弹丸触发位置对单级电池驱动型磁阻 发射器发射性能的影响

弹丸触发位置是磁阻发射器设计的重要参数,其对发射性能的影响至关重要.通过设置弹丸与驱动线圈的相对位置,利用Ansoft Maxwell仿真弹丸发射过程,得到弹丸触发位置对单级电池驱动型磁阻发射器发射性能的影响.仿真结果表明:弹丸触发位置对单级电池驱动型磁阻发射器产生影响,而且最佳触发位置不受电池电压电流的影响,触发位置z=0 mm时,弹丸出口速度最大,且效率最高.根据仿真模型,搭建单级电池驱动型磁阻发射器试验平台,并进行试验,试验结果与仿真相一致.试验结果为电池驱动型磁阻发射器的工程化提供了有力支撑.     

弹丸形位参数对磁阻发射器性能影响研究

在单级磁阻型线圈发射器的发射过程中,影响其发射性能的因素很多,重点研究弹丸形位参数对单级磁阻型线圈发射器发射性能的影响.所研究的弹丸形位参数主要包括弹丸头部形状和弹丸初始触发位置.弹丸头部形状包括平头、锥形头和圆头三种,弹丸初始触发位置主要用弹丸与驱动线圈的相对位置来表示.利用Ansoft有限元仿真软件进行了动态仿真,得到了较为理想的弹丸头部形状以及最佳的弹丸初始触发位置,同时进行了试验验证.仿真和试验结果为后续多级磁阻型线圈发射器的研究提供了指导.     

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。     

基于IGCT的单级磁阻型线圈发射器的效率研究

为了提高磁阻型线圈发射的发射效率,实现其参数的最优化配置,推进磁阻型线圈发射的工程化应用,基于磁阻型线圈发射的物理模型,采用Matlab和Maxwell软件建立了单级磁阻型线圈发射装置的仿真模型并进行仿真分析。在此基础上,在放电系统中加入了半导体断路开关集成门极换流晶闸管,实现了电枢承受反向电磁力条件下对驱动线圈电流的切断。研究了优化前后发射效率的变化以及初始位置和电枢初速度对模型发射效率的影响。仿真结果表明:在电压型脉冲源初始电压为2 500 V,电容为4 mF以及给定的发射器参数的条件下,模型优化后发射效率提高了2.24%; 模型优化导致最佳初始位置前移,而电枢初速的增加会导致最佳初始距离增大。     

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。     

三级同步感应线圈发射器的速度抖动

同步感应线圈发射器是电磁发射器领域的重要分支,多级同步感应线圈发射器通过对各级驱动线圈的有序放电来推动电枢向前运动。介绍三级同步感应线圈发射器的工作原理,对速度抖动进行理论分析,在对一个给定参数的三级同步感应线圈发射器进行电磁场仿真计算的基础上,通过不同触发时间的模拟,得到了速度抖动的影响规律。分析结果表明:毫秒级以下的抖动对三级电磁线圈发射器的速度不会造成显著影响,可适当降低对高压开关等器件的响应时间要求。     

一种HEML的弹丸受力仿真

利用Ansoft Maxwell有限元分析软件建立了一种螺旋线圈型电磁发射器(Helical electro-magnetic launcher,HEML)弹丸的受力仿真模型,该种弹丸含有两个线圈,能产生更大的加速力;对弹丸线圈与驱动线圈的相对位置、尺寸对弹丸受力的影响,以及两个弹丸线圈间相互作用力、弹丸所受法向力进行了仿真计算;结果表明,弹丸的受力大小与弹丸线圈与驱动线圈的相对位置有关,且有一个受力最大位置;弹丸的最大受力大小随着弹丸线圈长度、驱动线圈长度增大而增大,且增大趋势逐渐变缓;在选择弹丸材料及加工工艺时,需考虑前、后弹丸线圈间的相互作用力,以及弹丸线圈所受法向力对弹丸的影响。     

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。     

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。     

线圈发射过程弹丸参数设置

基于Ansoft电磁场有限元分析软件,对线圈发射过程进行了动态仿真,分析了弹丸材料与形状、与驱动线圈相对位置等影响弹丸受力的因素。仿真结果表明:弹丸长度应尽量与激励线圈长度接近;弹丸采用管状结构并且外侧靠近驱动线圈内侧可充分利用驱动线圈产生磁场的能量梯度;弹丸应采用导磁非导电材料,或者改变弹丸结构以抑制其内部产生感应涡流。基于以上分析得出了弹丸的最佳受力位置,并以此求出弹丸最大出炮口速度。     

磁阻型线圈发射器弹丸速度与截面积关系

基于电磁感应原理,弹丸受到的电磁力与磁场强度平方和弹丸截面积成正比,而弹丸所获加速度与弹丸截面积无关,只与弹丸材料密度和长度有关.以此建立由线圈,弹丸和套筒所组成的磁阻型线圈发射器实验系统,并利用Maxwell有限元软件分析发射器弹丸受力,得出相关仿真曲线.结果和实验数据表明该理论分析可行.     

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。     

一种单兵电磁武器发射过程仿真研究

为了推进电磁发射武器向单兵作战平台发展,采用计算机仿真研究了一种基于锂聚合物电池供电的单兵电磁武器发射过程。采用两级磁阻线圈型的电磁发射模型对发射装置进行了理论分析,利用Ansys Maxwell有限元软件研究了发射装置的内弹道过程。分析发现多级电磁发射过程中逐级减小线圈匝数能有效提高弹丸发射速度。仿真结果表明:在单兵电磁武器小型化的要求下,通过合理设置线圈匝数能有效提高弹丸发射速度,该结果可为后续单兵电磁发射武器的设计及研究提供参考。     

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。     

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。     

磁阻型线圈发射器发展现状及关键技术

阐述了磁阻型线圈发射器的基本原理,分析了磁阻线圈发射器无机械接触、力学结构合理、可多级驱动、效率高等方面的优势,介绍了国外主要研究机构的研究进展和试验情况。总结了磁阻型线圈发射器在电源小型化、控制精确化和系统集成化等方面制约磁阻型线圈发射器发展的关键技术     

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。     

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。     

非线性等效电感对磁阻驱动器驱动性能的影响

磁阻驱动器是一种新型直线电动机。其工作原理是通过驱动线圈中的电流与抛体中的磁化电流之间的电磁力而加速抛体至预定速度。在给定驱动线圈结构和抛体参数情况下,抛体与驱动线圈组成的等效电感是驱动线圈中电流和抛体位置的非线性函数。通过有限元软件,仿真得到了等效电感数据,联立机电系统电压和功率平衡方程数值求解了磁阻驱动器发射过程中电容器上的电压及抛体出口速度的变化情况。利用铁磁质抛体进行了试验,验证了磁阻驱动器的实验出口速度与数值计算结果较为一致。