基于电爆炸机理的被动电磁装甲板间距优化分析

为探究最优的装甲板间距,在对被动电磁装甲系统的原理进行分析的基础上,结合虚拟源点理论建立了金属射流的作用时间模型,分析了装甲板间距对金属射流微元作用时间的影响;结合金属射流的比作用量模型,利用Matlab软件对金属射流的比作用量随被动电磁装甲板间距的变化规律进行了数值分析.结果表明:存在最优装甲板间距,使金属射流比作用量的峰值达到最大.     

被动电磁装甲板间距优化分析

为增强被动电磁装甲对金属射流的干扰效果,对装甲板间距进行了优化分析。在分析与装甲板间距有关系统参数的基础上,建立了以装甲板间距为寻优变量的目标函数,讨论了不同权重对目标函数和最优板间距的影响。结果发现:要使目标函数取得较小值,应减小完全作用时间的权重和装甲板电感的权重,而增大作用时间的权重,且完全作用时间的权重应大于装甲板电感的权重;当这3个权重分别取经验值0.35、0.4、0.25时,最优板间距约为41 mm。     

被动电磁装甲电路特性的模拟试验

通过分析被动电磁装甲和金属射流相互作用的机理,建立了被动电磁装甲系统的电路模型,设计了研究被动电磁装甲防护机理的试验装置,对多组金属导体进行了模拟金属射流的电爆炸试验,分析了脉冲电源的参数对金属导体的电爆炸时间和电流波形的影响.研究结果对金属导体的电爆炸理论应用于被动电磁装甲对射流的防护机理研究具有重要意义.     

金属橡胶阻感数学模型建立

针对目前金属橡胶电流烧结时建立的电参数模型只考虑电阻效应,而忽略电感效应的不足,根据金属橡胶内部组织结构的特点,建立了空间电路拓扑结构模型;根据电容放电试验电流波形进行等效电阻、等效电感参数计算,对多次试验样本数据进行曲线拟合,得到了金属橡胶阻感参数随压力变化的数学回归方程。最后通过电容宽脉冲放电烧结试验验证了金属橡胶阻感数学模型的正确性。     

T型三电平逆变器虚拟空间矢量算法研究

T型三电平逆变器的中点电压不平衡是固有问题,尤其是在调制比较大和功率因数较低时中点电压波动更严重,这会导致逆变器输出谐波增大、开关管电压应力增大以及母线电容寿命降低。为解决该问题,提出在T型三电平逆变器中应用虚拟空间矢量算法,详细分析了虚拟空间矢量算法的扇区判断、区域判断、矢量选取、矢量作用时间计算以及矢量作用时序分配的原则。建立了基于虚拟空间矢量算法的T型三电平逆变器电驱动系统仿真模型,仿真结果表明采用虚拟空间矢量算法能够有效地减小中点电压波动。     

金属铝管影响下磁共振耦合线圈特性参数变化

为了探究金属物体对磁共振耦合线圈自身特性参数的影响规律,针对现有理论模型不能完全描述金属铝管对线圈特性参数影响规律的问题,构建了金属铝管影响下的磁共振耦合单线圈修正模型,对应开展了仿真与实验研究,并给出了涡电流回路映射电阻R'E和电阻修正量RC具体表达式。研究规律表明:线圈电感参数变化量△L随间隙的增大而减小;线圈电阻参数变化量△R的变化趋势与间隙相关且存在变化趋势分界点,即当铝管与线圈间隙小于10 mm时,线圈电阻参数数值相对放置于空气中是增大的;当铝管与线圈间隙达到15 mm时,线圈电阻参数数值相对放置于空气中是减小的。     

一种模块化多电平变换器的改进型预充电策略

为实现基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)的变频驱动系统启动前对电容的平稳准确充电,提出了一种预充电策略。MMC预充电过程可分为不控充电阶段和可控充电阶段。以可控充电阶段的控制策略为研究重点,分析了充电电流恒定时的电压变化规律,给出了充电电流控制方程。该策略充电时间可调,无需实时观测子模块电容电压,能使各电容电压平均、平稳上升,半实物仿真证明了所提方案的正确性和有效性,为MMC驱动电机提供了应用基础。     

