三级磁阻型线圈发射器工作过程仿真研究

为提高弹丸发射速度,需要利用多个驱动线圈对弹丸的连续加速。对三级磁阻型线圈发射器进行了理论分析,利用Ansoft有限元分析软件仿真研究了其工作过程,重点分析了触发位置对三级磁阻型线圈发射器发射性能的影响。仿真分析表明,触发位置对三级磁阻型线圈发射器的发射性能影响较大,每一级驱动线圈都存在最佳触发位置,使弹丸出口速度及能量转换效率达到最大。研究成果将为后续多级磁阻型线圈发射器的设计与试验提供参考。     

同步感应线圈炮出口速度控制方案研究

提高同步感应线圈炮对发射体出口速度的控制能力,以保证其精确地打击目标。通过对发射体运动全过程的分析建立了发射器发射过程的数学模型,采用区域分解法对发射体模型进行了高效准确的散射分析,基于分析结果确定了触发控制方案,通过实例说明了控制方法的具体实现。发射体按照合理的方位和速度离开炮管。同步感应线圈炮发射体出口速度控制方案灵活高效,实用性强,可实现对不同情况目标的有效打击。     

单级感应线圈发射器参数分析与动态特性计算

感应线圈发射器作为电磁发射器的一种,在未来军事领域具有十分广阔的应用前景。基于有限元的思想,利用仿真软件Ansoft分析驱动线圈驱动方式和电枢初始位置对发射器发射性能的影响,根据选定的最佳参数对单级感应线圈发射器的动态特性进行计算。通过计算明确了发射器发射过程中各参量的变化情况,为下一步对发射器进行优化设计和实验验证提供了技术支撑。     

同步感应线圈炮磁耦合仿真分析

驱动线圈和弹丸的磁耦合程度对同步感应线圈炮系统效率具有重要影响。通过分析储能脉冲电容器驱动的同步感应线圈炮的工作原理和数学模型,采用了场路耦合的方法进行仿真研究。重点研究了驱动线圈与弹丸线圈几何尺寸、相对位置对同步感应线圈炮磁耦合的影响。仿真结果表明,驱动线圈的内径与弹丸线圈的外径距离越小,驱动线圈有效电流半径与弹丸线圈有效电流半径距离越小,驱动线圈内半径越大,有利于增加驱动线圈和弹丸线圈之间的磁耦合程度,改善系统效率。该研究对于指导同步感应线圈炮设计与优化、开展多级感应线圈炮试验具有一定的参考价值。     

三级同步感应线圈炮内弹道过程仿真

为了研究多级同步感应线圈炮的弹丸内弹道运动规律,建立了多级同步感应线圈炮的机电模型,绘制了机电模型的仿真程序流程框图.采用轴对称线圈磁场的数值计算方法和微分方程的前向差分法编写了仿真程序,并对一个三级同步感应线圈炮的弹丸内弹道运动过程进行了仿真.结果表明,电枢中的感应电流从尾部往前部依次减小,电枢尾部电流最大,温升和受力也最大,因此电枢尾部最容易被破坏.     

单级感应线圈炮弹丸出口速度与效率影响研究

驱动线圈是同步感应线圈炮的主要组成部分,其结构对系统性能有着重要的影响。通过分析储能型单级感应线圈炮的工作原理和电路模型,利用 Ansoft有限元软件,分别建立了短距、中距、长距3种结构驱动线圈模型,计算了多种弹丸启动速度下的最佳触发位置及单级线圈效率。计算结果表明：3种结构驱动线圈最佳触发位置均随弹丸启动速度增加向线圈底部（炮尾）方向移动;短距线圈效率最低,随弹丸启动速度增加而降低;中距线圈效率最高,先随弹丸启动速度增加而增加,增加到一定值随后再降低;长距线圈效率居中,随弹丸启动速度增加而增加。     

同步感应线圈炮实验与仿真研究

为了验证多级同步感应线圈炮的发射能力,测试仿真结果的准确性,设计了小规模的4级同步感应线圈发射系统。该系统由发射器、脉冲功率电源、测控系统和弹丸组成。四级单线圈组件串联排列形成发射器身管,每级线圈由单独的脉冲功率电源供电,时序放电产生的磁场加速弹丸。测试系统测量弹丸的位置,精确控制电源的顺序导通放电。对两种形式的弹丸进行了发射试验,利用该发射系统将650g的圆筒型弹丸加速到125 m/s,效率为6%,将1kg的圆筒型弹丸加速到92m/s,效率为5%。试验结果证明了该发射系统的发射能力,验证了模型的准确性和可行性,为下一步大规模多级发射器的设计提供了工程基础。     

