磁阻发射器结构参数与时序控制分析

为了获得较高的弹丸出口速度,研究了磁阻发射器对弹丸的作用规律,首先通过不同长度弹丸在不同匝数线圈下的速度仿真计算,表明长度一定时弹丸出口速度和动能随线圈匝数增大先增后降,弹丸越长其最大速度对应的线圈匝数越多,匝数相同时弹丸出口动能随着弹丸长度增大而增大;接着在线圈匝数和弹丸直径和长度一定的情况下分析了弹丸出口速度与线圈放电时序、回路电阻的关系,发现放电时序一定时弹丸出口速度随回路电阻增大先增后降,并最终获得了弹丸最大出口速度时的放电时序和回路电阻;最后通过仿真计算与实验结果对比,表明二者吻合较好,验证了弹丸出口速度随放电时序的变化。     

磁阻型线圈发射减速力研究

磁阻型线圈发射对铁磁体弹丸有吸引力作用能够实现加速发射,本文通过对磁阻型线圈发射弹丸受力情况的理论分析和仿真计算,发现磁阻型线圈发射在弹丸高速度、驱动线圈强磁场的发射条件下会出现较强作用的涡流减速力,弹丸速度不会增加反而减小。文中提出减小铁磁弹丸的电导率和对弹丸进行开槽处理,仿真结果表明这两种方法可以有效地减弱涡流对磁阻型线圈发射弹丸减速力的影响。     

永磁体用于磁阻发射器弹丸材料的可行性分析

弹丸作为磁阻发射器的重要部分,其材料的特性对发射性能有重要影响。利用Ansoft有限元软件仿真了steel1010(10号钢)和Nd Fe B35、AlNiCo9磁体等三种材料作为圆柱形弹丸材料时单级电池型磁阻发射器的动态过程,分析了永磁体作为磁阻发射器弹丸材料的可行性。结果表明,永磁体可作为磁阻发射器弹丸的材料,相对于钢等软磁材料其优势在于初始加速时间短,但发射时需考虑弹丸的极性;选择永磁体作为磁阻发射器的弹丸时,应选剩磁较大的永磁体,其发射效果更好。     

线圈型电磁发射器结构优化设计

线圈型电磁发射作为电磁发射的一种重要形式,在很多领域内有着很好的发展前景。本文介绍了线圈型电磁发射器的基本原理,以及线圈外形结构、弹体材料的设计准则。并通过有限元方法分析了影响线圈型电磁发射器发射速度的几个因素,得出了最优线圈型电磁发射器结构外形。     

驱动线圈绕制结构对线圈式电磁发射装置性能的影响

感应线圈发射装置的驱动线圈大多采用传统的均匀绕制结构,这可能导致发射效率偏低.为此采用改进的非均匀绕制结构,改变磁场梯度分布,使得最佳触发位置提前,磁场径向分量增大.基于Comsol有限元软件的电磁-结构耦合模型分析了单级感应线圈发射装置的动态工作过程,对比分析传统型线圈与改进型绕制结构驱动线圈的电磁场分布、轴向电磁力...     

驱动线圈结构参数对电枢力学性能的影响

为了研究驱动线圈的结构参数对电枢受力的影响,根据电路—电磁耦合理论,采用ANSYS有限元分析软件建立了三维线圈炮的模型并分析了驱动线圈各个参数对电枢性能的影响。仿真结果表明:当驱动线圈横截面宽度减小了,长度增加,匝数增加时,电枢推力增加,但增幅不是很大,只有层数增加,电枢推力变化较大。但从加工角度考虑,故选择横截面参数0.5 mm×10 mm,匝数25匝,层数11层。为进一步设计线圈炮提供了依据。     

电磁发射拦截系统驱动线圈结构分析

简要介绍了电磁发射拦截系统的组成,分析了拦截弹发射器的工作原理,建立了拦截弹发射器的三维模型和三维有限元模型,对驱动线圈进行了磁-结构耦合分析,并对驱动线圈结构参数变化引起的拦截弹所受电磁力的变化情况进行了仿真,得到了驱动线圈匝间距变化和截面高度变化对拦截弹所受电磁力的影响规律.     

三级线圈炮发射系统设计

文章利用了Maxwell 16.0对感应型线圈炮进行仿真分析,通过对铝弹触发位置、铝弹外径的仿真分析,设置合理的仿真参数,得出三级线圈炮发射仿真结果;在仿真结果的基础上,以FPGA为控制器,设计了电磁炮发射主电路、开关控制电路以及光电测速电路,构成了电磁线圈炮实验平台;通过多次实验及分析,实验结果与仿真相符,验证了实验平台的可行性及仿真的合理性。     

