电磁轨道炮关键技术与发展趋势分析

电磁轨道炮是利用电磁力将弹丸加速到超高速的新概念武器系统,可遂行直瞄打击、超高空或超远程投送弹药等多种作战任务。介绍了轨道炮的基本原理,从电能利用角度对轨道炮研究中电源与电力控制、轨道与电枢结构设计、超高速滑动电接触理论与技术以及轨道炮系统集成等关键技术进行了分析。依据电磁轨道炮发展规律及现有技术水平,分析其新的发展趋势为大炮口动能轨道炮设计、基于轨道发射的弹丸设计以及轨道长寿命研究,对新概念武器发展有一定参考意义。     

轨道推进器瞬态电磁场有限元分析

利用ANSYS软件建立了块状电枢轨道推进器三维瞬态电磁场的有限元模型,计算得到了两轨道和电枢内的电流场分布.结果表明,在几毫秒内,电流趋向导体表面流动并在电枢尾部与轨道接触处集中,电流线聚集是引起轨道和电枢之间放电烧蚀的主要原因.同时根据有限元计算得到了推进器周围以空气为介质的磁场分布,结果显示,磁场主要集中分布在靠近电枢尾部一侧的两轨道间,并向后延续到约等于4倍口径的长度,电枢处是磁场激增区域.上述结论对电磁推进器的优化设计有重要参考意义.     

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。     

同步感应线圈炮电枢特性分析

基于电枢工作机理,讨论了电枢材料、结构等对同步感应线圈炮性能的影响。利用Maxwell仿真软件,建立了实体电枢和绕制电枢的有限元仿真模型,对其电磁场特性进行了仿真分析。同实体电枢相比,绕制电枢上的感应电流分布均匀,尾部温升低,但是结构复杂。基于实体电枢和绕制电枢的各自特点和仿真结果,提出了一种新型电枢——混合材料电枢。探讨了混合材料电枢的结构,建立了混合材料电枢的有限元仿真模型并进行瞬态场和涡流场仿真。理论分析和仿真结果表明,混合材料电枢的结构较绕制电枢简单,感应电流的分布优于实体电枢,为电枢工程实践应用提供了参考。     

电磁轨道炮瞬态磁场测量与数值模拟

为研究电磁轨道炮的磁场特性,建立三维瞬态电磁场计算模型,采用时域有限元/边界元耦合方法进行求解,获得了电枢的膛内运动过程,以及电流密度和磁通密度的时空分布,讨论电枢与轨道间的滑动电接触在电流扩散过程中产生的速度趋肤效应。在发射实验中,用B探针测量电枢运动及磁场,分析了发射过程中的瞬态磁场变化特点,与数值模拟结果进行对比,验证了电磁轨道炮三维瞬态电磁场计算模型的有效性。     

增强型电磁轨道发射器电磁场和电感梯度仿真分析

为研究增强型电磁轨道发射器的电磁场和电感梯度特性,建立增强型电磁轨道发射器2 维仿真计算模型 进行仿真分析。采用有限元方法,在500 Hz、1 MA 正弦电流激励条件下,分析比较层叠增强型和平面增强型电磁 轨道发射器的电磁场和电感梯度。结果表明：与普通轨道发射器相比,增强型电磁轨道发射器电磁场和电感梯度有 较大提升;增强型电磁轨道发射器轨道高度越低,磁场强度和电感梯度越大;增加辅助轨道层数能够提高增强型电 磁轨道发射器的磁场强度和电感梯度。     

摆动机构负载特性仿真分析与试验研究

由于摆动机构一般结构复杂、负载问题突出,设计难度较传统操纵结构大,需要开展系统深入的研究,实现设计方案的合理化。基于ABAQUS有限元软件,建立摆动机构柔性多体动力学仿真模型,并结合摆动机构复杂运动学分析,研究摆动速度、俯仰角、外部载荷以及摩擦系数对摆动机构负载特性的影响。并开展摆动机构摩擦性能及负载特性的试验研究,验证仿真分析结果的有效性和设计方案的可行性,研究结果表明：该方法能够实现对复杂摆动机构负载特性的正确模拟,试验与数值结果的相对误差精度小于11%的量值水平。     

舰炮随动系统负载仿真研究与实现

在计算多种条件下作用于舰炮随动系统执行电机轴上负载变量的基础上,利用KOLLMORGEN公司黄金系列全数字交流伺服系统作为舰炮随动系统的负载参数模拟系统,分析了系统工作原理及编程方法,实现了舰炮负载参数的半实物仿真。     

