四轨电磁发射器轨道构型对电流分布的影响

四轨电磁发射器的电流分布特性与其发射性能密切相关,较大的电流密度会导致枢轨的热烧蚀、磨损和转捩,严重制约发射器的使用寿命.为更好解决四轨电磁发射器电枢和轨道的热烧蚀问题,建立了3种不同构型的轨道和电枢,用有限元法对轨道和电枢的电流密度分布及电磁力进行比较分析,探讨枢轨凹凸值对电流分布和电磁力的影响.结果表明:凹椭圆型轨道提供较大电磁推力且枢轨接触面的电流密度分布最均匀,局部热损伤不明显;平面轨道提供的电磁推力较小,电流密度较大;凸椭圆型轨道电磁推力一般且枢轨接触面处电流分布不均;轨道电流密度大小与凹凸值负相关;而凹凸值对电磁推力的影响随枢轨构型不同而不同.     

四轨电磁发射器电枢-轨道初始接触特性分析

为探究四轨电磁发射器电枢-轨道初始接触特性,采用有限元法对电枢和轨道的初始接触特性进行分析,选择电枢最大等效应力、接触系数、接触压强均匀系数和相对接触压强系数为接触特性性能指标,探究电枢臂长度、过盈量和电枢臂尾部厚度对接触特性性能指标的影响规律。结果表明：不同的结构参量对性能指标的影响不同,过盈量对等效应力影响较大,电枢臂长度增加导致接触系数降低,电枢臂尾部厚度主要影响相对接触压强系数。     

基于电接触特性的电枢臂形状优化设计

电枢与轨道之间的接触特性直接影响电磁轨道发射器工作过程中电枢与轨道接触面上的接触压力分布和电枢与轨道上的电流分布,进而影响发射器的焦耳热分布,从而影响电磁轨道发射器的性能和寿命。为了改善发射器电枢与轨道之间的接触特性,对非过盈配合状态下电枢膛内运动过程进行了仿真,得到了电枢的运动特性和接触压力随时间变化情况。选取电枢膛内运动过程中与轨道之间接触状态最严峻的典型时刻,基于Cooper-Mikic-Yovanovich电接触理论和“1 g/A”经验法则分析枢轨间接触压力,设计了期望电接触特性,并针对典型时刻的接触状态基于反向加载法设计了电枢的过盈尺寸和形态。对装配过盈电枢和非过盈电枢的发射器进行仿真研究,比较其在典型时刻的性能。结果表明,采用改进的电枢结构可以使电枢与轨道接触面上的电导率分布更加均匀,改善了电枢与轨道的接触状态,缓解了电枢区域电流分布集中现象和焦耳热集中现象,进而延长发射装置寿命。     

电磁轨道发射器数值模拟与速度测量

为研究电磁轨道发射器电磁场、温度场特性并且预测发射器性能,建立电磁轨道发射器计算模型,针对矩形电枢普通发射器、C形电枢普通发射器和增强型发射器,采用有限元方法进行求解得到电磁场、温度场和电枢运动过程,并讨论了电枢快速运动产生的速度趋肤效应和发射器结构对磁通密度、电流密度、温度和出口速度的影响。使用增强型电磁轨道发射器进行发射试验,利用高速相机测量电枢出口速度,与数值模拟结果进行对比,验证了计算模型的准确性。     

基于接触特性的四轨电磁发射器电枢结构分析

为深入探究四轨电磁发射器双曲电枢结构对接触特性的影响,本文利用有限元分析方法,分别从电枢过盈量、电枢臂末端厚度、电枢喉部厚度等关键结构参数入手,对通电接触特性进行多物理场耦合仿真。针对过盈量的设计,提出一种迭代仿真方法,通过循环仿真对接触压力进行求解,使其与期望接触压力进行比较,从而达到不断逼近最优过盈量的目的; 针对电枢臂末端和电枢喉部的研究,充分考虑摩擦力、洛伦兹力以及初始过盈等因素,采用电磁-结构场耦合仿真方法对通电接触特性进行求解。结果表明:电枢喉部主要用于承受大电流以及强磁场所带来的应力; 电枢臂末端主要用于传导大电流,而电枢头部对通电接触特性影响较小。在一定范围内增大电枢臂末端厚度可改善电接触性能,但电枢臂外扩现象加剧,进而加重枢轨间的磨损和烧蚀; 在一定范围内增大电枢喉部厚度不仅可以改善枢轨间的电接触性能,同时使电枢结构更加稳定。     

