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.     

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。     

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。     

电磁轨道发射装置动态电感梯度分析

推导了导轨间磁场均匀分布和非均匀分布两种情况下电感梯度数学计算模型。引入了速度频率来模拟电枢发射过程速度趋肤效应,对导轨二维模型以及三维电磁场模型进行时谐仿真,并将获得的单位长度电感以及电感梯度,分别用于电气仿真系统中电感和电枢推力的计算。电气仿真和试验结果表明,电流和出口速度误差均在2%以内,证明了动态电感梯度分析及参数提取方法的正确性和准确性。     

镶嵌式径向滑动轴承静特性分析

分析计算了镶嵌式径向滑动轴承中油膜的压力分布、承载量、摩擦系数和流量,得出镶嵌式径向滑动轴承具有不同于普通径向滑动轴承的静特性.     

电磁发射高速旋转弹丸马格努斯效应

和传统火药发射弹丸相比,电磁发射弹丸具有初速高、射程远等优势,但尾部的电枢臂槽会使弹丸部流场不再轴对称,产生独特的气动力特性。基于三维非定常Navier-Stokers方程,采用滑移网格技术,分析电磁发射弹丸的气动力特性。研究表明,对于高速旋转的电磁发射弹丸,马格努斯效应来源于激波层内流场畸变和电枢臂的迎风面积变化的共同作用;电枢臂迎风面积的周期性变化是导致气动力和力矩周期性变化的原因,马格努斯力矩在滚转角45°和135°时分别达到最小值和最大值;电枢臂槽的存在既加剧了马格努斯效应(135°时增加50%以上),又使得压心周期性前移(绝对前移量达5%),并且随着转速的增加,马格努斯力矩增加和压心前移效果越来越显著,不利于弹丸的动稳定。     

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．     

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。     

Numerical simulation of dynamic large deformation and fracture damage for solid armature in electromagnetic railgun

The design of solid armature of railgun should take full account of its operating conditions and material properties because the armature is subjected to dynamic loading conditions and experiences a complicated electrical, thermal and mechanical process in the interior ballistic cycle. In this paper present, we first introduced a multi-physical field model of railgun, followed by several examples to investigate the launching process. Especially, we used the explicit finite element method, in which material nonlinearity and geometric nonlinearity were accounted, to investigate the deform behaviors of solid armature. The results show that the dynamic mechanical process of armature is dependent on the armature geometry, material and exciting electric current. By the numerical simulation, the understanding of the fracture mechanism of solid armature was deepened.     

Modeling and simulation of muzzle flow field of railgun with metal vapor and arc

During the electromagnetic railgun launching process, there will be a complex flow field with high temperature in the muzzle area because of the high-speed friction, transition and secondary arc-ignition. This paper models the muzzle area of railgun when the projectile is far away from the muzzle, and the dynamic simulation of the flow field with secondary arc in the muzzle area is carried out based on the magneto hydrodynamic equations. Meanwhile, a multi-component plasma transport model is used to analyze the muzzle arc plasma flow process of the mixed gas of Al vapor and the air. Furthermore, the pressure boundary conditions are fitted by the dynamic mesh simulation results. The current and voltage of the muzzle are obtained through the emission experiment of the railgun experimental prototype. We load the current data into the simulation model and the voltage of experiments and simulations are compared, which proves the accuracy of the simulation. Then the plasma temperature and the composition of Al vapor in the muzzle flow process are analyzed in-depth.     

Damage analysis of POZD coated square reinforced concrete slab under contact blast

High efficiency, environmental protection and sustainability have become the main theme of the development of the protection engineering, requiring that the components not only meet the basic functions, but also have chemical properties such as acid and alkali corrosion resistance and aging resistance. Polyisocyanate-oxazodone (POZD) polymer has the above characteristics, it also has the advantages of strong toughness, high strength and high elongation. The concrete slab sprayed with POZD material has excellent anti-blast performance. In order to explore the damage characteristics of POZD sprayed concrete slabs under the action of contact explosion thoroughly, the contact explosion test of POZD concrete slabs with different charges were carried out. On the basis of experimental verification, numerical simulation were used to study the influence of the thickness of the POZD on the blast resistance of the concrete slab. According to the test and numerical simulation results that as the thickness of the coating increases, the anti-blast performance of the concrete slab gradually increases, and the TNT equivalent required for critical failure is larger. Based on the above analysis, empirical expressions on normalized crater diameter, the normalized spall diameter and normalized spall diameter are obtained.     

