圈炮电枢的磁场-温度场有限元分析

为了研究电枢在同步感应线圈炮发射过程中的温度分布规律以及影响电枢温度分布的因素,依据瞬态涡流场和计算传热学的相关理论建立单级同步感应线圈炮电枢磁场-温度场耦合分析的数学模型,利用APDL建立了电枢和驱动线圈的有限元模型,将线圈炮发射过程中电枢中感应的焦耳热损耗作为体积热源,通过顺序耦合的方法实现电枢的磁场一温度场有限元...     

Calculation method for strand current distributions in armature winding of a turbine generator

We have developed a calculation method for the strand current distributions in the turbine generator armature windings. These distributions are calculated by using a circuit equation and a 3D finite element method. In the circuit equation, the strand current is solved by introducing a circulating current at each strand of the armature windings. The induced voltage in the circuit equation is produced by leakage flux of the coil end region. The leakage flux is obtained by the 3D finite element method. The calculated strand current distributions had good agreement with the measurements of 360°, 450°, and 540° transposed model coils. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 143(2): 50–58, 2003; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10131     

一种新型配电网电容测量系统的设计

为了确定配电网络的对地分布电容,设计了一种基于3个频率信号注入法的配电网电容测量系统,给出了系统测量原理及硬件系统的构成,介绍了用集中电容来模拟配电网电容的测量实验,提出了用扫频法测得的模拟实验结果结合MATLAB仿真技术确定最佳注入信号频率的方法,探讨了注入信号的频率对测量精度的影响。注入特定的3个频率恒流信号,测试模拟实验中的集中电容,测量结果的相对误差在2%之内。测量过程不涉及高压侧,操作方便,有很好的应用前景。