轨道炮发射过程中电火工品的可靠性评估

电磁轨道炮发射时会在膛内激发强脉冲磁场,从而与引信内部的电火工品产生能量耦合,影响轨道炮弹药的作用可靠性。针对轨道炮电火工品所处位置的磁场环境表征,应用有限元法对轨道炮发射全过程进行了仿真模拟,明确了弹丸引信区域磁场的时空分布特性,突出了发射组件出膛瞬间这一特殊事件所引起的极端磁场变化。然后开展了电火工品与强脉冲磁场环境的耦合效应研究,研究了电火工品壳体、桥区薄膜等实际几何特征对强脉冲磁场的衰减特性,分析了不同脚线布置方式下弹丸电火工品换能元的电热响应特征,并以该型电火工品的最小点火能量与桥区熔点为标准对其作用可靠性进行了评估。研究结果表明轨道炮发射典型参数下电火工品具有较高安全性。分析结果可为电磁轨道炮弹药引信的设计与可靠性评估提供参考。

电磁轨道炮军事应用综述

从电炮实用电源、电枢与烧蚀、复杂轨道设计、与线圈炮对比、磁场增强措施、应用要求和军事使用效果等角度分析了当前电磁轨道炮的技术特征。结论为:活塞式螺旋绕组磁通压缩发电机(MFCG)适合作轨道炮电源,该电磁轨道炮在采用固态电枢、无烧蚀高效率、高射速、超高速发射小质量射弹方面有无可比拟的优势。通过对比分析了高空小质量弹丸与地面大质量射弹的弹道学特征,提出了轨道炮可能优先应用于高空飞机平台上用于自卫、防空、近程反导的电磁发射动能武器,它具有响应快、作战半径大、高精度、抗电磁干扰等优势,对未来作战效果和作战模式有广泛影响。

用于电离层环境模拟器的ECR等离子体源

为了经济地考验空间电离层等离子体对处于其中的飞行器表面的作用 ,需要在地面建立等离子体环境模拟器。本文就是为空间电离层环境模拟器研制的扩散型极低气压、低电子温度和极低密度的紧凑型电子回旋共振等离子体源的研制。结果显示 :在等离子体源下游 5 0cm处 ,在 10 -2 ～ 10 -3 Pa范围内获得了电子温度低于 5eV ,密度在 10 4 ～ 10 6cm-3 范围内的较为均匀的等离子体束流 。

爆炸式螺旋绕组磁通压缩发电机的理论和技术(续)

设计了一种三层螺旋绕组结构的爆炸式磁通压缩发电机(MFCG),经过与单层螺旋绕组MFCG进行对比分析,发现三层螺旋绕组结构的爆炸式MFCG能够带动9倍大的电感负载和3倍大的电阻负载并实现高效率发电。这种“高电压低电流”的MFCG设计思路将改变“MFCG只适合带动较小负载”的观念。

活塞式螺旋绕组磁通压缩发电机的原理实验

为了验证活塞式螺旋绕组磁通压缩发电机(MFCG“)减小电感以放大电流”的工作原理,设计制作了活塞式螺旋绕组MFCG原理样机,并完成了原理实验。借用传统火炮作动力系统,活塞组件采用短路毛刷、锥形电枢等复合结构,600μF电容器组为42μH螺旋绕组提供种子电流,活塞组件以约200m/s的速度完成磁通压缩发电的过程。测量结果显示:在电感逐步减小的2.5ms时间间隔内,回路电流逐步放大。分析了电流波形的三个问题:充电段与发电段的模糊过渡、独特的电流放大波形、发电结束时的噪声问题等。根据测量结果推测了运动电接触的阻值范围。原理实验为进一步MFCG研究提供了重要参考。

电磁轨道炮铁磁材料对铜带内电流分布的影响

作为一种强磁场环境下的新概念动能武器,电磁轨道炮利用脉冲电磁力可加速宏观物体到超高速。然而,其导体内脉冲电流分布是不均匀的,严重时会影响轨道炮发射威力或发射可靠性。针对一种薄带状铜导体结构的复杂电磁轨道炮,根据导体内电流分布的邻近效应原理,提出了在铜导带两侧附加了铁护层的均匀电流方法,并建立了物理模型,利用商业软件对该模型进行了数值仿真,仿真分析结果表明:铁护层的加入,大幅提高了铜导体内电流均匀分布程度,提高了铜导体承载电流的能力。

