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。     

弹丸初速对磁阻型线圈发射器发射性能的影响分析

通过设置弹丸初速并研究其对单级磁阻型线圈发射器发射性能的影响,模拟分析前一级线圈弹丸出口速度对后一级线圈发射性能影响的规律;利用Ansoft有限元仿真软件进行了动态仿真,得到弹丸初速对单级磁阻型线圈发射器驱动电流、驱动线圈感应电压、电磁力、弹丸出VI速度、弹丸位移及能量转换效率等影响的规律．研究表明：弹丸初速越大,经过单级线圈加速后弹丸出口速度也越大,但弹丸出口速度增量减小;随着弹丸初速增大,能量转换效率呈现先增大后减小的趋势．     

驱动线圈匝数对磁阻发射器效率的影响分析

为研究驱动线圈匝数对磁阻发射器效率的影响,首先理论分析电磁力随着驱动线圈匝数的变化趋势,然后基于有限元软件构建磁阻发射器的仿真模型,分析不同匝数下弹丸受到的电磁力和炮口速度,并在驱动线圈为220匝时,得到最大发射效率为13.02%.研究表明,随着驱动线圈匝数的增大,弹丸受到的电磁加速力和电磁制动力都会增大;对于磁阻发射器,存在最佳的驱动线圈匝数,可使磁阻发射器获得最大的发射效率.     

单级磁阻型线圈发射器放电模型仿真分析

给出了采用电容器作为能源的3种单级磁阻型线圈发射器放电模型,利用电磁场有限元仿真软件Ansoft进行仿真,分析了3种放电模型的优缺点:SCR放电模型简单,但放电结束不可控,能量转换效率较低,速度存在一个回落的过程,出口速度较低;IGBT半桥式放电模型充分利用了电能,能量转换效率高,出口速度最大,但结构较为复杂,相对占用体积最大;IGBT衰减式结构简单,能量转换效率较高,出口速度也较高.结果表明:IGBT衰减式放电模型具有较好的优势.分析结果为今后线圈发射器的设计提供了参考依据.     

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.     

单级磁阻型线圈发射器能量转换效率研究

对单级磁阻型线圈发射器进行了理论分析,利用电磁场有限元计算与外电路相结合的方法,分析了电参数、弹头形状及初始触发位置对单级磁阻型线圈发射器能量转换效率的影响.结果表明:能量转换效率随电压和电容的增大而增大;存在最佳的弹头形状及弹丸初始触发位置,使能量转换效率达到最佳.     

直流螺旋线圈电磁发射器的能量转换效率

综合考虑换向过程、炮口剩余磁能和电阻的能量损耗等因素,建立等效电路模型,通过理论、数值计算和实验的方法,对比分析了常规螺旋发射器和一种新型螺旋发射器的效率。结果表明:电阻焦耳热损耗的能量最大,其次是换向磁能损失,而炮口剩余磁能损失最小。降低电阻、增大互感梯度、减小驱动线圈单元的匝数、增大工作电流等方式可以有效提高发射器的能量转换效率。然而,较大的互感梯度也会带来较大的换向磁能和炮口磁能损失,造成炮管烧蚀甚至损坏、能量泄放和效率降低。另外,恒流工作模式的螺旋发射器理论效率超过轨道炮,且新型螺旋发射器结构的理论效率接近100%,未来有望在超导或较低电阻的情况下实现应用。     

驱动线圈极性排列方式对多级同步感应线圈发射器加速性能的影响

为提高多级同步感应线圈发射器的加速性能,以5级同步感应线圈发射器为例,在定义驱动线圈极性相对排列方式的基础上,基于场-路耦合的时步有限元分析方法,研究了驱动线圈极性排列方式对其加速性能的影响,结果表明:驱动线圈同极性相对排列方式更有助于提高发射效率。通过分析内部磁场的分布规律,探讨了驱动线圈同极性相对排列方式改善加速性能的原因,最后通过比较电枢内的感应电流密度的方法验证了分析的正确性。     

电感储能电源余能回收对轨道炮特性影响分析

对剩余能量进行回收并重复利用有利于提高电感储能脉冲电源驱动电磁发射系统的能量利用效率,剩余能量回收的快慢将直接影响电磁发射系统的发射性能。在电感储能脉冲电源的基础上引入剩余能量快速回收单元可以实现剩余能量快速回收。为研究带有剩余能量回收单元的改进电路对连续电磁发射系统产生的影响,分阶段对改进电路的放电过程进行分析,对一个12模块的增强型轨道炮系统进行建模仿真,并与改进前的电路进行对比分析,进而得到改进电路驱动电磁发射系统的输出特性和发射优点。     

电容器驱动型与电池驱动型磁阻发射器的仿真对比分析

利用Ansoft Maxwell电磁场仿真软件,对单级电容器与电池型磁阻发射器进行仿真对比.仿真结果表明:电容器驱动型磁阻发射器加速弹丸较快,电池驱动型磁阻发射器理论射速较快,两者的涡流损耗处于同一个级别.在相同的加速距离和出口动能下,电池驱动型磁阻发射器能量转换效率高.     

