电磁轨道炮电枢与轨道接触面大小对电流密度的影响分析

增加或保障电枢与轨道具有较大接触面是电磁轨道炮设计与试验中的一个重要目标,但实际上接触面大小的作用仍有待探讨。为此,通过仿真计算分析了接触面上电流分布区域的位置与电流大小。结果表明:电流仅从小部分接触面穿过,在满足该接触面大小的情况下,接触面再增加或接触面大小对轨道电枢接触的电磁性能影响不大;同时,电流流过的区域大小与电枢和轨道的尺寸以及电流随时间的变化有关。对被分析的结构,在电流平顶阶段,接触面积为电枢侧面的20%(接触面长度约为8 mm,实际接触面大小约为240 mm2)已可认为足够大,接触面再加大最大电流密度已基本不变。因此,在固定尺寸的电磁轨道炮中,不必过分追求大电枢/轨道接触面,保证一个接触面大小满足电接触的电气性能即可。

电磁轨道炮的炮体结构设计

根据电磁轨道炮的炮体设计要求,对结构设计中的几项关键技术进行分析和阐述。首先从提高发射效率方面出发,提出了串联增强和开槽方式这2种提高电感梯度的炮体设计方法,并针对实际的几何结构,进行了几种不同结构形式的电感梯度计算分析和比较;然后进行了不同结构紧固方法优缺点比较,着重计算了采用螺栓紧固方法的设计参数;最后对电磁轨道炮的有限元分析、热设计进行了阐述,为电磁轨道炮的炮体结构提供了技术分析。

轨道炮动力学特性仿真分析

基于电磁轨道炮通用动力学模型,围绕轨道动态响应表达式,对临界速度影响因素进行敏感度分析,寻求轨道炮的临界速度最大影响因子,为轨道炮的结构设计提供支撑。针对某轨道炮发射装置,利用有限元软件Ansys进行动力学仿真计算,并对仿真分析与理论计算结果进行对比,为进一步研究轨道炮特性及身管优化设计提供参考依据。

基于改进正交设计法的电磁轨道炮仿真试验研究

为了分析多种因素共同作用时对电磁轨道炮性能的影响,提出了一种改进的正交试验设计方法。通过将先验知识引入正交表的构造过程,大大减小了正交表的维数,节省了试验费用和时间。运用改进的正交表,以炮口动能、出口速度和残余电流为指标对电磁轨道炮进行仿真试验,分析了放电时序、轨道长度及组件质量等10个因素共同作用对指标的影响。分析结果表明组件质量、轨道长度对指标的影响很大,放电时序总体影响较小,并且处于中间的放电时序影响最小。

固体C型电枢几何结构优化设计

电枢是电磁轨道炮的关键部件之一,其几何结构直接影响轨道炮的发射性能。在电磁轨道炮发射过程中,由于电枢与轨道接触面上流过强大的电流,局部高温导致金属材料丧失强度与产生烧蚀。为此需要通过选择合理的电枢结构参数来抑制电流趋肤效应的影响,使流过导轨和电枢接触面的电流分布尽量均匀,达到改善轨道炮烧蚀的目的。基于ANSYS建立了固体C型电枢电磁性能的有限元分析模型,对三种典型的C型电枢进行了仿真计算,研究了几何参数对C型电枢电磁性能的影响,得出了最优化C型电枢的设计方案。本文的研究结论对固体C型电枢的研究与设计有重要参考意义。

增强型电磁轨道炮电磁结构耦合有限元分析及结构优化设计

以增强型电磁轨道炮为研究对象,利用Ansoft Maxwell和ANSYS Workbench软件建立了轨道炮的电磁结构耦合有限元模型,通过Ansoft Maxwell电磁场有限元分析得到了电枢和导轨的电磁力分布情况,把电磁力作为载荷导入ANSYS Workbench中,对轨道炮的主体结构进行了动力学分析,得到结构的等效应力和变形分布情况。基于正交试验优化方法,对轨道炮的结构关键设计参数进行了优化设计,使优化后结构的强度和刚度满足实际需求。

电磁轨道炮被动式炮口消弧装置的理论分析与优化设计

为了研究电磁轨道炮消除炮口电弧的方法,提出了一种新型结构的被动式炮口消弧装置,建立了含有消弧装置的内弹道计算模型。分析了被动式消弧器的两个作用原理,第一个是磁通压缩原理,能够在电枢中产生反向电流,以减小炮口剩余电流;第二个是续流原理,使系统中残余能量可以从消弧器中释放,而不是经过电弧,从而大大减小炮口弧光。发现消弧器的电气参数必须与发射器的电气参数相匹配才能达到最佳效果,过大或过小的感抗和阻抗都会导致不良消弧状态,最优参数应为较小的电感与稍大的电阻组合。进一步研究了炮口消弧器的工程化设计方法,所提出的结构最适合使用不锈钢材料,能显著降低炮口残余电流和电弧,而初速基本没有减小,该理论分析和设计思路可以为轨道炮消弧器的研究提供参考。

基于补偿法的电枢臂优化设计研究

电磁发射起始阶段,枢轨之间良好的金属-金属接触能够有效避免电磁发射中转捩的发生。为此基于改变电枢臂形状补偿枢轨间距的思想,建立了电枢臂优化设计的新方法,以改善枢轨接触状态,并运用该方法对不同结构参数的电枢进行了优化设计。优化结果表明:该方法能够对不同结构参数的电枢进一步优化,优化后的电枢均能在不显著改变电枢原有结构和接触力的前提下,有效增加枢轨接触面积,极大减小枢轨间距,接触压强分布更均匀,并能消除枢轨尾部分离。该研究为进一步改善电枢性能提供了新的解决方案。

一种同轴线圈——轨道复合型电磁炮

电磁炮是一种高速动能穿甲武器,文章设计了一种新型同轴线圈——轨道复合型电磁炮,并分析了该电磁炮的机械结构、储能原理和加速过程,最后试制了实验样机,采用钢钉为发射体成功进行了弹体发射,可实现线圈炮和轨道炮的优势结合,促进复合型电磁炮从理论研究走向实践应用。

电磁炮轨道几何尺寸特性分析及优化设计

针对现有文献对电磁炮轨道几何尺寸特性分析及优化设计研究的不足,建立了电磁轨道炮系统仿真模型,并对该仿真模型进行了验证;基于此模型分析了轨道几何尺寸变化对电枢出口速度及出口动能的影响,然后利用遗传算法以电枢出口动能为目标函数对轨道几何尺寸进行了优化设计。分析结果表明:电枢出口速度随轨道宽度、轨道高度及轨道间距的增加而减小,电枢出口动能随轨道宽度、轨道高度的增加而减小,随轨道间距的增加先增大后减小;通过对轨道几何尺寸进行优化设计,在一定程度上缩短电枢的出膛时间以及提高电枢出口动能。

电磁轨道炮超高速弹丸软回收装置设计计算

针对电磁轨道炮超高速弹丸软回收技术难题,基于水下弹丸设计理论,介绍了弹丸软回收的工作原理,提出了基于低密度流体的超高速弹丸分段回收设计方案,给出了回收段参数的设计计算方法。结合案例,在阻力系数C_D=0.086的基础上,给出了初速2 500 m/s、最大过载不超过20 000 g的铝质弹丸的软回收技术方案。计算结果表明,利用设计的软回收技术方案,可在35 m的距离内,通过尘雾段、泡沫段、静水段和浸水纤维段4段回收装置,实现弹丸的可靠回收。