基于光纤传输的膛内测试技术研究

研制了一套新型基于光纤传输的电磁炮膛内电枢运动状态测试系统,采用光纤探头作为信号采集和传输部分,可以避免高电压强电磁干扰。介绍了测试原理,设计了系统,完成了电枢信号的探测和信号处理及多通道输出功能,对系统进行性能测试。     

电枢膛内位置及速度的直接接触式测量方法

目前电磁轨道发射装置中膛内电枢位置测量多采用B-dot磁探针。但在连续发射的模式下,电枢电流不连续,B-dot磁探针失效,需要新的测量方法检测电枢经过关键位置的时刻及运动速度。为此,根据轨道发射装置的结构特点,提出采用直接接触式测量方法。即在电枢配重中安装金属纤维,同时在绝缘隔板中沿电枢运动方向分布金属触头,金属触头与外接电源相连接;电枢运动时,其配重中的金属纤维与金属触头接触时,回路闭合,在取样电阻上获取高电平信号,该信号上升沿即为电枢位置信号。同时根据相邻电平上升沿的时间差以及所对应金属触头的间距,可以获得电枢在膛内的速度。在实际发射实验中,利用该方法准确测得发射过程中电枢的位置,及对应发射速度,且该测量有效地避免了发射过程中烟雾及弧光的影响。     

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。     

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。     

多层高梯度绝缘技术研究

真空中沿面闪络现象是制约真空设备耐压强度的一个重要因素,采用多层高梯度绝缘技术,比传统绝缘结构能显著提高击穿场强。介绍了该技术的研究现状,并从真空沿面闪络的二次电子崩理论入手,分析该结构对闪络过程的影响。同时,从小间隙串联的模型以及对外加电场的影响两方面,解释了多层高梯度绝缘结构可以提高绝缘性能的原因,它与公开的实验现象和结论也比较符合。     

高压纳秒脉冲信号的参数辨识

为了减小测量链和硬件结构给被测信号带来的测量不确定度, 通过系统分析的方法建立了高压纳秒脉冲电压测量系统模型. 根据模型分别用一阶差分方程法和卷积法实现了对测量系统特征参数的辨识, 并给出了测量系统模型的最佳阶数的确定方法以及在此模型下对输出信号的拟合结果. 根据对测量系统的辨识结果可以建立测量系统的输入输出特性, 从而还原真实的被测信号. 同样的方法还可以运用到对电流测量系统的分析及其他满足线性定常系统要求的测量中去.     

纳秒脉冲电容分压器测量系统分析及波形重建

分析了纳秒脉冲条件下微分型、自积分型电容分压器的必要条件。用最小二乘法求得了测量系统的冲击 响应,并根据输入波形预测系统输出,采用基于Wiener滤波的反卷积法重建输入电压脉冲,并与积分器的输出波 形对比。结果表明,波形重建的效果要优于积分器,且不受电压等级、频率及采样频率的影响。     

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。     

浪涌保护器SPD保护的不确定性

采用浪涌保护器(SPD)实现等电位连接并限制过电压到允许的电压等级是雷电电磁脉冲防护技术中的重要方法。由于SPD设计和施工带有多方面的不确定性,使被保护系统可能出现故障,导致SPD保护失效,因此从雷击特性的随机性、组成SPD元器件的击穿时延和分散性、多级保护盲区、雷电波在负载与SPD之间的反射振荡特性等方面进行了分析探讨,最终得出了SPD保护不确定性的必然性。     

基于DSP的脉冲电源系统触发时序控制与优化

为了满足大电流直线驱动技术中对脉冲电源系统按照设定时序触发各电源模块的需求,本文基于数字信号处理器TMS320C2812设计了一套控制系统。该控制系统能够在强磁环境下对脉冲电源系统进行稳定精确的时序触发,采用优化时序触发从而获得峰值波动较小的脉冲波形。开发了包含时序优化算法的上位机控制系统,编程控制DSP内部定时器产生30路脉冲信号,设计了可靠性高、延时小的通信电路和电源模块驱动电路。最后,将该控制系统用于大电流直线驱动装置的实验,实验所用的脉冲电源由30个电源模块组成,最高储能270kJ。分析实验测得的电流波形,实际放电的时序与在控制系统中的设定时序相比,误差分布在10～18μs之间,表明该系统可以在大电流强磁场干扰下对脉冲电源系统实现精确可靠的时序触发控制;对比优化时序、经验时序和同步触发得到的脉冲电流波形,优化时序得到的电流脉宽最大、电流峰值波动最小,表明该控制系统具有简化操作、优化电流波形避免峰值电流过高的优势。