5级同步感应线圈发射试验装置及控制系统研究

基于同步感应线圈发射原理设计制作了5级电磁线圈发射试验装置,该装置采用光电传感器实时检测弹丸的位置,并将该位置信号反馈给控制系统触发双向可控硅闭合,使脉冲电容器对该级线圈放电。通过试验,给出了单级线圈的弹丸速度和触发位置的关系以及电压和级数对弹丸发射速度的影响。     

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.     

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.     

电磁发射系统研究现状及应用展望

电磁发射系统作为一种新型发射装置,具有发射速度高、动能大、可控性好、能量转化效率高等特点。通过对电磁发射系统研发历史和当前进展的梳理,反映了其技术难点和未来趋势。根据电磁发射系统的原理结构和使用场景,总结了其在轨道发射、线圈发射和电磁弹射等典型应用方面的技术原理和优缺点,进一步提炼了能量存储、动力调节、发射装置、顶层控制和新复合材料五个方面关键技术,并分别介绍了国内外学者在锂电池/超级电容/超导磁储能等储能新技术、多级拓扑下脉冲电源开关控制、电磁轨道炮和电磁线圈炮发射装置寿命分析、电磁发射状态监测/故障诊断预测以及复合新材料等方面研究的最新进展。在此基础上,概括了民用飞机电磁发射、多目标任务电磁发射、感应式线圈枪、火箭卫星发射、电磁弹射微重力环境落塔等应用场景的研究进展和应用效益,以期为电磁发射系统的研制设计提供参考。     

电磁发射弹丸膛内流场数值分析

电磁发射超高速弹丸具有重要的军事应用价值.因此,采用动网格技术耦合Realizable k-ε湍流模型,对电磁发射一体化弹丸的膛内及膛口流场进行了数值计算,研究了弹丸膛内的压力/温度变化规律、膛口流场结构以及冲击波衰减规律.研究结果表明:弹丸头部形成的脱体激波强度和距离与弹丸运动速度紧密相关;在弹丸出膛瞬间,膛口形成圆...     

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．     

航空钛合金管件端口电磁校形技术

航空钛合金管件在制造应用时需要管件端口夹持和焊接,往往导致管件端口变形严重,影响后续的加工与连接。采用电磁成形方法,对TC4管件进行管件端口校形实验。应用Ansoft Maxwell有限元软件,对放电电流、磁场和电磁力大小、分布进行研究,将仿真结果与实验结果进行比较分析,结果表明:线圈匝数影响放电回路峰值及震荡频率,进而影响电磁校形效果,选择合理的线圈匝数有利于提高校形效率;最大径向磁压力与线圈匝数成反比,线圈匝数增加,校形后最大变形量减少,管件端口变形更加均匀;铁芯位于线圈中时,线圈自感系数增大,导致放电回路电流峰值下降,放电周期延长,在未达到铁芯饱和磁通时,铁芯的增加可以显著提高电磁力,改善钛管端口电磁校形精度。     

电磁发射超高速一体化弹丸

超高速一体化弹丸作为电磁能武器的发射对象,存在与传统火炮发射弹丸不同的诸多科学难题。对近年来国内外在电磁发射一体化弹丸研究方面取得的理论、试验研究成果进行了总结,并分析了目前面临的基础理论和关键技术问题,以及针对这些问题提出的解决思路,旨在为电磁发射一体化弹丸的后续研究提供一些参考。     

电磁催泪风暴系统研究

电磁催泪风暴系统指利用多级感应线圈发射器发射多枚催泪弹以及动能弹等的一种新技术,在未来军事领域中具有十分广阔的应用前景。电磁催泪风暴具有射速高,打击距离远,覆盖面广,安全性高等特点。结合电磁发射原理对电磁风暴系统的结构和功能以及技术难点作了详细的阐述。通过原理分析验证了电磁催泪风暴的可行性,并与金属风暴和当前武警部队常用的多管防暴发射器作了对比分析。     

电磁同步线圈推进过程中动态力学状态分析

电磁同步线圈推进器中强电磁力作用会对线圈造成较大力学冲击并使电枢发生形变,为避免出现因电磁力过大而导致的推进器寿命缩短、电枢形变和安全性等问题,开展了推进器推进过程中初级线圈和电枢受力状态研究,并针对电枢的形变进行了结构优化与仿真验证。通过构建电磁同步线圈推进器数学模型,结合COMSOL有限元仿真分析和试验验证等手段对电枢应力分布和形变等物理量进行了比较分析。仿真结果表明：在驱动线圈峰值电流时刻,相较于电枢其他部位,电枢尾部所受电磁力最大且形变量达到0.184 mm,在搭建的试验平台上所开展的电枢形变试验结果与仿真结果基本一致;与增加加强筋厚度相比较,增加加强筋长度更有利于减小电枢尾部应力,可使电枢形变显著降约低约57%。     

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.     

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。     

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。     

多级同步感应线圈装置温升计算方法优化研究

多级同步感应线圈装置发射过程瞬态能量巨大,可能造成电机损坏,有必要对电机温升进行研究,但考虑到瞬态热有限元仿真时间过长;电流丝法温升计算编程过于繁琐,工作量大等问题,将一维热网络模型计算方法应用于多级同步感应线圈装置中进行算法优化,将电机发热等效成一维传热问题,推导发射电机状态方程,通过Matlab构建同步感应线圈发射装置的一维热网络模型。仿真结果表明：通过不考虑散热情况的理论计算以及对比三维有限元计算结果,对一维计算结果进行校验,一维热网络模型仿真结果与前两者计算误差保持在10%以内。相比于瞬态热有限元仿真与电流丝法计算,在减少了模型搭建难度基础上,显著降低发射电机温升计算时间,提高仿真运算效率。     

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。     

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。     

同轴均匀消磁线圈对坦克磁场影响效应的数值模拟

通过数值处理和计算机模拟,得出一种排布方式的消磁线圈对坦克磁场的影响效应分布,即当消磁线圈为均匀密排情形时,线圈内部为匀强磁场,方向沿通电线圈的轴向,且与环形电流呈右手螺旋关系;线圈外部为磁偶极子场,该场会随着与线圈中心距离的增大而迅速减小。数值模拟的结果可为封闭型军事装备表层安装消磁线圈提供参考;通过分析消磁线圈附加磁场的特点为装备磁防护理论提供一些支持。     

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。     

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。     

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.