活塞式螺旋绕组MFCG的关键技术

为推进带螺旋绕组的活塞式磁通压缩发电机(P-MFCG-HW)技术的发展,设计了新的锥形电枢体复合结构并完成P-MFCG-HW的原理验证试验。通过P-MFCG-HW磁场模型分析了电路模型的实质,即运动电枢填充绕组而减少电感,其表现形式则为放大电流的磁能,而在P-MFCG-HW理论的深层次分析中,指出了电枢概念是不可缺少的。锥形电枢MFCG-HW工作过程细微分析所确定的合理电枢感应面电流分布和绕组内磁场位形及与爆炸式MFCG类比,得出了有关活塞式MFCG-HW电枢形状的关键技术,即:无论是薄皮还是块状,锥形电枢是合理和必要的;电枢表面要连续和光滑,特别是柱状电枢端部的环形尖棱可导致系统效率降低;要绝对避免电枢表面轴向缝隙会阻碍感应电流而导致试验失败;电枢形状优化设计的原则是使电枢感应面电流均匀分布;磁场扩散的趋肤效应和MFCG原理要求螺旋绕组直径和厚度足够大;电刷和中心导杆在特定情况下可抛弃。

活塞式螺旋绕组磁通压缩发电机技术及进展

为了引起对活塞式螺旋绕组磁通压缩发电机(P-MFCG-HW)的足够重视,按照技术储备、系统概念、典型设计、原理实验4阶段介绍了P-MFCG-HW的研究历史;讨论了P-MFCG-HW概念分析、理论模拟、实验研究的现状;与单级发电机、逆轨道炮、补偿脉冲交流发电机、爆炸式磁通压缩发电机等对比,从驱动机、发电方式、军事应用等方面分析了P-MFCG-HW的技术特征和优势;指出了P-MFCG-HW是一种技术集成度高、结构紧凑、可供机动部署、并有广泛军事应用前景、值得关注的一种脉冲功率电源。

磁通压缩发电机的基本问题(I)

讨论了磁通压缩发电机(MFCG)的定义、工作原理、特征及其系统分类。虽然发电本身是通过外力做功获得电磁能的过程,但具体地,从空间电磁场角度,MFCG是通过压缩磁场所占空间以增大磁场密度的过程;按照电路模型,MFCG是通过减少电感以增大电流的过程。针对理想螺线管两种典型的工作模式,讨论了磁通守恒原理并论述了两种定义的一致性。总结了MFCG区别于普通发电机的根本特征,鉴于MFCG种类繁多,依据绕组结构和形状、电枢运动方式、适用的物理原理、应用领域等特性对19类MFCG进行了系统分类,并分别讨论了各类别的技术特征。这些基础性工作对MFCG概念研究和技术革新有重要参考意义。

爆炸式螺旋绕组磁通压缩发电机的理论与技术

为研制高性能爆炸式螺旋绕组MFCG,用法拉第电磁感应定律和基尔霍夫回路定律分析了爆炸式螺旋绕 组MFCG各部件,绘制了工作过程的流程图。讨论了爆炸式螺旋绕组MFCG关键的技术问题如种子磁通、电枢与 螺旋绕组的材料与结构、绕组局部高压放电等。

螺旋绕组磁通压缩发电机理论的适配性

介绍了磁通压缩发电机 (MFCG)作为高功率脉冲电源的特性 ,对比分析了 4种关键结构不同参数螺旋绕组MFCG的理论和实验结果 ,评论了它们与现有理论的适配性。指出了活塞式螺旋绕组 MFCG实验失败的原因。最后给出了螺旋绕组