并联放电等离子体合成射流激励器工作特性

等离子体合成射流激励器凭借射流速度高、工作频带宽、响应迅速等优势在高速流场主动流动控制领域具有良好的应用前景。为了克服单个激励器控制能力弱、控制范围窄的缺点,开展了并联放电等离子体合成射流激励器的研究,搭建了最多支持三路并联放电的微秒脉冲电源。测试结果表明,电源在空载及负载条件下可以实现1000 Hz稳定放电。随着放电电容的增大,放电电能的提高,等离子体电弧的温度升高,激励器腔体内气体被加热得更剧烈,产生的射流速度增大。随着工作频率的提高,激励器的击穿电压降低,放电电能减小,射流速度减小。通过对触发信号的调制,可以实现每个激励器的独立控制,使得并联式激励器具有更强的流动控制灵活性。试验结果显示,激励器工作相位与触发相位具有较好的对应关系。     

双层反应装甲干扰射流影响因素分析

通过对双层反应装甲与射流作用过程进行分析和数值模拟,得到双层反应装甲飞板飞散及与射流作用物理过程,通过模拟结果与物理实验比较可知,数值模拟过程基本正确.同时,利用ANSYS-DYNA针对双层反应装甲不同结构参数与射流作用过程进行数值模拟,分析双层反应装甲两组件距离、与主靶板距离及两组件的夹角对干扰射流的影响,从而为双层反应装甲结构改进及设计优化提供理论参考.     

采用多模式控制的电磁发射蓄电池充电谐波抑制方法

针对电磁发射蓄电池组大倍率快速充电过程中的电网谐波陡增问题，提出多模式模糊滞环控制谐波抑制方法。结合电磁发射混合储能系统的时序串联拓扑结构，说明蓄电池的超大倍率充电应用工况和策略，进而介绍蓄电池充电的拓扑结构，明确谐波的来源、特点和产生原因。在分析单台充电机充电时的电网谐波电压和谐波电流的基础上，研究不同充电机并充台数、不同充电电流情况下电网谐波电压和谐波电流的分布规律。设计多模式控制方法的组成方式和切换判据，建立蓄电池充电机、瞬时无功功率检测、谐波抑制、多模式控制的仿真模型。仿真和试验数据表明：谐波抑制方法能够快速抑制电磁发射蓄电池充电机大规模启停、波动时的谐波陡增问题，补偿效果满足国家标准。     

基于串联谐振变换器的感应式电能传输系统研究

摘要：为提高装甲车辆蓄电池充电装置的环境适应性和安全性,解决传导式电能传输不适合旋转部件的难题,提出一种基于串联谐振式变换器的感应式电能传输系统．该系统是采用旋转式耦合器,以耦合器的漏感为谐振电感,应用全桥式串联谐振功率变换器的电能传输系统．利用所设计的感应式电能传输试验装置,进行了不同气隙条件下的功率传输和初、次级电流对比试验,试验结果表明：随着耦合器气隙增大,电能传输效率呈现斜率渐缓式减小趋势,励磁电感减小,励磁电流变大,耦合器的铁损增加,系统的功率因数降低．     

电磁轨道发射装置动态电感梯度分析

推导了导轨间磁场均匀分布和非均匀分布两种情况下电感梯度数学计算模型。引入了速度频率来模拟电枢发射过程速度趋肤效应,对导轨二维模型以及三维电磁场模型进行时谐仿真,并将获得的单位长度电感以及电感梯度,分别用于电气仿真系统中电感和电枢推力的计算。电气仿真和试验结果表明,电流和出口速度误差均在2%以内,证明了动态电感梯度分析及参数提取方法的正确性和准确性。     

基于模糊控制的军用铅酸蓄电池充电控制技术

针对建立蓄电池精确模型存在的困难,采用了基于模糊控制算法的充电控制技术。以控制经验数据为依据,介绍了模糊控制器的设计、硬件实现及软件编程。经试验验证,模糊充电系统能使充电电流根据蓄电池本身可接受电流的大小实时改变,符合快速充电的要求,同时避免了蓄电池的过充电和欠充电。     

Theoretical and numerical simulation study on jet formation and penetration of different liner structures driven by electromagnetic pressure

The use of a shaped liner driven by electromagnetic force is a new means of forming jets. To study the mechanism of jet formation driven by electromagnetic force, we considered the current skin effect and the characteristics of electromagnetic loading and established a coupling model of"Electric—Magnetic—Force"and the theoretical model of jet formation under electromagnetic force. The jet formation and penetration of conical and trumpet liners have been calculated. Then, a numerical simulation of liner collapse under electromagnetic force, jet generation, and the stretching motion were performed using an ANSYS multiphysics processor. The calculated jet velocity, jet shape, and depth of penetration were consistent with the experimental results, with a relative error of less than 10％. In addition, we calculated the jet formation of different curvature trumpet liners driven by the same loading condition and ob-tained the influence rule of the curvature of the liner on jet formation. Results show that the theoretical model and the ANSYS multiphysics numerical method can effectively calculate the jet formation of liners driven by electromagnetic force, and in a certain range, the greater the curvature of the liner is, the greater the jet velocity is.     

