一种新型磁阻型螺旋线圈电磁发射器的仿真研究

新型磁阻型螺旋线圈电磁发射器结合了磁阻型电磁发射器的工作原理和螺旋线圈型电磁发射器(HCEL)的基本结构。对弹丸受力的影响因素,如弹丸与驱动线圈相对位置、弹丸和驱动线圈尺寸、电流大小等,进行了静态模拟。结果表明,弹丸的受力大小与其相对驱动线圈的位置有关,且有一个最大受力位置。驱动线圈半径固定时,弹丸最大受力随线圈轴向长度增大而增大,线圈长径比为1:2时弹丸加速度达到最大。在电流较小的情况下,弹丸最大受力与线圈每匝电流平方成正比,最大受力位置随电流增大而增大;而铁磁质弹丸达到磁饱和后,弹丸最大受力只与电流成正比,最大受力位置不随电流变化。仿真结果验证了HCEL的基本理论,并为新型磁阻型电磁发射器结构的设计提供了参数支持。     

螺旋线圈电磁发射器径向受力仿真与电枢设计

通过数值仿真,根据螺旋线圈电磁发射器(HCEL)驱动线圈的径向磁场分布,提出一种"D"形截面电枢并确定其最佳受力位置.计算表明,相同线度的"D"形电枢比矩形电枢加速度更大,即在炮长(弹丸加速长度)相同的情况下,"D"形电枢比矩形电枢具有更高的出口速度.以"D"形电枢为例,分析了弹丸线圈与驱动线圈上的轴向、径向受力分布....     

螺旋线圈电磁炮驱动线圈的应力及其影响因素

基于Ansoft-Maxwell有限元分析软件,建立了磁阻型螺旋线圈电磁发射装置的3D仿真模型,分析了此种发射装置的三维应力场问题,在导轨材料、求解器、求解精度等保持不变的情况下,通过单独改变某一参数,得到了电枢与驱动线圈的相对位置、电流大小、电枢尺寸、驱动线圈尺寸等参数与其驱动线圈所受应力之间的关系。分析结果表明,弹丸与线圈存在一个最佳位置,在这一位置驱动线圈所受的应力最小;驱动线圈应力与电流的平方成正比;最大应力随着电枢长度的增加先是逐渐减小,然后逐渐增大,存在一个最佳电枢长度使应力最小;同质量铁磁质弹丸,弹丸长径比约为1时,驱动线圈应力达到最小值。最大应力随线圈长度(通电线圈匝数)增加而减小,但减速逐渐变缓;最大应力随线圈内径的增加逐渐增加。     

一种新型磁阻型电磁发射器的数值分析

新型磁阻型电磁发射器结合了磁阻型电磁发射器的工作原理和螺旋线圈型电磁发射器的基本结构。基于有限元方法,对弹丸受力的影响因素,如线圈与弹丸的相对位置、电流大小、线圈尺寸和弹丸尺寸等进行了数值分析。研究结果对新型磁阻型电磁发射器的研制具有参考价值。     

磁阻发射器结构参数与时序控制分析

为了获得较高的弹丸出口速度，研究了磁阻发射器对弹丸的作用规律，首先通过不同长度弹丸在不同匝数线圈下的速度仿真计算，表明长度一定时弹丸出口速度和动能随线圈匝数增大先增后降，弹丸越长其最大速度对应的线圈匝数越多，匝数相同时弹丸出口动能随着弹丸长度增大而增大；接着在线圈匝数和弹丸直径和长度一定的情况下分析了弹丸出口速度与线圈放电时序、回路电阻的关系，发现放电时序一定时弹丸出口速度随回路电阻增大先增后降，并最终获得了弹丸最大出口速度时的放电时序和回路电阻；最后通过仿真计算与实验结果对比，表明二者吻合较好，验证了弹丸出口速度随放电时序的变化。     

同步感应线圈炮最佳触发放电位置仿真研究

以驱动线圈与弹丸触发放电时的中心距为变量，以弹丸所能达到的最大速度为目标函数，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，对三级同步感应线圈炮进行了仿真研究。研究结果表明，对于给定的同步感应线圈炮，存在一组最佳的触发放电位置能使弹丸的速度达到最大。仿真计算得出了这些最佳触发放电位置。     

