串联增强型四轨电磁发射器轨道电磁特性分析

为更好地评估串联增强型四轨电磁发射器轨道的发射性能和使用寿命,研究了串联增强型四轨电磁发射器主、副轨道内部的电磁场特性以及所受的电磁力.构建了串联增强型四轨电磁发射器轨道的物理模型,在此基础上,提出主、副轨道的磁场模型和所受电磁力的计算公式.采用有限元分析方法,仿真比较了串联增强型四轨电磁发射器主、副轨道内部的电流和磁场分布以及所受电磁力的大小.结果表明:串联增强型四轨电磁发射器主轨道比副轨道的电流集中现象更明显,所处的电磁环境更加恶劣且要承受更大的电磁力.     

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。     

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。     

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。     

舰载导弹线圈发射器模型工作过程仿真

为了克服传统舰载导弹垂直发射器的弊端,提出了一种新型舰载导弹发射器模型,阐述了该模型的基本组成和工作原理,建立了发射器工作过程的数学模型,以三级发射器为例对其工作过程进行了动态仿真,得到了发射器工作过程中放电回路中的电流、发射组件所受电磁力、速度及位移等参数随时间的变化规律.对比分析了通过改变系统储能和发射线圈级数对系统工作特性的影响.结果表明:弹射线圈较驱动线圈具有更好的加速能力;发射组件的速度对其所受的电磁力有较大影响,随着速度的增加,发射组件所受电磁力减小;适当改变系统储能和发射线圈的级数可以实现导弹的垂直发射.     

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。     

未来高能武器 ——电磁轨道炮

电影《变形金刚Ⅱ》有这样一个场景:正当埃及金字塔就要被巨无霸大力神刨开的危急时刻,美军启用了“绝密武器”,也就是海军驱逐舰上的电磁轨道炮,隔着好几百千米,精准地打倒了这个外星入侵者. 如今,这个科幻电影里的镜头变成了现实. 2010年底,美国海军成功试射了电磁轨道炮.这种电磁轨道炮的炮弹速度达5倍音速,射程远达110海里(200千米).美国海军研究部宜称:“这次试射成功,对于海上运用这种先进武器又往前迈进一步.” 电磁轨道炮,顾名思义不再利用火药,而是采用电磁力来发射炮弹.在强大的电流推动下,电磁轨道炮发射的炮弹比传统火炮速度快得多.炮弹出膛速度达到7～8倍音速,射程有400 ～ 500千米.空气阻力会逐渐降低炮弹的速度,但到达目标时仍有5倍的音速.而一般的子弹和炮弹的出膛速度连3倍音速都不到.面对5倍音速的炮弹,钢铁就像豆腐,而炮弹里根本不用装炸药,光靠动能就有足够的破坏力.     

电磁线圈发射装置的非线性动态发射模型及分析

基于电磁场理论,充分考虑外部电路、加速抛体中不同材料非线性、涡流及运动等影响因素,建立了线圈电磁发射装置的非线性动态发射模型,并对单级线圈电磁发射装置动态发射过程进行了仿真,得出了发射线圈电流、加速抛体电磁力、速度和位移的变化规律。该规律的发现为线圈电磁发射装置设计提供了理论依据。     

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。     

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     

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。     

电磁轨道炮的三维电热力耦合数值模拟

基于有限元和边界元混合算法,辅以外电路模拟程序,开发了电磁发射三维电热力耦合数值模拟程序(Railgun3D)。该程序可描述电磁发射过程中电磁加载、欧姆加热、电枢运动等物理过程,为电磁发射系统的设计提供参考。对使用电磁轨道炮三维电热力耦合数值模拟程序的计算结果与经验公式计算以及串联增强型电磁轨道炮发射的试验结果进行了比较和分析,结果表明:所开发的程序不仅能模拟电磁发射过程,还能给出发射中电、热、力参数的变化,有助于提高对电磁发射过程的理解,可为电磁发射器的设计提供参考。     

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。     

电磁轨道炮电感梯度影响因素分析

利用Ansoft Maxwell 14.0有限元分析软件,在考虑和不考虑电枢2种情况下对简单电磁轨道炮电感梯度的影响作对比分析,得出计算电感梯度时有必要将电枢的影响考虑进去的结论.为提高增强型轨道炮的电感梯度,分析不同轨道间距、厚度以及不同炮口宽度对2种增强型轨道炮电感梯度的影响,得出电感梯度随轨道参数变化的规律.     

电磁轨道连续快速发射下轨道中热量分布特性

电磁轨道连续快速发射下的热量积累直接决定电磁轨道发射装置的轨道寿命,而掌握轨道中累积热量的时空分布特性是对轨道进行热量管理的前提,为此分析了轨道体电阻产生的焦耳热量、电枢轨道相对滑动摩擦产生的热量和电枢轨道接触电阻产生的焦耳热量三种热量源的生成机理,并结合电枢动态发射过程中位移、速度与时间的关系,采用解析方法和有限元方法分析得到了轨道中累积热量的空间分布特性;分析了冷却通道作用下热量交换关系,得到了轨道中累积热量的时变特性。数值计算结果表明:轨道中热量来源在电枢运动起始段以焦耳热量为主,之后摩擦热量的地位逐渐上升;电枢轨道间接触电阻产生的焦耳热量占比较小;轨道体电阻产生的焦耳热量在电流上升沿结束附近对应的电枢位移处达到最大值;冷却通道作用下轨道中的累积热量随时间呈锯齿波形状变化,并逐渐趋于热量平衡。     

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。     

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。     

圆筒直线感应电机电磁振动响应特性分析

针对某电磁发射用圆筒直线感应电机的电磁振动响应特性问题进行了分析。首先，建立了直线电机二维电磁场分层子域模型，通过涡流场有限元仿真验证了模型的精确性，并基于麦克斯韦张量法和洛伦兹力法推导了电磁激振力表达式，利用二维傅里叶分解得到定子电磁力时空分布特性；然后，基于有限元法构建了发射电机定子三维动力学模型，模态计算结果与试验吻合良好，采用有限元法进行电磁振动谐响应计算，结果有效性通过稳态动子堵驻通电试验得到了验证，证明了发射电机定子结构可以简化为理想薄壁圆柱壳，电磁振动响应主要由轴向呼吸模态决定；最后，基于简化模型对比分析了电磁振动响应影响因素，结果表明：电磁激振力径向分量和轴向分量均为结构响应的主要贡献源，而与电磁力波轴向模数呈负相关规律。     

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。     

带状金属承载脉冲电流特性分析及优化仿真

为解决电磁轨道炮导体内脉冲大电流局部聚集的问题,引入了以复杂的带状金属导体承载电流克服趋肤效应的方法.在理论分析的基础上,采用厚度变薄、边棱处倒角、附加钨护套等方法,用典型的脉宽为10 ms、幅值为2 MA的半周期正弦波激励电流,对厚度分别为40、20、15、10 mm的铜带内电流密度分布进行了仿真.仿真结果表明:1)在相同条件下,一定范围内铜带越薄,电流分布越均匀;2)边棱处倒角在一定程度上能够改善电流分布;3)铜带两侧加钨护套后可以进一步改善其电流分布状况,并得到了电流绝对均匀性系数大于73％的优化结构设计.