连续电磁发射过程中轨道受力分析

获取电磁轨道发射器轨道受力特性是分析轨道材料失效机理及极限安全连续发射边界的前提。通过建立电磁-温度-应力多物理场耦合计算模型,得到了动态发射过程中包括电磁力、温度应力和预紧力的多成分轨道应力载荷时空分布特性。分析结果表明：轨道受到的电磁力载荷在脉冲电流平顶沿电枢经过位置基本上均为峰值;轨道热量主要集中于电枢运动起始段,且热量密度在脉冲电流上升段结束时刻附近电枢经过位置达到最大值;轨道在脉冲电流上升段结束时刻附近电枢经过位置受力最为严酷;喷淋冷却可有效降低轨道中的温度应力;最优的预紧力大小以恰好满足动态发射时轨道与绝缘支撑体不分离使身管保持整体式稳定结构为判据。     

韩国电磁轨道发射技术概述

概述了韩国电磁轨道发射技术的研究历程和主要研究机构。分析了韩国基于中小口径电磁轨道炮系统在电磁轨道发射器、脉冲电源、电枢、试验测试论证、设计与试验研究方面的进展,在电磁轨道炮瞬态电感梯度、电枢轨道摩擦系数、电枢电磁压力等关键技术的研究现状,并归纳了其对我国电磁发射技术研究的启示。     

抑制放电烧蚀的轨道发射器结构设计及有限元模拟

影响轨道发射器进一步发展的主要技术障碍之一是电枢和轨道之间的放电烧蚀。文中从简单轨道发射器的结构组成和烧蚀形成机理入手,分析了引起简单轨道发射器烧蚀的原因,提出了通过改变轨道发射器的结构来抑制导轨烧蚀的方法,设计了一种多层轨道电枢结构的轨道发射器方案,并对其进行了ANSYS有限元模拟。模拟结果显示该方案能够较好的解决电磁轨道发射过程的烧蚀问题。     

考虑电枢与导轨实际接触状态的电磁轨道炮膛内磁场分析

针对电枢与导轨(简称枢轨)实际接触条件下电磁轨道炮膛内磁场研究缺乏的问题,从小口径C型电枢轨道炮出发,根据静止状态下枢轨实际接触产生的电枢电流密度分布,利用数值计算和有限元仿真对电枢前端中轴线上各考察点磁通密度进行分析,结果与试验值基本吻合。在此基础上,利用模化方法,对电枢运动条件下轨道炮膛内磁场分布特性进行了分析,结果表明：在满足一定相似关系的基础上,可以实现不同口径轨道炮电枢速度和膛内磁场的近似模化;各考察点峰值磁通密度随着与电枢距离的增加而迅速衰减,距离电枢曲率圆心2倍口径考察点的磁通密度仅为1倍口径点的27.4%左右;研究结果有助于智能弹药的电磁屏蔽设计。     

C形一体电枢的结构设计及接触压力分析

轨道起始段良好的电接触性能是确保轨道炮正常发射的必要条件。为增强起始段枢轨电接触性能,从枢轨接触面和接触压力两方面对C形一体电枢结构进行优化设计。利用高频涡流仿真方法计算分析接触面对电枢电磁特性的影响,获得电枢电流密度以及电磁受力曲线,通过对比分析获得最优枢轨接触面大小与位置。为避免电枢在起始运动中出现接触失效问题,对传统接触压力设计方法“安克法则（1 g/1 A）”进行修正优化,形成“安克法则”瞬态应用方法,有效地模拟接触压力瞬态变化特性。应用该方法计算不同接触面的枢轨接触压力,获得的接触压力曲线均在某临界直线如“1 g/1 A”曲线之上,结果表明枢轨接触良好。基于“安克法则”瞬态应用方法设计的电枢在最优接触面下进行5发试验,实现了较好的起始段电接触性能。以上结论可供未来电枢设计时参考。     

一种电磁轨道炮系统的仿真模型

针对传统方法建模工作量大等问题,提出一种电磁轨道炮系统的模块化分解方法。对轨道炮系统的工作原理、结构特点和工作方式进行研究,将组成系统的物理部件划分为电源、轨道、电枢和弹丸4个主要的实体模块,通过替换系统模块或者改变模型内的参数,灵活方便地研究使用不同类型电源、电枢的电磁轨道炮,并建立了轨道炮系统比较实用的仿真模型。仿真结果表明:适当增大电源电压、合理设计轨道结构及使用轨道修复技术可以提高轨道炮的性能,为今后电磁轨道炮系统的建模与仿真研究提供了思路。     