弹丸配重对线圈炮最佳初始位置影响研究

在单级感应线圈炮的发射过程中,弹丸初始位置是影响电磁发射效率的因素之一,而弹丸配重又对弹丸最佳初始位置有很大影响。因此,本文针对不同弹丸配重,以弹丸初始发射位置为变量,以弹丸所能达到的最大出口速度为目标,应用有限元法对单级线圈炮系统进行研究。研究结果表明,对于给定的单级感应线圈炮系统,配重确实影响最佳初始位置,随着配重增加,最佳初始发射d增大、弹丸出口速度降低、系统效率降低,为以后的工程实践提供参考。     

不同弹丸结构的单级感应线圈炮仿真研究

不同的弹丸结构对同步感应线圈炮的发射性能有着重要的影响。通过分析储能脉冲电容器驱动的单级感应线圈炮的工作原理和电路模型,选择Ansoft有限元软件的2D瞬态求解器进行仿真研究。针对圆筒型和绕线型两种不同结构的弹丸,以驱动线圈与弹丸触发放电时的中心距为变量,以弹丸所能达到的最大速度为目标函数,对单级感应线圈炮进行了仿真分析。仿真结果表明,两种结构的弹丸都具有最佳的触发位置,且并不重合,绕线型弹丸出口速度较高,对比了两者的电流密度分布,为以后研究不同弹丸的工程应用提供了理论参考。     

单级感应线圈发射装置动态特性仿真及实验验证

为提高单级感应线圈发射装置发射性能,建立了单级感应线圈发射装置的等效数学模型;分析了电枢受力的影响因素。结果表明,电枢受力大小取决于驱动线圈和电枢的电流大小及它们之间的互感梯度。通过电磁场有限元计算的方法,瞬态仿真分析了电容器参数及触发位置对单级感应线圈发射装置出口速度的影响。得出了驱动线圈电流、加速电枢电磁力及电枢速度的变化规律,并进行了实验验证,仿真结果与测量值吻合较好。     

驱动线圈结构参数对磁阻发射器发射性能的影响

弹丸出口速度是衡量磁阻型线圈发射器发射性能的一个重要指标,研究发射器参数对弹丸出口速度的影响有较大意义。利用Ansoft有限元软件仿真分析了单级磁阻型线圈发射器的动态工作过程,研究了驱动线圈长度和层数对单级磁阻型线圈发射器发射性能的影响规律。结果表明,存在最佳的驱动线圈长度和层数,使弹丸出口速度达到最大;改变驱动线圈层数比改变驱动线圈长度对提高磁阻型线圈发射器的弹丸出口速度更有效,研究结果将为多级磁阻型线圈发射器设计提供指导。     

永磁安装位置对永磁接触器动态特性的影响

永磁体是永磁接触器的关键组成部件,安装在静铁心或动铁心上会呈现出不同的动态特性.本文基于三维有限元方法,采用耦合电压的方式求得线圈的电流密度,构建位移-电流-电磁力三者关系,据此对分合闸动态过程进行了仿真和实验研究.结果表明,永磁体两种不同安装位置对永磁接触器合闸过程的动态特性影响较小;而永磁体安装在动铁心上,分闸时通电线圈与永磁体间会出现短暂的斥力,分闸时间要明显短于永磁体安装在静铁心上.本文工作为永磁接触器的永磁安装位置的选择提供了科学依据.     

双水内冷同步调相机定子温度场分析

温度场的研究对双水内冷同步调相机安全运行具有重要的意义。针对双水内冷同步调相机,采用有限元法建立了电磁场二维模型以及流体-温度三维温升计算模型,求取了电机不同运行工况下的电枢电流、励磁电流以及对应的电机定子损耗。在此基础上,根据流体-温度耦合的传热理论,以定子线圈和铁心损耗为热源,求解定子各部分温度分布,研究电枢电流、冷却水流速、冷却水进水温度对定子温升的影响。结果表明,双水内冷同步调相机运行时定子下层线圈温度高于定子上层线圈温度,定子线圈最高温升与电枢电流的二次方呈正比,且其温升与冷却水的流速相关,与进水温度成正比。本文中关于温度场的研究可为大型同步调相机散热结构优化及过载能力分析提供理论参考价值。     

感应线圈炮的电枢受力分析

基于电磁感应定律讨论感应线圈炮的工作原理后建立了等效电路模型。用McKinney法详细分析电枢受力并进行有限元仿真分析的结果表明:电枢轴、径向受力不均匀,尾部的径向压力较大,易使电枢变形;电枢初始位置对抛体出口速度影响较大,故实用中应增强电枢强度、合理选择电枢的初始位置。     

