火药床内电弧辐射能量分布的数值研究

为了研究辐射能量在火药床内的分布情况,该文采用了Monte-Carlo方法, 模拟颗粒床中辐射换热的实际物理过程,通过对能束的追踪,得到辐射热流量分布的统计规律,火药床对电弧辐射有屏蔽仿真,辐射能量只能作用在电弧周围很小的距离内.该方法能够为电热化学炮点火机理的研究提供一定的理论依据.     

高装填密度火药颗粒床燃烧转爆轰的数值分析

建立了描述一种高装填密度火药颗粒床燃烧转爆轰（DDT）的反应两相流模型，用Mao Cormack有限差分格式求解了控制方程，数值分析揭示了这种火药床DDT过程的一些重要特征，还分析了各种因素对DDT过程的影响。     

电磁轨道炮身管封装性能研究

为了分析电磁轨道炮不同封装方式对身管封装性能的影响,建立全钢套连续封装方式和螺栓连接离散封装方式的身管分析模型,分析身管在3种不同上升速率的电流激励下,主导轨和身管密封部件的位移及应力应变。对比同一封装方式在不同电流激励下密封性能的变化,得到电流激励对密封性能的影响规律;对比不同封装方式在相同电流激励下的密封性能变化,得到不同封装方式密封性能的差异。分析结果认为,身管的密封性能主要取决于身管的结构,电流激励对身管密封性能影响较小,而螺栓连接离散封装方式更适合现阶段试验研究的需要。     

基于FPGA的高功率脉冲电源控制系统设计

针对高功率脉冲电源对电热化学炮负载的特殊需求以及现有控制器的不足,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的Nios II嵌入式控制系统,从而有效调节脉冲电源的放电波形。采用自顶向下的模块化设计方法,通过VHDL语言设计了一种高性能控制器的IP核,并进行仿真验证。该控制系统能产生多路可调的脉冲触发信号,能较好地控制执行设备,其时序差可进行纳秒级调整,同时系统提升了可裁剪性、抗干扰能力和控制精度。仿真试验结果表明,系统工作可靠,精度得到提高,能够较好地满足系统在强电磁干扰下的运行要求。运用仪器仪表技术,简化了系统硬件组构,保证了系统控制的实时性,也为补偿脉冲发电机的测控提供了一种新方法。     

考虑缠绕预应力的轨道炮身管复合外壳渐进损伤分析

基于渐进损伤理论和Hashin失效准则,建立轨道炮身管纤维缠绕复合外壳的三维渐进损伤模型,采用有限元法分析和预测其损伤的起始和演变发展。借鉴纤维缠绕压力容器的设计理论,计算了等环向应力缠绕的预应力,分析了缠绕预应力对复合外壳渐进损伤的影响。仿真结果表明:复合外壳渐进损伤过程中,基体开裂、分层等多种损伤模式相继出现,其中基体开裂和拉伸引起的分层是复合外壳稳态失效过程中的主要损伤模式;缠绕预应力对复合外壳的某些损伤模式在一定程度上起到了抑制作用,但是加剧了复合外壳整体的损伤。该缠绕方式仅在加载初始电磁压力时,对内膛的刚度和密封性能的改善起到一定作用。     

晶闸管关断特性在增强型轨道发射系统中的影响分析

基于一种增强型轨道炮负载特性,从机理上分析了大功率晶闸管关断特性在增强型轨道发射系统中的影响。研究结果表明,增强型轨道炮发射过程中脉冲成形网络部分电能得不到有效利用,分析原因是增强型轨道炮的初始电感较大,导轨电流具有梯形波特性,从而使发射初始阶段后膛电压具有较高的幅值,导致该阶段放电的脉冲成形单元存储的电能没有释放完全,大功率晶闸管就因承受了反向电压而关断。通过对增强型轨道炮系统仿真和发射试验验证了上述结论。根据增强型轨道发射系统中脉冲成形网络的实际状况,对剩余电能再利用的方法进行了探讨。研究结论对大功率晶闸管在增强型轨道发射系统中的工程应用具有指导作用。     

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。     

基于三维梁理论的电磁轨道炮复合身管抗弯性能分析

基于复合材料的三维厚壁梁理论,考虑梁的三维应变、挠曲等效应,建立了圆形电磁轨道炮身管纤维缠绕复合外壳的等效抗弯刚度计算模型。采用组合梁的等效抗弯刚度计算法,对纤维缠绕的轨道炮身管的整体抗弯刚度进行了分析,并与层合板理论法、有限元法做了对比。结果显示,3种计算方法在缠绕角度较大时,计算结果一致性较好。分析了纤维缠绕角度的变化、不同径向位置的碳纤维缠绕角度变化以及不同内膛绝缘材料对身管轴向抗弯刚度的影响。研究结果表明：身管的轴向抗弯刚度在缠绕角度较小时,随着缠绕角度的增大,呈明显的下降趋势,并且其受内层碳纤维的缠绕角度影响要比外层碳纤维的要大;高密度、高弹性模量的内膛绝缘材料并不一定就能提高身管的轴向抗弯刚度。     

基于反向开关晶体管的脉冲电源在电磁发射中的应用

为了进行电磁轨道炮发射机理研究,研制了一套基于反向导通双晶复合晶体管（RSD）全固态开关的电容储能型脉冲功率电源。RSD开关采用可控等离子体换流技术,具有全面积均匀同步导通、开通损耗小、功率大、换流效率高、寿命长的特点。电源系统由16个64 kJ储能模块并联组成,采用一体化紧凑设计,内嵌充电、控制、保护与测量功能。系统额定电压18 kV、总储能1 MJ,可通过时序控制对放电波形进行调节,短路同步放电峰值可达960 kA. 系统在20 mm口径电磁轨道炮上进行了多次发射试验,结果表明脉冲电源系统可靠性高,一致性好,输出波形灵活可调,满足轨道炮超高速发射研究的需要。     

电磁发射用13MJ脉冲功率电源系统研究

随着电磁发射技术的发展,对脉冲功率电源特性的要求也越来越高,需要脉冲电流具有兆安级幅值、数毫秒脉宽、上升快速且有平顶波特点,为此研制了1套13 MJ、额定工作电压10 kV 的电容储能型脉冲电源。电源系统采用多模块并联结构,由13个储能1 MJ脉冲成形子系统组成,每个子系统包含20个50 kJ脉冲电源模块,单个模块短路放电电流最大可达65 kA;充电系统由基于串联谐振变换器的高压充电机组成;控制系统具有两级控制结构,使用同步编码信号对各电源模块进行时序放电控制;测量系统采用PXI系统,主从式网络结构,可满足分布式测量需求。系统在模拟负载上进行了性能测试,在电磁发射装置上进行了实验研究。实验结果表明,13 MJ脉冲功率电源系统输出电流波形灵活可调、可靠性高,可以满足电磁发射实验的需求。