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。     

电磁发射装置电-磁-热场分布的分析与仿真

为探讨电磁发射过程中出现的热烧蚀现象,构建了电磁发射及电接触层接触电阻的模型,推导出电-磁-热场耦合方程,采用有限元数值计算方法得到了在脉冲电流激励下,轨道和电枢间电流密度、磁感应强度及温度的分布图。计算过程表明:电磁发射过程实际是电-磁-热场的耦合过程,接触电阻是造成电磁发射热损耗的主要原因之一,接触电阻使得轨道和电枢接触表面区域的电流密度极大,容易造成轨道材料的烧蚀。     

电磁轨道炮不同截面轨道的特性分析

轨道是电磁轨道炮的重要部件,其性能优劣直接影响轨道炮的发射性能。在传统矩形截面轨道的基础上,设计了凸形和凹形两种不同截面形状的轨道,求解了等高等面积条件下每一种截面的惯性矩,得到了截面参数的最优解。对于每种不同的形状,利用有限元软件MAXWELL对轨道表面电流密度分布进行了三维数值仿真。通过对不同形状轨道的机械和电流特性的对比分析得出:凸形截面轨道具有最大的惯性矩,可以提高电枢的临界速度;而且轨道表面电流密度分布最均匀,枢轨间电接触性能和电流密度分布最好,能很好地抑制烧蚀和电枢局部熔化,因此更适合用于电磁轨道发射。     

国外新概念武器的发展(下)

电磁发射武器电磁发射武器是利用脉冲能源提供的电能或利用电能与化学能的结合,使弹丸或其他有效载荷达到高速度或高动能,以杀伤目标的武器,是新概念武器家族的重要成员。主要包括电热化学炮、电磁轨道炮、电磁线圈炮等,其中电热化学炮和电磁轨道炮技术在最近十多年来取得了重大进展。美国电磁发射技术的研究已从演示验证阶段进入武器型号研制阶段,其中,电热化学炮将于     

稀薄流高超声速飞行器气动加热耦合计算

针对稀薄流域高超声速飞行器的气动加热问题,开展耦合数值计算研究。通过引入牛顿冷却定律,将直接模拟蒙特卡洛数值模拟方法与结构传热计算方法相结合,设计一种可对全机外形进行气动热和结构传热计算的高效松耦合方法,实现飞行器防热层结构材料温度分布特性的数值模拟。在以钝锥外形为例对直接模拟蒙特卡洛数值模拟程序进行验证的基础上,采用该方法对X37B轨道飞行器外形长时加热与结构传热过程进行数值模拟,给出结构温度及热流密度随飞行时间的变化规律。研究结果表明,设计的耦合计算方法能够模拟稀薄流域高超声速飞行器的气动加热及结构传热耦合过程,可为该类飞行器的气动热分析及热防护设计提供技术支持。     

轨道炮不同激励电流下的发射特性对比分析

电磁轨道炮可以推动宏观弹丸到超高速,而相同幅值、不同上升时间的激励脉冲电流波形对轨道炮的电流分布、电枢所受电磁力、炮口速度等发射特性有明显的影响。因此,主要采用Ansoft Maxwell有限元软件仿真分析的方法,对加载不同形状激励电流波形的电磁轨道炮,分析其电流分布、电感梯度及其所受电磁力的变化规律;再通过综合以上几种影响因素,对相应电流波形的电磁轨道炮发射特性进行对比分析,进而得到不同上升前沿的电流波形对轨道炮发射特性的影响。     

新型四极轨道电磁发射器

提出一种新型四极轨道电磁发射器模型,并对其进行数值分析及有限元仿真。设计了四极轨道和三叶花瓣状抛体,通过抛体的三组径向电流与四极轨道产生的三组环向磁场正交。环向磁场和流过抛体的径向电流相互作用产生轴向加速力。此外,新型四极轨道电磁发射器的结构设计有利于克服发射过程带来的巨大振动,提高发射精度和准确性。基于理论计算和有限元验证,对抛体的电流及磁场分布进行了分析。结果表明:与传统轨道电磁发射器相比,四极轨道电磁发射器能产生更大的轴向加速力。同时随着轨道电流的增加,抛体所受推进力也会增加。     