单级线圈发射器中电枢的受力分析

为提高发射效率,对单级线圈发射器中大质量电枢的受力情况进行分析。基于大质量电枢在线圈中的运 动规律,利用仿真软件建立单级线圈发射模型,对不同质量电枢的运动特性和电枢以不同初速度进入线圈的受力情 况进行仿真并总结其规律,并将弹射线圈使用与否2 种情况下的效率进行对比。结果表明：在放电回路参数相同的 条件下,电枢质量增加,电磁力反向时间推迟;电枢进入线圈的初速度增加,电磁力反向时间提前。加设弹射线圈 的模型能提高发射效率。     

电磁轨道炮电枢的运动特性研究

为了快速有效地实现电磁轨道炮的反导,对其固体电枢电磁阻力与空气阻力角度等运动进行研究。在基于麦克斯韦理论的基础上,分析了电枢在炮管内的力学特性。通过理论仿真计算分别对电枢的电磁阻力及空气阻力进行了分析,比较了截面及摩擦因素对出口动能的影响,得到了最优方案,并提出了改进电枢发射的措施。研究结果表明：低速段摩擦力大于空气阻力,而高速段空气阻力对发射影响较大。     

电磁轨道发射状态下的复合导轨动态响应研究

电磁炮导轨中通入电流后,电枢受到电磁力作用沿轨道移动,由于导轨受到安培力和电枢压力的作用,会引起轨道内表面的磨损、刨削现象,限制了电磁轨道炮的使用寿命。而铜基复合轨道可以同时具备有良好的导电性能、耐烧蚀能力以及较高的强度,在大功率多次发射的电磁轨道炮中具有较好的应用前景。将复合导轨简化为弹性地基梁,并对其受力特点进行力学分析,应用二维Fourier积分变换,得到复合导轨在移动荷载作用下动态挠度的一般解,进而得到电磁轨道发射状态下复合导轨的动态响应。分析了复合轨道的几何尺寸、通入电压等参量对复合导轨动态响应的影响。计算结果表明：电枢压力对轨道变形的影响远大于轨道间斥力的影响;合理的复合层厚度占比可以改善轨道的动态性能。     

电磁轨道炮电枢馈电位置研究

轨道炮电枢依靠馈入的脉冲大电流来产生电磁力以驱动弹丸运动。选择合适的电枢馈电位置,有利于减小电枢的启动延迟,也能够减少身管长度的冗余设计。研究了电枢馈电位置的选择对电枢启动时电磁推力的影响,理论推导分析并结合有限元/边界元数值模拟的结果表明:改变电枢的馈电位置,随着接入电路的轨道长度的增加,电枢所受电磁推力逐渐趋于饱和;对于方膛口径轨道炮,在4倍口径位置处馈电可使电枢获得99%的推力,而当轨道间距增加后,则需要在距炮尾更远处馈电方可获得绝大部分推力。分析了炮尾汇流装置对电枢馈电位置的影响,得到纵向汇流方式比横向汇流方式更有利于缩短电枢距炮尾的馈电距离。     

电磁轨道炮电枢技术研究进展

电枢作为电流和电磁力的载体,在电磁轨道炮中起着将电能转换为弹丸动能的关键作用。通过对国内外电磁轨道炮电枢资料的搜集分析,论述了不同类型、形状的电枢和轨道炮一体化弹丸的研究进展。结合电枢技术特点及其发展趋势,提出了以电磁轨道炮实用化为应用背景的一体化弹丸对电枢的要求及其研究方向。     

增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性研究

为研究增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性,通过实际发射试验得到炮口电压、轨道电流、电枢速度和位移等数据以及发射器机械结构的实际参数。在分析电枢在膛内运动过程的基础上,建立了接触电阻与炮口电压、轨道电流、电枢速度、电枢位移等物理量之间的数学模型。进一步分析了在互感系数不同情况下电枢的接触电阻变化规律。将该变化曲线与试验轨道三维建模模型损伤图形和实际发射试验后轨道图像进行比较,发现轨道烧蚀和摩擦损伤情况随着电枢位移和接触电阻变化呈现烧损、滑动和磨损等典型特征,为预测轨道损伤提供了参考依据。     

U形电枢非稳态电磁场二维数值模拟

建立了电磁导轨炮U形电枢二维非稳态电磁扩散效应计算模型,运用有限差分P—R算法耦合计算电磁场与温度场,得到了导轨及U形电枢内部磁感强度和温度分布;并将计算结果与电枢固定静止的情形做了比较。数值计算结果显示了电枢运动引起明显的电流速度趋肤效应,电流趋向表面流动并在电枢尾部与轨道接触面上趋于集中;同时使电枢尾部欧姆热剧增导致出现高温烧蚀。计算结果为固体电枢在快速滑动中避免发生转捩并抑制烧蚀提供了理论依据。