一种电磁线圈发射器磁场构型优化方法

为提高发射效率,提出通过加装导磁构件改变磁场构型的新型驱动线圈结构。在分析驱动线圈磁场分布 对发射器性能影响的基础上,优化驱动线圈磁场构型,分析导磁构件的结构参数对磁场构型的影响规律。结果表明： 该方法能减小线圈磁场泄露和级间耦合,增大线圈内部磁场轴向梯度和发射组件所受磁场力,提高电磁线圈发射器 的能量转换效率,得出导磁构件结构参数的最优值。     

弹丸以微小偏移穿过单线圈对测速的影响

针对单个感应线圈测速精度较低的问题,介绍了单个线圈靶测量水下枪弹速度的感应电动势模型,分析了弹丸以微小偏移通过单靶线圈靶时偏移量与感应电动势之间的关系模型.利用Matlab进行仿真计算,给出了偏移量与特征半径之间对应的数值关系.结果表明.在水下弹丸偏离靶心不超过10 mm的条件下此项误差影响不超过0.6%,说明单线圈宜用于测量枪口弹丸速度.     

SICG驱动线圈间距对弹丸初速的影响

为了分析同步感应线圈炮(SICG)驱动线圈间距对弹丸初速的影响,建立了SICG系统的数学模型,以一个3级系统为例进行了仿真分析,获得了不同驱动线圈间距情况下弹丸所受3级驱动线圈推力及弹丸初速的曲线.分析结果表明,随着驱动线圈间距的增大,弹丸初速先减小后逐渐增大;当驱动线圈间距增大到一定数值时,弹丸初速增幅逐渐减小直至趋...     

基于BA-KELM法的多级同步感应线圈发射器结构优化研究

用随机优化算法对多级同步感应线圈炮的结构参数进行优化，场模型和场电路耦合模型均耗时较长。将主流机器学习方法作为新的工具建立多级同步感应线圈炮的非参数模型。基于混合测试设计样本空间，用最小二乘支持向量机(LSSVM)、核极限学习机(KELM)和BP神经网络对有限元法获得样本集进行学习；用布谷鸟搜索(CS)算法和蝙蝠算法(BA)实现超参数(C，σ²)优化，结合仿生鸡群优化(BCSO)确定BP神经网络的权值及阈值；最后，以三级同步感应线圈炮的结构优化为例验证所述方法的实用价值。结果表明：将BA-KELM方法用于多级同步感应线圈炮的非参数建模准确可行，与需大规模迭代计算的参数优化方法相比，具有较高的计算效率，结论可为多级同步感应线圈炮的结构设计与工程应用提供新思路。     

线圈型电磁发射器换向过程分析

定量地分析了线圈型电磁发射器换向过程中能量的转化及转移,并利用Ansoft电磁场有限元分析软件对换向过程进行了仿真计算,得到以下结论：①换向过程中,驱动线圈层数固定时,增大弹丸线圈层数会提高发射器能量转换效率;②弹丸线圈层数固定时,驱动线圈层数增大会在一定程度上降低发射器能量转换效率;③当驱动线圈与弹丸线圈层数较大时,换向之后储存在炮管线圈中的巨大能量会在炮口处以炮口电弧的形式释放。     

磁阻线圈型电磁发射器的动态仿真与实验

运用有限元分析软件Ansoft10对磁阻线圈型电磁发射器工作过程进行了数值仿真,分析了发射过程中的弹丸受力分布情况,并利用磁阻线圈型电磁发射器实验平台开展了发射实验研究;实验结果和仿真结果有较好的符合程度,得出以下结论：合理采用炮管材料可以实现发射过程的电磁屏蔽;弹丸在炮管中运动时,受力均匀,弹丸可以稳定地被加速;在一定范围内增大电源电压,弹丸速度会明显增大;线圈发射过程中出现了反向电压,尤其当弹丸速度较大时,电流波形出现明显下滑。     