电磁轨道炮对机场跑道打击的作战能力分析

随着电磁轨道炮武器装备的快速发展,针对其完成机场跑道毁伤封锁这一重要任务所需的作战能力进行了分析研究。首先,建立了子母弹命中精度圆概率误差(circular error probable, CEP)、跑道瞄准点选择、子母弹落点模拟、跑道封锁概率计算等数学模型,并采用Monte-Carlo法对子母弹的落点分布进行仿真模拟;然后,基于飞机最小起降窗口进行搜索计算,仿真分析了电磁轨道炮射击初速、距离对射击误差的影响以及子母弹命中精度CEP、发射弹丸数量及子母弹抛撒半径等相关战技指标对跑道封锁概率的影响。研究结果对电磁轨道炮弹药总体方案设计及武器系统效能优化具有重要的指导意义。     

美国电磁轨道发射技术现状及特点分析

以电磁轨道炮为主,介绍美国陆、海军电磁轨道发射技术的发展历程及阶段性研究成果、发展目标与未来规划、研究机构及相关研究方向、潜在应用领域以及近期电磁轨道炮的主要战术技术指标,并对其关键技术特点进行了分析。     

电磁轨道炮轨道温度场与热应力数值仿真

在电磁轨道炮发射过程中,因热量累积而引起的急速温升与热应力对轨道性能和寿命有着重要的影响。为获得发射过程中轨道温度场及热应力分布情况,在分析轨道热载荷的基础上,建立了热载荷计算模型,并在给定的参数下,利用有限元仿真软件ANSYS Workbench对3种典型截面轨道的温度场与热应力进行了数值仿真。仿真结果表明:轨道温度场与热应力轴向上呈梯度分布,纵向上只扩散到内表面很薄的区域,温度与热应力最大值在电枢初始位置处;相较于矩形与凹形截面轨道,凸形截面轨道温升与热应力较低,性能较好。     

电磁发射技术

电磁发射技术是未来发射方式的必然发展趋势。分析了电磁发射的原理和技术特点,研究了电磁弹射、电磁轨道炮、电磁推射三个技术分支的国外发展情况,概述了电磁发射的关键技术,并依此提出了发展思路及电磁发射技术的推广应用前景。     

电磁轨道炮电枢前感应磁场特性及其受力分析

电枢是电磁轨道炮中核心运动部件,也是将轨道炮系统电磁能转化为弹丸动能的媒介,电枢前的感应磁场、通流电流是推动电枢运动的根本原因,也直接决定了轨道炮系统的能量转化率。暂未考虑轨道电阻、电流趋肤效应等影响,基于面电流假设,建立了电枢前电磁感应强度场计算模型,以及电枢所受电磁力模型,基于仿真结果,研究了电枢前感应磁场强度分布特性,分析了轨道通流长度对感应磁场及电枢受力的影响。     

舰载电磁轨道炮作战使用问题的思考

针对舰载电磁轨道炮的性能特点,从直接动能毁伤、预制破片/子母弹毁伤方面对电磁轨道炮的命中毁伤机理进行了分析;结合电磁轨道炮在海军装备体系中的定位,对其承担的海上防空反导、打击临近空间目标、打击岸上目标与打击海上目标等任务的打击环节进行了分析,提出了舰载电磁轨道炮作战使用构想;在作战模式的基础上,从目标探测、指挥控制以及远程目标指示三方面对电磁轨道炮的信息保障需求进行了分析,提出了相关建议,为电磁轨道炮的研制提供了技术支撑。     

电磁轨道炮系统建模与分析

轨道炮利用电能将电枢及弹丸推动至超高速,是具有武器应用背景的复杂机电系统。介绍了轨道炮基本原理,在分析了轨道炮电路、运动学、能耗特点基础上,利用MATLAB建立了系统的数学模型,计算了不同电感梯度条件下轨道炮系统的发射电流、电枢速度、溃入炮体能量,分析了发射过程中不同形式的能量损耗及能量利用效率。结果表明,在特定电源参数条件下,一定范围内提高电感梯度值,电流幅值降低,炮口动能和发射效率提高明显。这对研究轨道炮电能应用特点有一定的参考价值。     