电磁轨道炮发射过程中的分布式脉冲电源系统冲击特性研究

电磁轨道炮发射过程中,分布式脉冲电源系统在1~2 ms的时间内,将承受30 kA以上的脉冲电流以及5 kV以上的脉冲电压,对于电源系统关键部件的工作特性造成极大的影响,甚至引起失效。因此,研究分布式脉冲电源系统在电磁轨道炮发射过程中的冲击特性是十分重要的。建立包含动态变化负载的分布式脉冲电源系统模型,利用电路仿真Pspice软件对分布式脉冲电源系统的冲击特性以及关键部件失效后的工作特性进行仿真分析,并将分析结果与实验结果进行对比。研究结果表明：电磁轨道炮发射过程中,分布式脉冲电源系统的电容器组,在单一模块晶闸管发生击穿短路故障后,受到较大的反向电流和反向电压,会对储能电容器造成严重破坏;在单一模块调波电感器发生击穿故障后,会造成故障模块的输出电流波形与电容器输出电流波形脉宽相近,且造成输出电流波形脉冲宽度变小,峰值增大（即通过晶闸管电流的di/dt变大）,可能造成晶闸管高压硅堆正向过流烧毁。仿真结果与实验结果吻合程度很高,证明所建立电磁轨道炮电源模型与实际使用模型十分接近,分析得到的结果准确性更好、可信度更高。     

电枢运动状态下轨道炮膛内磁场仿真分析

通过对三维轨道炮模型进行有限元分析求得电枢所受电磁力,进而得到电枢运动速度和位移。以离散时间步长仿真得到不同时刻电枢位于不同位置时的考察点磁场强度。结果表明,膛内磁场变化同激励电流变化整体一致,但是磁场峰值时刻滞后于电流峰值时刻,在下降阶段磁场出现局部波动。磁场频率集中于低频段,整体呈下降趋势。     

小型引信电源冲击特性仿真研究

现代轻武器系统-单兵综合作战系统发射的榴弹口径仅有20mm、25mm；法国和美国装备的弹药最小口径也仅有20mm,要满足这样小的弹药的使用要求,关键技术之一就是电源小型化和耐高过载。文中应用大型有限元软件MSC.DYTRAN针对小型引信电源结构在不同冲击过载条件下的动态响应规律进行仿真研究,为推进引信电源小型化设计及工程应用研究奠定基础。     

线圈型电磁发射器磁场构型的设计与分析

在线圈型电磁发射器的设计中,驱动线圈磁场构型的设计是基础和关键问题.提出磁场构型的概念和设计准则,推导出线圈型电磁发射模型的加速力表达式,通过有限元方法仿真分析了不同厚长比矩形截面螺线管线圈的磁场形态,考虑驱动线圈与抛体之间的互感及作用力随位置变化的趋势,比较不同截面形状螺线管线圈的磁场构型,同时计算截面形状对作用力的...     

大载荷大变形发动机动特性分析

针对大载荷大变形发动机动特性获取问题,设计冷摆和牵引释放两种试验方法,采用PolyMAX运行模态识别方法,获取其频率、阻尼比和振型。对比小激励力下模态试验结果,分析指出大载荷大变形下发动机频率比小激励下的低、阻尼比比小激励下的大。获取发动机大载荷大变形动特性时,建议采用更接近真实情况的冷摆或牵引释放试验结果。     

玻璃钢定向器热弹耦合动态特性分析

为掌握玻璃钢定向器在火箭弹和燃气流作用下的动态特性情况,采用瞬态有限元法对某玻璃钢定向器进行真实工况下热弹耦合性能的数值仿真与分析,获得了玻璃钢定向器热弹动态特性和火箭弹管内运动与作用情况。结果表明某玻璃钢定向器在开始阶段产生的响应应力和应变较大,定向器后端产生的响应应力和变形位移比前端大;燃气流热载荷对玻璃钢定向器的动态性能产生一定影响,其主要影响是在火箭弹出定向器以后,使定向器产生较大热变形。     

截锥壳在强脉冲载荷作用下的动响应分析

研究了截锥壳受到迎风面呈余弦分布的强脉冲载荷作用时产生的瞬态响应.为此首先建立有限元模型,进行模态分析,用模态试验结果验证模型的正确性.接着对这一模型,加上余弦分布强脉冲载荷,用MSC/NASTRAN大型程序完成动响应计算,与化爆加载试验测量结果比较,观察上述计算结果的有效性.     

Cymbal换能器的有限元分析仿真技术研究

采用了有限元分析方法、借助ANSYS软件设计了Cymbal换能器，给出了2种有效的流体单元划分方法；通过仿真计算，分析了金属端冒的不同尺寸对有效机电耦合系数、机械品质因素、节点位移及谐振频率的影响，从而设计出最优尺寸的Cymbal换能器，并对其进行了3阶模态振型和谐响应动力学分析，解决了该换能器旋转对称面上存在跃变的应力和应变给设计工作带来的困难及理论上难以解决的问题。     

潜射导弹水下动载荷识别仿真分析

选择了Haar小波这一既具有对称性，又是有限紧支撑的正交小波，构造了高精度动态载荷识别模型，使得在满足实测响应个数远远小于导弹自由度数的情况下，可以识别出比较精确的动态载荷．针对8自由度弹簧质量块系统，使用传统的模态变换识别方法和使用离散正交的Haar小波作为正交矩阵的小波正交算子变换法进行了比较分析，结果证实了基于Haar小波的识别方法的优越性．使用小波方法仿真识别了某型导弹的振动载荷，与给定的仿真载荷相比，能给出有一定精度的识别结果，从而证明了辨识方法的可行性．