最小期望接触面积下的电枢臂弯曲形状优化研究

电枢结构直接影响电枢轨道间接触压力和接触面积等接触特性,进而决定电磁发射状况。为此,通过对不同接触面积下的电磁发射装置进行瞬态电磁场分析,得到了C形固体电枢与轨道间的最小期望接触面积。在假设电枢臂为悬臂梁的条件下,综合趋肤效应和接触电阻的接触层模型,确立了分布力载荷。在此基础上,基于分布力载荷作用下电枢臂变形的挠曲线,得到了电枢臂弯曲形状与枢轨界面间接触压力及接触面积的关系。该研究为电枢的结构设计提供了理论依据。     

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。     

电磁轨道发射中内弹道动力响应特性分析

将轨道简化为移动载荷作用下固定在弹性支撑上的Bernoulli-Euler梁，通过静态电磁-结构耦合有限元模型求得外围封装的等效刚度，计算得到发射器的临界速度。另外，利用混合有限元/边界元法建立电磁-结构-运动多物理场耦合的动力学模型，求得枢轨动态接触压力和轨道的应力应变分布特性。通过在轨道背面布置光纤光栅应变传感器，利用测量数据验证了动力响应特性，并分析了弹丸在内弹道的稳定性。针对典型30 mm × 30 mm矩形口径发射器，分析及试验结果表明：C型电枢对轨道的电磁挤压力在平顶沿起始时刻达到最大值，之后随着时间推移逐渐减小；电枢通过引起的应力波在高速段容易与轨道中反射应力波发生共振，并且轨道在电枢运动的中间高速段区域受力最为集中，应力集中水平约是起始低速段区域的2.44倍；电枢运动高速段会出现晃动现象，进而引起上下轨道受力的不对称性。分析及试验结果对研究电磁轨道发射器内弹道动力响应特性和发射器结构设计具有重要指导意义。     

四轨电磁发射器电枢-轨道初始接触特性研究

电磁发射器中电枢轨道的不合理物理接触可能导致轨道的刨削、烧蚀和电枢转捩,进而影响电枢和轨道寿命。针对四极轨道电磁发射器电枢的结构特点,设计了基于过盈配合的电枢-轨道初始接触有限元模型,利用ANSYS进行了不同结构参数下的电枢-轨道仿真计算,获得了不同结构参数对初始接触特性的影响规律。为解决电枢尾部接触分离现象,设计了基于反向加载方式下挠度拟合的曲线电枢臂,仿真结果表明,轨道接触效率得到了提高,改善了电枢-轨道初始接触面的压力分布情况。     

美国三军通用导弹数据库某些数据的分析

一个大型、系统、轴对称弹体/垂尾数据库已通过新型导弹的模型试验建立起来。这些数据是基于导弹气动力编码的工程方法,也由诊断性的实验值所验证。通过对四种状态特征的具体分析,定量地指出:弓形激波、尾翼方位、尾翼偏转和体涡能对尾翼产生很强的特殊的复杂的影响。流动图象为认识这些影响提供了可贵的机理。研究发现:体涡对尾翼载荷有强的影响,而大的尾翼偏转对邻近尾翼会引起诱导载荷。     

火箭弹卷弧尾翼的轻量化研究

针对火箭弹卷弧尾翼在特定气动载荷下的轻量化问题,基于结构动力学理论,依托ABAQUS非线性有限元软件,建立了火箭弹卷弧尾翼的有限元模型。通过对比碳纤维复合材料(CFRP)和合金钢材料的卷弧尾翼的有限元分析,得出了碳纤维复合材料在满足强度和刚度的要求下,使卷弧尾翼减重达80%。该方法为火箭弹卷弧尾翼的轻量化设计提供了一种参考和借鉴。     

钢木复合水平尾翼的振动与声学特性

依据阻抗失配原则,将山枣木填充到水下航行器尾翼的钢架中,以环氧树脂粘合,形成钢木复合尾翼。使用有限元耦合边界元方法分析钢木复合尾翼的水下振动与声辐射特性,并优化设计出一种钢-水-木复合尾翼。以尾翼外湿表面的均方法向速度级和辐射声功率级为衡量指标,与传统的非耐压充水泊尾翼进行了比较分析。结果表明:在不改变尾翼外形且不增加翼重量的情况下,钢-水-木复合尾翼能够很好地控制尾翼的振动与声辐射。     

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。     

静止条件下轨道发射器瞬态电磁场分布有限元模拟

在电枢静止条件下建立了简单轨道发射器及块状电枢的三维有限元模型。利用ANSYS模拟得到了轨道及电枢内的瞬态电流密度分布。结果显示,在通电过程中电流趋向轨道内侧表面,并在电枢尾部与轨道接触处集中,电流线聚集是造成轨道和电枢之间放电烧蚀的最主要原因。同时得到的还有轨道发射器周围空间的瞬态磁场分布,其结果表明,感应磁场主要集中分布在靠近电枢尾部一侧的两轨道间,并向后延续到约等于4倍口径的长度,电枢所在的位置正好是磁场激增区域。     