磁阻式电磁发射器直线推进电机仿真优化

基于磁阻式电磁炮的基本结构和原理,对直线推进电机进行设计和优化。利用Ansoft Maxwell软件建立模型,通过动子初始位置、控制电路、动子材料、定子铁芯形状结构的优化,得出不同参数下的速度优化效果。初步探究了不同参数之间的关系对优化效果的影响。结果表明初始位置优化、外电路控制优化及结构优化方法均有良好的优化效果。其中外电路控制优化效果最佳,对电磁炮的效率有显著提升,并且控制方法新颖独特。最后给出了经过优化后的电机本体设计与外电路设计,方便后续实物制造验证研究。根据仿真结果,本设计加速效果良好,可以达到弓弩的储能密度。     

基于磁－结构耦合的电磁线圈发射器驱动线圈累积失效研究

实验中线圈发射器常在发射5－6次后驱动线圈出现破坏现象,为了设计出满足性能要求的线圈发射器,对破坏原因进行分析是十分必要的。以实验所用单级同轴感应线圈发射器为研究对象,通过电路－磁场－结构场耦合计算方法,求解出了线圈及其封装的应力分布。对于封装非金属材料,采取静强度评估方法进行失效判断,认为当封装所受最大应力超过其抗拉强度极限时发生失效。对线圈金属材料,除采取静强度评估方法外,还结合其材料应力－寿命曲线进行了疲劳寿命分析。结果显示:封装所受最大应力超过了其抗拉强度极限,在发射过程中,破坏区域逐渐扩大直至封装完全破坏;线圈所受最大应力小于其屈服强度,没有发生静强度失效,但在多次发射后会出现疲劳破坏。通过对封装进行材料改进,使得封装所受应力在许用范围内并且增加了驱动线圈的疲劳寿命。     

基于过载控制的多级同步感应线圈发射器优化分析

为给电磁发射器系统平稳加速应用研究和发射过载精确控制提供指导,研究了给定过载约束条件的多级同步感应线圈发射器系统的优化设计。提出了以发射速度、发射效率和发射过载加速度为组合目标函数的多级同步感应线圈发射器优化设计方法,并建立了发射器系统仿真模型,通过遗传算法对5级发射器进行了优化分析。得到0.5 m口径、1 m长的5级发射器用于发射625 kg载荷,最大过载限制为33g(重力加速度g=9.8 m/s2)的优化设计方案:各级驱动电路参数相同,充电电压7 kV,电容量7.4 mF,驱动线圈轴向长度185 mm,径向厚度119 mm,匝数308;电枢轴向长度193 mm,径向厚度131 mm;相对各级驱动线圈底部与电枢底部的触发位置分别为122、1、-73、-158、-218 mm。最终发射速度为20.1 m/s、发射效率为15.7%。结果表明,基于组合目标函数的优化设计方法满足给定过载限制条件和平稳加速的设计要求、并且达到发射速度和效率最优。     

磁阻型非致命防暴枪供弹机构方案设计

供弹机构是磁阻型非致命防暴枪的关键模块,主要作用是实现电磁枪的连续自动供弹。磁阻型非致命防暴枪在工作原理上与传统火药武器不同,因此其供弹机构与传统武器有所区别,针对磁阻式非致命防暴枪的工作特点对其供弹机构进行了设计与分析。首先阐述了该机构的工作原理,在此基础上提出了针对磁阻型非致命防暴枪的供弹机构方案,对机构中的供弹电磁线圈模块进行了仿真分析,优化了线圈参数,制作了供弹机构模型,搭建了供弹实验平台。经过修改验证,该供弹机构顺利通过可行性测试,结果证明能够可靠运行。     

线圈位置对磁阻式旋转变压器精度影响的仿真与实验研究

磁阻式旋转变压器是一种基于磁阻变化原理的角度位置传感器,激磁线圈和信号线圈的空间位置对磁阻式旋转变压器的精度有直接影响.采用Flux二维场计算软件,对线圈位置的不对称性对旋转变压器的影响进行了有限元仿真分析,并通过实验测试证明了分析的正确性,该结论对工程实际具有一定的指导作用.     

低加速力波动感应线圈型发射器的外电路设计

感应线圈型发射器中每级驱动线圈都会对电枢产生脉冲形式的电磁推力,导致电枢在发射过程中加速力波动较大。过大的加速力峰值以及加速力波动都可能对载荷造成不利影响甚至损坏其内部携带的敏感电子器件,因而限制了感应线圈型发射器在实际工程应用中的价值。针对上述问题,提出一种多电容分时触发的新型驱动电路,并通过分析电容值和电枢触发位置变化对发射器发射效率的影响,说明了该电路的可行性。设计三种模式的驱动电路进行对比,研究结果表明：相比于其他电路触发模式,提出的分时触发模式在初始储能相同和电枢出口速度近似的情况下,电磁加速力峰值降低了2.04 kN,加速力波动降低了2.36 kN。因此,采用分时触发电容的驱动外电路,可以有效降低电枢的加速力峰值和加速力波动,并为携带敏感载荷的感应线圈型发射器的设计提供了参考价值。     