新型微波等离子体化学气相沉积金刚石薄膜装置

微波等离子体化学气相沉积（ＭＰＣＶＤ）是制备金刚石薄膜的一种重要方法。为了获得金刚石薄膜的高速率大面积沉积，在国内首次研制成功了５ｋＷ带有石英真空窗的天线耦合水冷却不锈钢反应室式ＭＰＣＶＤ装置。初步用该装置成功在硅基片上沉积得到了金刚石薄膜。

微波等离子体化学气相沉积装置的工作原理

微波等离子体化学气相沉积（ＭＰＣＶＤ）是制备金刚石膜的一种重要方法。用简单实验方法给出了ＭＰＣＶＤ装置中微波模式转换、微波与等离子体耦合等工作原理。矩形波导中的ＴＥ１０模式经微波模式转换器转变为同轴线中的ＴＥＭ模式，再由ＴＥＭ模式转变为圆波导的ＴＭ０１模式。ＴＭ０１模式激发低压气体形成等离子体，等离子体严重影响微波模式分布。在国内首次成功运行了５ｋＷ天线耦合石英窗式ＭＰＣＶＤ装置。

阴极弧斑放电的机理分析

介绍了阴极弧斑放电的基本特征。参考前人的研究模型和最新的实验结果，系统地分析了阴极弧斑放电的机理和过程：电子的爆裂发射模型；热场致发射理论；阴极电位降区满足的Ｍａｃｋｅｏｗｎ 公式；阴极弧斑在磁场中的运动机理。最后讨论了气压对弧斑运动的影响，解释了阳极弧斑放电特征。

微波等离子体CVD装置中的微波模式转换器的模式研究

为提高微波等离子体化学气相沉积（ＭＰ－ＣＶＤ）金刚石膜的面积和沉积速率，我们成功研制了５ｋＷ水冷不锈钢反应腔式ＭＰ－ＣＶＤ装置。本文主要给出微波模式转换器中微波模式分布的理论假设、实验测定和推导。结论：矩形彼导中的ＴＥ１０模式或转变为同轴线中的ＴＥＭ模式，再由ＴＥＭ模式转变为圆柱形波导中的ＴＭ０１模式。本文最后给出ＴＥＭ模式，ＴＭ０１模式的初相位。

一种新型电磁轨道炮的设想

在考察国内外电磁轨道炮研究进展的基础上，分析了固体电枢的电热特性和固体电枢转捩为等离子体机理，结合现在国内研究情况，提出了一种能够利用固体电枢优势，而又能同时避免固体电枢烧蚀缺陷的多级电磁轨道炮的设计方案．

非相对论情况下真空中静电场压强概念的探索

物理学界对非相对论情况下电场与电荷之间的相互作用的理解已经取得了共识,但是电场本身的力学性质还处于探索之中.文章采用与磁场压强理论、与功和能转换进行类比的方法,提出了静电场压强概念假设并进行了解析表达和模型描述.针对典型的有代表性的事例——匀强电场中点电荷受力情况,采用静电场压强概念解决时得到了与经典表达式F=qE一致的结果,从而论证了电场压强概念的可行性和可靠性.最后讨论了电场压强概念的意义.上述探索对加深电场概念的认识和理解有一定的参考意义.

一种新的活塞式磁通压缩发电机设计方案

介绍了磁通压缩发电机(MFCG)作为高功率脉冲电源的特性,针对国外MFCG方案中遇到的烧蚀问题,提出了一种活塞式双螺旋绕组MFCG的新设计方案,给出了该方案的设计结构,分析了该种方案的原理、工作过程及特点.

被动电磁装甲对金属射流横向电磁力的计算及验证

为提高装甲防护性能,对被动电磁装甲中金属射流所受横向电磁力作用机理进行了研究。在等效电路模型基础上,建立了金属射流横向受力模型并具体讨论了射流微元所受横向电磁力随时间和位置的变化;结合虚拟源点理论,建立了不同速度金属射流微元穿过被动电磁装甲板后的横向偏移速度模型。计算显示,当电压达到35kV时,近一半长度金属射流产生有效偏移;试验中观察到了金属射流的横向偏移效果。上述研究进一步完善了被动电磁装甲对破甲弹的防护机理。