径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应分析

针对径向高温超导磁悬浮轴承轴向尺寸有限引起的端部效应会影响其轴向悬浮特性,提出一种基于H公式的二维有限元建模方法,对径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应进行分析。首先,通过实验测试验证提出的有限元建模方法;然后,分别建立具有不同尺寸定、转子的径向高温超导磁悬浮轴承有限元模型;最后,得到不同尺寸的超导定子与不同极数的永磁转子下轴向悬浮力与位移的关系。结果表明,由于端部效应,随着超导定子分块数量的增加,轴向悬浮特性不断恶化;随着永磁转子极数的增加,轴向悬浮力最大值先提高后降低,最终趋于永磁转子无限长时的轴向悬浮力最大值。     

轴径向气隙混合磁路多边耦合电机轴向励磁绕组的反电势及其位置传感器机理

无传感器控制是比较理想的电机驱动模式,是电机及电力传动领域的研究热点之一.该文在混合式步进电动机的基础上提出一种轴径向气隙混合磁路多边耦合电机,电机在提高单位体积出力的同时,在不增加传感器的条件下实现了电机的闭环控制.这种电机的结构特点决定了电机控制的灵活性,轴向励磁绕组既可以控制轴向磁通,还可以兼作转子位置传感器.该文结合轴径向气隙结构混合磁路多边耦合电机的特点,在对该种结构电机轴向绕组谐波反电势解析分析和实验研究的基础上,提出基于轴向补偿励磁线圈同时作为电机位置传感器的思想,探求了轴向励磁补偿控制绕组的传感器机理,并给出具体电路,确认了其实现的可行性.研究表明,当定子绕组三相同时通有电流的时候,轴向线圈的反电势频率是定子绕组电势的3倍,根据这个反电势信号,轴径向气隙结构混合磁路多边耦合电机可以方便的实施无传感器控制.     

感应线圈炮电枢的磁-结构耦合分析

电枢是感应线圈炮的关键部件,其在工作过程中易发生破坏。为了设计高强度的电枢,以保证感应线圈炮实验研究的顺利进行,建立了电枢磁-结构耦合过程的数学模型;用有限元仿真程序建立了感应线圈炮的仿真模型,并对所建模型进行了仿真,得到了电枢的涡流、电磁力、变形及应力分布规律;分析了电枢后端部壁厚变化对电枢应力的影响规律。结果表明:电枢的涡流密度、所受电磁力和结构变形在电枢的后端部最大,最大应力值位于电枢后端部内侧,并且随着电枢壁厚的增加,电枢的最大应力值逐渐减小,故在设计电枢时其后端部应采取加固措施以提高电枢的强度。     

电枢齿槽运动和换向电流对永磁起动机气隙磁通的影响

在转子旋转过程中,永磁起动机定,转子相对位置发生变化,换向元件中电流及气隙磁场分布之随发生变化,因而气隙磁通也发生了变化。     

感应线圈弹射器端板对性能的影响分析

感应线圈弹射器的驱动线圈采用脉冲电源供电,放电瞬间电枢产生大推力加速到极高的速度,同时驱动线圈两端的支撑端板将承受很大的轴向反作用力,在实际工程中其采用高强度的Q345材料,设计上不仅需要关注机械强度,还需要关注对弹射性能的影响,影响因数主要是安装位置。本文基于Maxwell二维瞬态仿真模型,仿真分析了支撑端板位置对线圈弹射器性能的影响,然后设计完成了单级线圈弹射器并进行试验,试验与仿真结果相吻合。结果表明：支撑端板距离驱动线圈铜导线越远,影响越小,弹射器的发射效率越高。对于文中模型,两者之间距离s超过0.654倍的线圈内径,该影响可忽略。     

考虑电枢速度的多级感应线圈炮最佳触发位置

针对多级感应线圈炮中,电枢的速度会影响驱动线圈的最佳触发位置,分析影响电枢受力的变量的特点,给出了电磁力的曲线.基于冲量定理,分析电枢的速度增量与电磁力及其作用时间之间的关系,得出最佳触发位置会随着电枢速度增加而不断提前的结论.为验证理论分析结果,建立感应线圈炮的仿真模型,对不同电枢初始速度下的驱动线圈最佳触发位置进行了仿真.仿真结果和分析完全一致,而且当电枢速度较高时最佳触发位置甚至会提前到电枢处于制动力的位置.通过仿真得到电枢初始速度与驱动线圈最佳触发位置之间的关系曲线,并据此给出多级感应线圈炮的触发控制策略.