基于瞬态多物理场求解器的电磁轨道炮发射过程建模与仿真

为研究电磁轨道炮发射过程中瞬态多物理场的作用机制与内在规律,建立包含电路、电磁场、热场和结构场的数学模型。模型中计入材料非线性、结构变形、接触碰撞等实际因素。采用隐式有限元格式求解电磁场和热场以及显式有限元格式求解结构场,利用载荷传递和时间同步实现各物理场之间的耦合,发展出一种瞬态多物理场求解器。通过固体电枢型电磁轨道炮、同步感应式电磁线圈炮等算例,讨论了发射过程计算结果的合理性。结果表明,电磁炮的发射是多场耦合、多部件相互作用下的一个复杂动力学过程,存在电流和磁场扩散、温升、应力传播、接触碰撞等瞬态现象,发射性能与结构、材料和激励密切相关。该求解器可为电磁发射系统及其关键部件提供一种辅助设计手段。     

电磁轨道发射器数值模拟与速度测量

为研究电磁轨道发射器电磁场、温度场特性并且预测发射器性能,建立电磁轨道发射器计算模型,针对矩形电枢普通发射器、C形电枢普通发射器和增强型发射器,采用有限元方法进行求解得到电磁场、温度场和电枢运动过程,并讨论了电枢快速运动产生的速度趋肤效应和发射器结构对磁通密度、电流密度、温度和出口速度的影响。使用增强型电磁轨道发射器进行发射试验,利用高速相机测量电枢出口速度,与数值模拟结果进行对比,验证了计算模型的准确性。     

电磁轨道炮瞬态磁场测量与数值模拟

为研究电磁轨道炮的磁场特性,建立三维瞬态电磁场计算模型,采用时域有限元/边界元耦合方法进行求解,获得了电枢的膛内运动过程,以及电流密度和磁通密度的时空分布,讨论电枢与轨道间的滑动电接触在电流扩散过程中产生的速度趋肤效应。在发射实验中,用B探针测量电枢运动及磁场,分析了发射过程中的瞬态磁场变化特点,与数值模拟结果进行对比,验证了电磁轨道炮三维瞬态电磁场计算模型的有效性。     

H形固体电枢形状设计及接触应力分析

电枢作为电磁轨道炮的核心部件之一,它的设计与改进一直在发展电磁发射装置中占据重要位置。考虑力学和电磁场的要求,建立了电枢形状的控制方程;并对由控制方程确定的电枢力学模型进行了有限元分析,由计算结果对力学模型进行了改进。改进模型的计算结果表明,新型H形电枢的变形以及应力状态满足结构设计要求,同时电枢与轨道之间的压力也能够保证导轨与电枢的良好接触。     

块状固体电枢非稳态电磁效应的三维数值模拟

建立了电磁导轨炮块状电枢三维非稳态电磁扩散效应计算模型,运用有限差分法耦合计算了电磁场与温度场,得到了导轨及电枢内部磁感强度、电流密度和温度分布.数值计算结果表明,电枢运动会引起电流趋向表面流动并在电枢尾部与轨道接触面上趋于集中,使电枢尾部焦耳热剧增并导致高温烧蚀.与二维模型相比,三维模型能更加真实地反映电磁导轨炮发射过程中导轨和电枢中的物理现象,对理论和试验研究有指导作用.     

U形电枢非稳态电磁场二维数值模拟

建立了电磁导轨炮U形电枢二维非稳态电磁扩散效应计算模型，运用有限差分P—R算法耦合计算电磁场与温度场，得到了导轨及U形电枢内部磁感强度和温度分布；并将计算结果与电枢固定静止的情形做了比较。数值计算结果显示了电枢运动引起明显的电流速度趋肤效应，电流趋向表面流动并在电枢尾部与轨道接触面上趋于集中；同时使电枢尾部欧姆热剧增导致出现高温烧蚀。计算结果为固体电枢在快速滑动中避免发生转捩并抑制烧蚀提供了理论依据。     

复合型电磁轨道的多物理场耦合分析

电磁轨道炮在发射时,轨道和电枢均处在强电磁场中,电枢和轨道局部处在高温和高压力作用下,且各物理场间相互耦合作用。分析轨道在耦合场作用下的温度分布和应力分布是十分重要的。在分析了电磁轨道炮发射状态下的电磁场、温度场和机械场的多物理场条件的基础上,给出了相应的控制方程,建立了铜基复合型轨道在发射状态下的电磁、热、机的耦合场的三维计算模型,计算了发射状态下复合轨道的电流密度分布、温度场和应力场,分析了轨道基层、轨道复合层以及电枢温度分布的特征,讨论了影响轨道内侧表面应力分布的因素。     

电磁轨道炮三维瞬态涡流场的有限元建模与仿真

本文分析了固体电枢电磁轨道炮的三维瞬态涡流问题，建立了运动坐标下的磁扩散公式，该公式基于准稳态麦克斯韦方程组，用矢量磁位和标量电位作为未知量。在运动坐标下计算含有运动导体的磁扩散问题，可以消除高速情况下的数值不稳定，减少计算量和内存需求。通过施加库仑规范，保证了方程解的唯一性。本文以方膛电磁轨道炮为例，用有限元法和后向差分格式对方程组进行了求解，得到了轨道炮中电流密度的分布，以及电流和电枢速度的变化过程。     