磁阻发射器电磁制动力抑制方法

分析了磁阻发射器系统组成和工作原理;基于有限元软件,构建了磁阻发射器的仿真模型。对比分析了断路法和限流电阻法对削弱电磁制动力、提高弹丸出口速度的效果;通过仿真和试验研究了不同限流电阻对弹丸速度的影响。研究结果表明:断路法和限流电阻法均可削弱弹丸受到的电磁制动力,从而提高弹丸出口速度,但前者会产生很大的反向电动势,对驱动线圈绝缘强度产生影响;此外,限流电阻不是越大越好,当其达到临界值时,继续增大电阻,弹丸速度不再变化。     

多级电磁线圈发射器时序触发控制策略

为优化多级同步感应线圈电磁发射器性能,以提高发射速度和能量转换效率为检验指标,以影响上述指标的触发时序为优化对象,采用遗传算法建立单级同步感应线圈型电磁发射器触发位置优化数学模型,计算最佳触发位置,通过数值和有限元两种仿真系统对优化结果的正确性进行验证。采用该方法对两级以及十级同步感应线圈型电磁发射器的触发时序进行优化研究,并进行仿真验证。为解决仿真系统误差问题,提出采用动子线圈在各级的触发位置和速度作为控制因素的双控触发方式,并研究分析仿真过程中触发开关的随机抖动对出口速度误差的影响,得到最佳触发时序控制策略。     

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。     

多级电磁线圈发射器时序触发策略研究

为优化多级同步感应线圈电磁发射器(SICEML)性能,以提高发射速度和能量转换效率为检验指标,以影响上述指标的触发时序为优化对象,采用遗传算法建立了单级同步感应线圈型电磁发射器触发位置优化数学模型,计算出了最佳触发位置,通过数值和有限元两种仿真系统对优化结果的正确性进行了验证；采用该方法对两级以及10级同步感应线圈型电磁发射器的触发时序进行了优化研究,并进行了仿真验证；为解决了仿真系统误差的问题,提出采用动子线圈在各级的触发位置和速度作为控制因素的双控触发方式,并研究分析了仿真过程中触发开关的随机抖动对出口速度误差的影响。     

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。     

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。     

一种获取电磁发射出口速度的测量方法研究

为了更加准确地测量电枢出口速度,采用测量出口电压的方式增加电枢速度拟合的末端约束,弥补仅基于磁探针阵列获取电枢的位移时间点的不足。首先,推导了磁探针在电磁发射过程中的感应电势,分析了加载电流和电枢速度对磁探针测量位移误差的影响,提出了速度逐步迭代的方式减少测量误差;然后,测量并处理了三次实验数据,实验与仿真数据的对比结果表明:增加约束和迭代算法提高了测量的准确度。     

电磁发射催泪武器结构设计及发射单元的发射仿真分析

该武器系统是以电磁发射技术为基础,结合"金属风暴"武器系统模型,提出的一种快速发射催泪弹药的新概念武器构想,将打破依靠火药发射非致命弹药的传统局限,为非致命武器研究拓展了研究方向和思路。以催泪武器发射效率高低为判断标准,通过对武器系统发射单元发射过程仿真的改进,得出了电枢壁厚度、驱动线圈匝数、触发深度、电容容值、电压值影响武器系统电枢发射的关系曲线,参照发射效率高低和初速大小确立合理的系统结构参数。以这套参数为标准搭建了试验平台,进行了模拟催泪弹的单发和连续发射试验,较好地验证了催泪武器系统理论设计的合理性及仿真结果的正确性。     

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。     

两型PFN脉冲功率电源放电特性研究

为对两种类型的多模块电容型脉冲功率电源放电特性进行研究,分析了放电过程中各主要功率器件的电气特性及电源对负载的放电效率,并针对I型PFN模块放电过程中反向电压不能释放的缺点,为脉冲功率电源设计了反向电压释放通道。仿真结果表明:二极管和晶闸管等器件的性能受电路拓扑及时序的共同影响,I型PFN对负载的放电效率比II型PFN更高,通过反向电压释放通道可将放电过程中产生的反向电压有效回收,以进一步提高放电效率。