有压差下全接触刷式密封迟滞特性数值研究

刷式密封迟滞特性引起的泄漏问题、摩擦磨损问题及流动换热问题较为突出。刷式密封迟滞特性数值模型呈现接触对多、刷丝大变形的特点,存在非线性程度较高、收敛性较差的问题。提出了基于有限元软件ABAQUS的刷式密封迟滞特性求解模型,考虑刷丝之间接触、刷丝与背板接触、刷丝与转子之间接触,引入阻尼提高模型收敛性。在数值计算与实验结果、理论计算对比验证的基础上,研究了刷丝自由端长度、刷丝直径、刷丝倾斜角度以及上下游压差对迟滞特性和接触力最大值的影响程度。研究结果表明：随着上下游压差、直径的增大,刷式密封迟滞特性呈现增加的趋势,而刷丝倾角的增加导致迟滞特性呈现递减的趋势,刷丝自由端长度的改变对迟滞特性的影响较小;刷丝直径是影响刷丝与转子之间接触力最大值的主要因素,刷丝倾斜角度对接触力最大值有一定程度影响。上述研究为分析刷式密封迟滞特性提供了理论依据,为降低迟滞特性提供了参考。     

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。     

有限体积法在滑动电接触问题中的应用

为了对滑动电接触问题中枢轨接触面的物理现象进行深入分析,建立了二维导轨式电磁发射装置的数值计算模型。采用有限体积法的全隐格式对电磁扩散方程进行离散,得到了考虑速度趋肤效应时的磁感应强度及电流密度分布云图,并将计算结果与现有文献中采用有限差分法得到的结果进行对比。结果表明:两种方法所得到的磁感应强度与电流密度的分布趋势及数值基本一致,验证了所编写的有限体积法程序的正确性。     

装甲钢板表面裂纹的金属磁记忆检测表征

采用预制裂纹-疲劳试验-金属磁记忆检测-信号比较分析的标定方法,研究了具有不同预制裂纹深度、不同疲劳载荷幅、不同载荷循环周次的高压五装甲钢板裂纹的金属磁记忆检测表征方法.结果表明,漏磁场法向分量的变化率与裂纹深度成正比.载荷幅越大,载荷循环周次越多,漏磁场法向分量的变化率越大,为采用金属磁记忆检测技术大量检测裂纹深度提供了一种标定方法.     

考虑充放气过程的某型制导炮弹内弹道计算

考虑到弹底压强、尾翼汽缸内压强变化情况与汽缸张开式尾翼展开关系密切,研究了某型制导炮弹内弹道性能,建立了考虑汽缸充放气过程的内弹道两相流模型.针对尾翼张开异常现象,分析了尾翼汽缸气孔直径变化引起的汽缸压强变化情况,计算结果表明:张开式尾翼汽缸内外压强差随气孔直径的变化而变化,气孔直径变化到一定值时,汽缸尾翼在膛内开始外张.研究结果为分析气孔烧蚀引起的尾翼张开异常现象提供了理论依据.     

多级感应线圈发射器测控系统设计

将电枢加速到较高速度，通常需要多级感应线圈连续加速；而提高多级感应线圈发射器的发射效率，则要求在电枢处于驱动线圈最佳触发位置时，电容器组同步放电。同时，需要采集发射过程中电枢的速度、电源的放电电压和放电电流等数据。因此，研制合理的测控系统是多级感应线圈发射器的关键。     

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。     

基于3-D有限元模型的感应驱动器性能分析

建立感应驱动器的数学模型,并基于Ansoft公司的Maxwell 3-D仿真环境,建立了感应驱动器的3-D有限元模型.利用3-D涡流场求解器对感应驱动器性能进行分析,给出磁场和安培力的分布情况,比较电枢分片前后其内部涡流密度的差异,研究电枢材料对性能的驱动器性能的影响.结果表明电枢尾部与励磁线圈之间的磁场最强,电枢尾部外表面处的涡流最大,受到的电磁力也最大,选用铝质电枢有利于提高驱动器的性能.     

炮口制退器侧孔排布对尾翼弹尾翼的影响研究

尾翼弹在发射出膛时尾翼部位会受到炮口制退器腔室内流场的影响,改变其原定的发射姿态,而炮口制退器侧孔排列是改变腔室内流场复杂程度的主要原因。提出发射状态下,研究炮口制退器的侧孔排布对尾翼部位受力状态的影响规律。利用动网格技术,对尾翼弹尾翼在炮口制退器腔室内的运动进行流场仿真模拟,研究炮口制退器不同侧孔排布对尾翼弹尾翼的运动影响。结果显示,在保证炮口制退器侧孔总面积不变的条件下,只需使随炮口制退器每排侧孔数量增加就能使尾翼所受径向力矩和轴上力矩逐渐减小,增加了尾翼弹的飞行稳定性,在工程应用中有着极大价值。     

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。     

一类飞行器载荷设计的三分段方法研究与应用

为有效解决传统载荷设计方法中存在的诸多不足，提出一种适用于一类飞行器载荷设计的三分段法，即分段刚度、分段质量和分段气动。该方法能够很好地逼近飞行器的真实质量分布和气动载荷分布。针对简化飞行器，分别利用三分段法、理论计算法和质量分站法计算其模态参数和截面载荷。结果表明，三分段法和理论计算法在模型参数、计算原理上是一致的，基本可以认为是一种方法，因而它们的模态参数和截面载荷完全吻合；质量分站法所得左、右截面载荷不一致，且相差很大，还不符合真实载荷情况。总之，采用三分段法能够得到较为真实、合理的飞行器截面载荷分布，且工程应用简便,方法合理、可信，同时还可以在很大程度上降低飞行器载荷设计和结构设计的难度。