电磁线圈共架发射器内弹道设计

为了设计一种能够发射不同质量载荷的电磁线圈发射器,提出了电磁线圈共架发射器发射过程的内弹道优化设计方法,以发射出口速度、发射过载和能量转换效率为组合优化目标函数,并考虑了发射内弹道过程中平稳加速和过载波动抑制问题,简化了系统设计变量,提出了将多级电路耦合时序转换为电枢位置序列的设计方法,利用MATLAB编写仿真程序,建立了电磁线圈发射器发射过程的电路-电磁场-温度场-机械运动耦合数值模拟系统,并通过实例计算得到满足设计要求的电磁线圈共架发射器方案,验证了电磁线圈共架发射器设计方法的有效性。电磁线圈发射器驱动线圈结构变化系统和电源参数变化系统设计方案满足发射多质量载荷达到给定速度、效率以及过载的共架发射要求。     

线圈型电磁发射器的一种屏蔽方案

从磁路的观点出发,分析了封装材料的导磁和导电特性对发射性能的影响,并分析了铁氧体的特性和作为封装材料的可行性与优越性。基于Ansoft电磁场有限元分析软件,建立了线圈型电磁发射器模型,研究了炮管的厚度与结构变化对线圈发射的影响。结果表明：在驱动线圈电流固定的前提下,增大炮管厚度可有效抑制电磁发射器工作时对外的电磁辐射,并可显著提高弹丸的出炮口速度;炮管采用实心封装结构要优于多层封装结构,初步实现了电磁发射过程的电磁屏蔽。     

线圈型电磁发射器反向电流分析及其对发射器系统的影响

线圈型电磁发射器利用驱动线圈和弹丸线圈的磁通耦合机制加速弹丸向前运动,磁通耦合的大小决定了弹丸的受力及其加速过程。然而高速运动的弹丸会造成其前部磁力线压缩,在驱动线圈内部产生与驱动电流方向相反的感应电流,抑制了电源的正常放电,导致发射器系统电流波形呈下滑趋势。针对该问题,从理论上导出了运动磁体周围环形电场分布方程,分析了运动磁体各项参数对感生电场的影响;运用有限元分析方法模拟了永磁体弹丸运动过程并利用钕铁硼柱体做了验证实验;运用线圈型电磁发射器实验平台测得了环形感应电流;通过分析不同电源电压条件下发射器系统电流分布提出了零电流输出模式的方案。     

一种四级线圈发射器模型研究

基于电磁感应原理。得出了弹丸受力与线圈粗细之间的关系。并设计出了一种四级线圈发射器模型。该模型利用线圈外部的传感器控制电路放电时间,较好地克服了传统发射器线圈放电时间难于控制的不足。利用SIMPLORER和Maxwell仿真软件对发射器的主体电路和线圈磁场进行了分析。并对模型实验结果和系统性能进行了分析和讨论。     

单级感应线圈发射器实验研究

为了研究感应线圈发射器发射过程中的机电特性,搭建了单级感应线圈发射实验装置。采用自积分式Rogowski线圈法进行回路放电电流测量,并结合工程的实际条件对线圈机电模型进行仿真。通过发射实验,测得了系统发射过程中的放电电流和弹丸的初速度。实验结果表明：在电枢初始位置不变的情况下,弹丸初速度与电容器组的充电电压几乎成线性关系;在电压相同的情况下,随着电枢初始位置不断远离驱动线圈中心,弹丸初速度先增加后减小,存在一个最佳的电枢初始位置使得弹丸能获得最大的初速度,这一结论同前期仿真结果相吻合。     

基于载荷质量调节的同步电磁线圈发射器速度相似性分析

电磁线圈发射器相似性关系是开展缩比试验研究的基础,通过分析同步电磁线圈发射器的发射机理和物理过程,推导了基于速度、应力和温度相等条件下的发射器系统参数比例关系,针对系统中电阻和质量的不相容性问题,提出了通过调整载荷质量实现发射出口速度相等的电磁线圈发射相似关系模型,并通过仿真计算验证了相似模型中速度具有相似性,磁力和温升关系相对缓和。系统参数相似关系和调整载荷质量实现发射出口速度相等的方法对电磁线圈发射器缩比试验研究具有一定的指导作用。     

基于正交试验法的单级磁阻线圈发射器驱动线圈参数优化

为了减少单级磁阻线圈发射器仿真过程中仿真试验的任务量,将正交试验法和仿真分析有机结合。正交试验法能够用少数组合搭配均衡表示全部试验,利用正交表设计驱动线圈参数优化仿真试验,从全部27组试验中选出具有代表性的9组进行有限元分析,根据仿真结果选出最优的参数进行试验验证。结果表明:正交试验法可以应用于单级磁阻线圈发射器的仿真分析,仿真分析结果为今后的单级磁阻线圈发射器提供参考依据,也为多级磁阻型线圈发射器的仿真分析提供了新思路。