飞机静电起电放电机理及带电极性的相关研究

飞机上的静电来源主要包括：沉积颗粒的摩擦起电、发动机引擎燃烧产生的等离子气体起电、穿越带电云层时的感应起电、对流起电和雨滴等粒子的破裂起电等。当机体上电压达到周围介质的放电电压阈值时就会放电，这些放电产生的电磁噪声对导航和通讯都会造成干扰。飞机放电机理主要包括电晕放电、绝缘材料与金属之间的流柱放电和相邻未焊接金属间的火花放电。在实验室内通过对不同物质进行摩擦起电试验和发动机尾气喷射起电实验，得出不同起电方式的带电极性。     

3种不同形状电枢对线圈炮发射性能影响的仿真分析

分析电磁线圈炮基本原理，建立单级感应线圈炮数学模型，并借助Matlab仿真软件，对3种不同形状（锥体、半球体和圆柱体）电枢的线圈炮进行仿真。分别得到电枢与驱动线圈之间互感与互感梯度的相对位置变化曲线、电枢内涡流分布及随时间变化曲线，3种发射器在同一坐标下的射弹电磁力-时间和速度-时间变化曲线。通过对比分析，确定了线圈炮合理的电枢形状，为线圈炮的系统结构设计奠定了基础。     

电磁轨道发射器动态发射过程的数值模拟

针对电磁轨道发射器动态发射过程的数值模拟问题,基于矢量磁位A和时间积分标量电位V,采用节点单元法,并选择运动坐标系描述运动问题,推导出动态发射下的电磁轨道发射器三维涡流场有限元离散方程。结合温度场控制方程,建立电磁轨道发射器的三维电磁-温度耦合有限元模型。针对一个电磁轨道发射器动态发射问题,对模型进行数值模拟,得到了动态发射下轨道及电枢的温度场分布特点及发射器电感梯度随时间的变化规律。计算结果表明,模型计算出的脉冲电流峰值、出口电流大小、出口速度等参数均与试验结果吻合较好,验证了所开发的有限元程序代码的正确性。     

A numerical study on the disturbance of explosive reactive armors to jet penetration

The disturbance of flat and V-shaped sandwich reactive armor configurations to shaped-charge jet is studied by a numerical approach. The disturbing and cutting effects of the two reactive armor configurations to the jet are successfully captured. The predicted disturbance characteristics and patterns are in fairly good agreement with the X-ray photographic observations. The residual depth of penetration into a semi-infinitive homogeneous steel target behind the reactive armor is computed for a series of jet/armor parameters. For the flat configuration, it is demonstrated that the residual penetration depth is not significantly reduced for a normal impact while it is reduced up to 75% for an oblique impact. In comparison, the V-shaped configuration reduces the penetration depth of the jet to 90%, and it is observed that the penetration depth is not sensitive to the V-shaped angle.     

Chain damage effects of multi-spaced plates by reactive jet impact

Chain damage is a new phenomenon that occurs when a reactive jet impacts and penetrates multi-spaced plates.The reactive jet produces mechanical perforations on the spaced plates by its kinetic energy(KE),and then results in unusual chain rupturing effects and excessive structural damage on the spaced plates by its deflagration reaction.In the present study,the chain damage behavior is initially demonstrated by experiments.The reactive liners,composed of 26 wt％Al and 74 wt％PTFE,are fabricated through a pressing and sintering process.Three reactive liner thicknesses of 0.08 CD,0.10 CD and 0.12 CD(charge diameter)are chosen to carry out the chain damage experiments.The results show a chain rupturing phenomenon caused by reactive jet.The constant reaction delay time and the different penetration velocities of reactive jets from liners with different thicknesses result in the variation of the deflagration position,which consequently determines the number of ruptured plates behind the armor.Then,the finite-element code AUTODYN-3D has been used to simulate the kinetic energy only-induced rupturing effects on plates,based on the mechanism of behind armor debris(BAD).The significant discrepancies between simulations and experiments indicate that one enhanced damage mechanism,the behind armor blast(BAB),has acted on the ruptured plates.Finally,a theoretical model is used to consider the BAB-induced enhancement,and the analysis shows that the rupturing area on aluminum plates depends strongly upon the KE only-induced pre-perforations,the mass of reactive materials,and the thickness of plates.