固体电枢电磁场扩散效应研究

建立电磁场方程并与热导方程耗合求解得到了电电磁场扩散效应引起的固体电枢电流密度、温度和速度变化及其相关特征，定量说明固体电枢温升的主要因素是由电流的速度趋肤效应引起，且与材料结构相关。     

不同几何结构的C型电枢的有限元分析

根据麦克斯韦方程,对固体电枢电磁发射的过程进行了研究,对电枢在静态模型下的电磁发射进行了模拟。基于ANSYS建立了固体C型电枢电磁性能的有限元分析模型,对几种改进C型电枢进行了仿真计算,仿真结果显示了固体电枢内部磁感强度、电流密度和温度分布,并研究了电枢几何结构参数改变对电磁性能的影响。研究工作为改进电枢设计,减小电枢烧蚀提供了理论依据。     

某光电跟踪产品电磁兼容设计及应用

以某光电跟踪产品为研究背景,从电磁干扰三要素出发,按照分层设计的思路完成了某光电跟踪产品的电磁兼容设计。结合具体实践,分别介绍了某光电跟踪产品的有源器件选型和印制板设计,接地设计,屏蔽设计以及滤波设计和瞬态干扰抑制。实验表明,该光电跟踪产品通过了电磁兼容监督检测中心的检测,完全满足系统的电磁兼容要求。     

电(磁)装甲研究现状及发展趋势

通过对国外关于电 (磁 )装甲的资料、数值计算及试验结果的分析和比较 ,结合课题研究中的体会提出了对电 (磁 )装甲防护系统发展前景的个人看法。     

国外电磁装甲研究进展

通过对国外有关电磁装甲研究的综合分析 ,论述了三类电磁装甲基本结构 ,基本原理 ,及目前水平。     

复杂电磁环境下的装备电磁兼容性

复杂电磁环境中存在诸多的电磁干扰因素,在装备的战场适应性方面提出了电磁兼容性要求。为了提高战场生存能力,装备或系统的电磁兼容性应满足GJB1389A＂系统电磁兼容性要求＂相关规定。针对某型野战装备的特点进行了装备电磁兼容性设计,结合GJB1389A的要求设计了电磁兼容性的具体检验方法;在半电波暗室通过系统自兼容检查、传导安全裕度测试、电场辐射安全裕度测试以及外部射频电磁环境适应性测试等试验验证了装备的电磁兼容性满足要求。     

磁平衡环境监测的特征提取方法

基于鱼雷电磁引信磁平衡调试环境监测的需求分析，提出了采用多元电磁传感器组成测量基阵提取空间电磁场分布参数的监测原理方案。针对复杂的电磁环境和确知的鱼雷电磁引信目标检测模式，研究了磁平衡环境监测的特征提取方法，为实现磁平衡环境的监测打下了良好基础。     

鱼雷电磁兼容性问题探讨

讨论了鱼雷电磁兼容、电磁干扰产生的原因及其抗电磁干扰的对策,旨在引起人们高度重视,并研究解决鱼雷使用过程中的电磁兼容性问题。     

一种导弹电磁线圈弹射器方案设计与仿真分析

为解决电磁线圈弹射器弹射大质量载荷时存在的机械应力大和磁场强等问题,提出一种导弹电磁线圈弹 射器方案。以某型导弹为弹射目标,建立弹射器系统模型进行仿真分析。结果表明：该方案能通过增加驱动线圈的 放电次数,使弹射器在较短的加速距离上,以较小的加速力使导弹稳定加速,获得高初速度。     

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。     

单级线圈发射器中电枢的受力分析

为提高发射效率,对单级线圈发射器中大质量电枢的受力情况进行分析。基于大质量电枢在线圈中的运 动规律,利用仿真软件建立单级线圈发射模型,对不同质量电枢的运动特性和电枢以不同初速度进入线圈的受力情 况进行仿真并总结其规律,并将弹射线圈使用与否2 种情况下的效率进行对比。结果表明：在放电回路参数相同的 条件下,电枢质量增加,电磁力反向时间推迟;电枢进入线圈的初速度增加,电磁力反向时间提前。加设弹射线圈 的模型能提高发射效率。     

某型机箱的电磁屏蔽仿真分析

为实现良好的电磁屏蔽,利用CST工作室套装TM软件的TLM时域求解器对某型机箱的屏蔽效能进行仿真分析.对比分析2种激励入射方式,对涉及电磁泄漏的常见结构如散热孔阵、接缝等进行探讨,并通过仿真分析了螺钉间距对机箱屏蔽效能的影响.仿真结果表明:入射方式对孔缝处的屏效有显著影响;随螺钉间距减小,其对机箱屏效影响的增速下降.该研究可为机箱的电磁屏蔽设计和机箱结构优化提供参考.