电磁轨道发射装置磁热耦合数值计算方法

针对导轨式电磁发射装置动态发射过程中的物理场计算问题,基于发射装置的二维控制方程,推导出相应的有限元离散方程,并根据计算模型的特点,采用自由度平移法处理运动问题保证求解区域不变,建立了考虑摩擦热下的电磁-温度-运动耦合场有限元数值计算模型。根据模型计算得出了不同电枢运动下的电流密度及磁场分布,并分析了温度场在电枢轨道接触面的分布特性,结果表明:电枢运动速度越大,速度趋肤效应越明显,枢轨接触面处的电流密度、接触压强及温升越大。     

抑制弧光干扰的电磁炮光幕测速方法

电磁轨道炮发射中,电枢与导轨间的高速、带电滑动,使电枢出炮口时产生强烈的弧光,严重干扰激光光幕测速系统对电枢速度进行测试。通过对试验数据进行计算、分析,得到电枢与弧光从炮口至测试点之间的运动关系。通过对弧光光谱进行测量,提出改进方法,选择中心波长为780 nm的窄带干涉滤光片对弧光进行抑制,改进激光光幕测速系统,并进行了相应试验。结果表明:改进后的激光光幕测速系统能有效抑制弧光干扰,在相对复杂的测试环境中,具有较高测试性能,满足电磁轨道炮速度测试要求。     

电磁轨道炮的发展困境与利基进路

当传统身管火炮的技术进步接近极限,电磁炮的兴起与发展更加引人瞩目。尽管电磁轨道炮的工作原理十分简单,但在实际操作层面上不仅存在储能装置小型化、发射导轨寿命、制导系统环境适应性等诸多工程技术领域的瓶颈,而且面临资金投入大、研发周期长、工程风险性高等困难。由于这一系列原因的存在,使电磁轨道炮迟迟难以应用于实战。作者试图以经济学领域的"利基战略"为切入,分析探讨电磁轨道炮下一步发展的新思路。研究表明,电磁轨道炮的发展,需要我们有足够的耐心并利用科学合理的发展模式。     

甚低频十三塔伞形天线阵的电气性能

针对以电小天线为主体的岸基甚低频发射天线辐射效率低的问题,构建了卡特勒双副天线的总体架构,研究了天线之间耦合干扰对天线电气性能的影响,提出并运用矩量法为核心的电磁数值仿真软件对两副天线进行建模,计算工作在不同状态下天线的电气参数,得出天线间距与天线耦合干扰之间的关系。验证结果表明:该方法仿真值与实际测量值一致,能有效提高天线辐射效率,由此证明了该方法的有效性和实用性。     

强磁场环境模拟系统线圈支架设计及力学仿真

强电磁冲击环境的核心执行机构是线圈,除保障强磁环境发生线圈的电磁特性外,还须确保线圈支架具有充足的机械特性。在完成对线圈磁电设计的基础上,根据线圈的三维结构图、材料配置、质量分布、各零部件之间连接方式以及线圈固定方式等,建立线圈支架结构整体系统有限元计算模型,对线圈支架系统进行静力、稳定性数值计算分析,并校核联接件强度,为线圈支架结构提供参考依据。对实用大型强磁冲击系统所用线圈整体的力学结构进行设计分析,应用背景较新,且仿真计算过程严格按照实际搭建尺寸进行,具有高度的一致性,为后续搭建强磁环境发生装置提供坚实基础。     

Φ50mm口径气体炮炮口制退器的设计与效率分析

针对气体炮发射过程中受后坐力作用影响瞄准精度的问题,基于兵器标准推荐数值确定了炮口制退器的主要尺寸参数及其变动范围,设计了适用于Φ50 mm口径的一级气体炮反作用式炮口制退器,理论分析了制退器的制退效率,获得了高压气室压力、弹体质量、侧孔倾角以及侧孔直径等试验参数对制退效率的影响,并通过有限元流场仿真验证了制退效率,该方法和制退器的结构形式为其他应用场景的气体炮炮口制退器的设计提供了参考。