一种新型磁阻型电磁发射器的数值分析

新型磁阻型电磁发射器结合了磁阻型电磁发射器的工作原理和螺旋线圈型电磁发射器的基本结构。基于有限元方法,对弹丸受力的影响因素,如线圈与弹丸的相对位置、电流大小、线圈尺寸和弹丸尺寸等进行了数值分析。研究结果对新型磁阻型电磁发射器的研制具有参考价值。     

三种同轴感应线圈发射器的加速特性研究

对于同轴感应线圈发射器来说,根据驱动线圈和电枢的位置关系,可将其分为三类:一是外驱动型结构,二是内驱动型结构;三是内-外驱动型结构。外驱动型同轴感应线圈发射器的驱动线圈在电枢的外面,内驱动型同轴感应线圈发射器的驱动线圈在电枢的内部,而内-外驱动型同轴感应线圈发射器有内、外两个驱动线圈,且内、外驱动线圈分别处于电枢的内侧及外侧。目前,人们只注重了外驱动型同轴感应线圈发射器的研究,忽视了内驱动型和内-外驱动型同轴感应线圈发射器的研究。本文首先分析了这三种结构类型的同轴感应线圈发射器的特点,然后利用有限元分析方法研究了它们的加速特性。研究表明:内驱动型同轴感应线圈发射器的加速特性最差,但是它适合加速大体积、大质量的载荷;外驱动型同轴感应线圈发射器具有最好的加速特性;内-外驱动型同轴感应线圈发射器,特别是磁场重接式内-外驱动型同轴感应线圈发射器也具有较好的加速特性,且电枢内涡流分布相对更均匀,但是它的结构相对复杂,不利于设计与实现。     

一种新型磁阻型螺旋线圈电磁发射器的仿真研究

新型磁阻型螺旋线圈电磁发射器结合了磁阻型电磁发射器的工作原理和螺旋线圈型电磁发射器(HCEL)的基本结构。对弹丸受力的影响因素,如弹丸与驱动线圈相对位置、弹丸和驱动线圈尺寸、电流大小等,进行了静态模拟。结果表明,弹丸的受力大小与其相对驱动线圈的位置有关,且有一个最大受力位置。驱动线圈半径固定时,弹丸最大受力随线圈轴向长度增大而增大,线圈长径比为1:2时弹丸加速度达到最大。在电流较小的情况下,弹丸最大受力与线圈每匝电流平方成正比,最大受力位置随电流增大而增大;而铁磁质弹丸达到磁饱和后,弹丸最大受力只与电流成正比,最大受力位置不随电流变化。仿真结果验证了HCEL的基本理论,并为新型磁阻型电磁发射器结构的设计提供了参数支持。     

加固底座参数对平板线圈电磁发射装置发射性能影响研究

为了研究底座参数对平板线圈电磁发射装置发射性能的影响,采用Maxwell 2D软件建立了二维电磁发射装置仿真模型并分析了底座材料、底座厚度、底座与平板线圈距离对电磁发射装置发射性能的影响。仿真结果表明:用合成纤维底座代替钢制底座,可大幅提高发射装置的发射性能;当采用钢制底座对线圈加固时,在保证机械强度的前提下,降低钢制底座的厚度,同时增加其与平板线圈的轴向和径向距离可有效提高发射装置的发射性能。在对仿真结果分析后,提出了底座的工程设计方法。仿真结果和设计方法对电磁发射装置加固底座的工程设计具有一定的指导意义。     

三相异步感应线圈发射器适用的高功率脉冲电源性能分析

异步感应线圈发射器具有良好的应用前景,但是由于存在电源瓶颈和转换效率不高的问题,使得异步感应线圈发射器还不能投入实用。本文分析了异步感应线圈发射器的结构和工作原理,指出只有当其激励电流是对称的才会产生正向行波磁场加速弹丸沿着发射筒轴线正方向运动。根据对称分量法,任意三相电流总可以分解成正序分量、负序分量和零序分量。正序分量和负序分量都是对称的,前者产生正向行波磁场,后者产生逆向行波磁场。零序分量产生脉振磁场。只有正向行波磁场产生正电磁力加速弹丸做正功,而逆向行波磁场产生反向电磁力阻止弹丸前进做负功,脉振磁场会产生附加损耗。因此,为了提高异步感应线圈发射器的转换效率,应该尽量减小激励电流中的负序分量和零序分量。本文还对实验室常用的高压脉冲电容和飞轮发电机用作异步感应线圈发射器的激励电源的性能进行了分析,指出由于存在端部效应和电路参数不匹配等原因,激励电流波形不对称,其中含有大量的负序分量和零序分量。本文最后提出两点建议:一是针对高压脉冲电容用作激励电源,增加匹配网络使得各相等效阻抗和谐振频率相等,精确计算各相电容充电电压和各相依次放电时间,确保最后一相导通后三相激励电流按指数规律衰减的幅值包络线相同。二是研制新型的逆线圈炮型三相脉冲直线发电机用作三相异步感应线圈发射器的激励电源,可以弥补端部效应的影响。