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。     

活塞式磁通压缩发电机电枢涡流的有限元分析

为了研究活塞式磁通压缩发电机（P-MFCG）电枢内部涡流及周围的磁场分布,在Maxwell方程组的基础上,对电枢附近区域的磁场模型进行理论推导,得出电枢附近区域涡流场的控制方程。采用Ansoft有限元分析软件对应用于P-MFCG的柱状电枢上感应涡流、磁感应强度以及电枢所受电磁力的分布进行仿真分析,其结果对电枢的优化设计有重要参考意义。     

2种结构驱动线圈对电枢受力的影响

介绍了电磁同步线圈驱动器工作原理,并利用有限元分析软件ANSYS建立驱动线圈的三维模型。在不同结构的驱动线圈的驱动下,分别对电枢所受电磁力进行仿真,得到电枢在不同情况下的受力变化规律;在加载情况完全一致的情况下,对比不同结构的驱动线圈对电枢的作用力,得出2层驱动线圈对电枢综合作用效果较好的结论。     

条（环）状干摩擦阻尼器的微滑移数值模型

提出一种求解弹性条(环)状阻尼器微滑移接触运动的数值方法。将阻尼器和外部激励历程在空间和时间上离散,将相同数量的干摩擦触点布置于离散阻尼器上;把接触运动判据应用到各离散接触点,确定其运动状态并修正刚度矩阵,求解整个阻尼器的平衡方程。该方法避免了有限元软件求解含摩擦接触问题的迭代过程,从而保证了求解的可执行性。同时,克服了微滑移模型理论解法对法向载荷分布规律及载荷时变性的限制,为求解具有局部性以及时变性的法向载荷的结构动态响应提供了更为精确的边界条件,从而可提高结构频响分析的准确性。应用多谐波平衡法分别计算宏滑移和微滑移阻尼器约束下的结构动态响应,发现在结构减振中,微滑移模型能够适应更宽范围的法向力。     

随机快速光滑二阶滑模末制导律设计

针对目标随机机动、惯性延迟、参数变化等因素降低导弹末制导精度的问题,提出新型随机快速光滑二阶滑模控制方法。将目标机动简化为零均值高斯白噪声过程,制导系统成为带加性噪声随机不确定非线性系统。考虑到该系统不存在平衡点,提出有限时间二阶均方实用收敛概念,并基于此证明了所设计控制律的收敛特性。根据直接命中条件设计滑模面,得到随机快速光滑二阶滑模制导律。在尾追和迎头两种态势下,将该新型制导律与扩展比例导引、一般滑模制导律及确定性光滑二阶滑模制导律进行仿真比较,验证了该方法的正确性和有效性。     

A Measurement System for Railgun Test

A measurement system was designed to measure the railgun's parameters in launching process,which includes Rogowski coil sensor for measuring rail's current,B-dot probe for obversing projectile's velocity in bore,net target for catching muzzle velocity,signal condition circuit and high-speed data acquisition card for analyzing and storing data.Its software was also developed in WINDOWS operational environment via modularized design.The designed sensors and test software were successfully used in a practical electromagnetic railgun system to monitor the process of launching.The test results indicate that the state of launching can be intuitively observed and the parameters are accurately acquired and recorded.The software design method can shorten the development cycle,enhance the system's flexibility and provide the interface for the secondary development.The system shows great reliability.It is an effective and practical measurement platform for further research on the electromagnetic launch system.     

不可逆定常态流热机的有限时间热力学最优化

在考虑工质与热源间热阻损失的内可逆热机模型基础上,用一常数项表示热漏损失,用一常系数项表示循环中除热阻和热漏外的其余不可逆性（如摩擦、涡流、非平衡等）,建立了一个不可逆定常态能量转换卡诺热机模型,并对其进行有限时间热力学分析,导出循环的最佳功率与效率关系,并得到了最大功率及其相应的效率和最大效率及其相应的功率。由此模型可准确描述各种不可逆性对热机性能的影响。由此得到的热机功率效率特性与实际热机特性相同。     

倾斜转弯高超声速飞行器滚动通道的自适应全局积分滑模控制

针对倾斜转弯高超声速飞行器滚动通道控制中初始误差大、系统参数不确定和干扰严重的问题,设计了一种自适应全局积分滑模控制方法.该方法在滑模控制参数中引入了自适应调节律来逼近系统参数摄动和干扰的上界,保证了整个控制过程中的滑模可达性,在此基础上,设计了一种基于全局积分滑模面的自适应滑模控制器,消除了稳态误差,同时大大削弱了系统参数不确定和干扰对系统的动态影响,并使系统在初始阶段就处于滑模态,解决了大的初始误差引起的超调问题.理论分析和仿真结果验证了本文所提方法的有效性.