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。     

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。     

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。     

导轨式电磁发射装置轨道抗烧蚀技术初步研究

针对导轨式电磁发射装置的烧蚀现象,研究了沟槽烧蚀、刨削烧蚀、转捩烧蚀以及炮口电弧烧蚀等四种典型烧蚀原因及其抑制措施,并利用30 mm口径导轨式电磁发射装置原理样机进行了试验研究。结果表明:通过良好的电枢-轨道结构和材料的匹配设计,以及脉冲储能电源的输出电流波形控制,可以有效抑制轨道烧蚀现象。     

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。     

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。     

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.     

水下橡胶弹性发射鱼雷内弹道仿真

针对UUV排水量小的特点,提出了结构简单且适用于UUV的一次性橡胶弹性发射器的基本结构方案。在此基础上,运用橡胶本构模型等理论建立了考虑橡胶自然老化和应力松弛的橡胶弹力计算模型以及鱼雷的水下发射内弹道数学模型,进行了橡胶弹性发射器水下发射鱼雷的发射过程仿真,并对橡胶材料老化和应力松弛对内弹道参数的影响进行了分析。仿真结果表明:使用橡胶弹性发射器水下发射轻型鱼雷在原理上具备可行性。     

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。     

静止条件下多种轨道-电枢形状的轨道炮电流分布仿真

针对等轨道截面、等炮口截面、等长度、等材料和等电流8种典型的轨道-电枢结构,在电枢速度为0 m／s的情况下,采用Ansoftl 2有限元分析软件,仿真分析电流分布特征,得到：矩形截面轨道一长方体结构电枢的轨道炮有最不均匀的电流分布特征,电流主要分布在轨道外表面和电枢后部凹表面,并且分别对应于趋肤效应和电流短路径聚集现象,跑道形截面的轨道一回转体结构电枢的轨道炮有最均匀的电流密度分布．     

基于灰色模型的电磁轨道发射装置温度研究

在电磁发射过程中导轨温度受众多因素影响,而其中部分因素很难进行精确分析,为此运用灰色系统的分析方法对电磁轨道发射装置温度进行研究。为获取模型所需实验数据,搭建电磁轨道发射装置测试系统,并借此测量发射过程中的电流、导轨温度、出口速度等数据。由于测量仪器限制,借助ANSYS有限元仿真对测得的导轨温度数据进行修正,以获得导轨内表面温度。基于经典GM(1,N)模型与Simpson公式,提出一种改进型灰色模型,并以此方法对导轨温度展开研究,进一步选取同能级试验,对不同位置处各因素温升贡献度进行讨论。结论为进一步深入研究导轨温度提供参考和依据。     

动基座条件下垂直发射装置状态参数检测方法

针对在海上动基座条件下舰载垂直发射装置的安装精度和发射架导轨状态参数的检测问题,在分析其技术难点的基础上,提出了利用测距仪差分原理实现对水平误差的检测;采用数字激光自准直仪解决发射筒各架体的垂直度测量。并通过对该检测方法进行的不确定度分析与计算,验证了该检测理论的正确性。     

一种新的活塞式磁通压缩发电机设计方案

介绍了磁通压缩发电机 (MFCG)作为高功率脉冲电源的特性 ,针对国外MFCG方案中遇到的烧蚀问题 ,提出了一种活塞式双螺旋绕组MFCG的新设计方案 ,给出了该方案的设计结构 ,分析了该种方案的原理、工作过程及特点     

Research progress on advanced rail materials for electromagnetic railgun technology

Electromagnetic railgun attracts more and more attention due to its advantage in speed,cost,and obscurity.It is found that the rail should withstand huge mechanical and thermal shocks during the launching operation.The forms of rail failure are accompanied by gouge,grooving,transition,and arc ablation,etc.The service life of the rail has become a bottleneck restricting the development of elec-tromagnetic railgun technology.A series of researches are carried out to solve rail failure,including analysing the failure mechanism and using various advanced rail materials.This paper provides a comprehensive review of rail materials,including material composition,preparation,microstructure,and properties.We begin from a short background of the requirement of the rail material.Then a detailed investigation of rail materials is described,and the performances of those materials are introduced.Finally,further development prospect of rail material is discussed.     

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.     

军用柴油机高压共轨系统共轨管设计与仿真

结合大功率柴油机配机要求,进行了高压共轨喷油系统共轨管结构设计研究。针对某型军用柴油机结构和共轨管结构特点,提出适合的柴油机高压共轨系统方案,确定了双轨结构型式的共轨管,计算了不同共轨管的结构参数。通过建立双共轨管的简化仿真模型,分析双轨结构不同参数的共轨管压力波动变化,提出了双共轨管参数方案,结果表明该方法能获得较合理的双共轨管参数。