基于炮尾电压的串联增强型电磁轨道炮滑动电接触特性分析

为研究局部增强型电磁轨道炮的滑动电接触特性,提出一种基于炮尾电压的计算分析方法。通过构建接触电阻、炮尾电压、炮尾感应电压以及轨道电流间的数学模型,定量表征电枢与轨道间的滑动接触电阻。根据接触电阻的波形特征,将电枢与轨道间的接触状态分为启动阶段、接触电阻稳步下降阶段、电阻增长阶段和单轨阶段4个阶段。计算了系统的发射效率与接触电阻焦耳热能耗率。结果表明:在电枢启动阶段枢轨间的接触主要为固体-固体接触,接触电阻偏大;逐渐形成的铝熔膜会使实际接触面积增大,改善接触状态;接触电阻与电枢所受到的磁压力呈负相关;接触电阻是影响发射效率的重要因素之一。由此可见对局部增强型电磁轨道炮滑动电接触特性的分析工作为轨道炮的机理研究与设计起到了积极作用。

增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性研究

为研究增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性,通过实际发射试验得到炮口电压、轨道电流、电枢速度和位移等数据以及发射器机械结构的实际参数。在分析电枢在膛内运动过程的基础上,建立了接触电阻与炮口电压、轨道电流、电枢速度、电枢位移等物理量之间的数学模型。进一步分析了在互感系数不同情况下电枢的接触电阻变化规律。将该变化曲线与试验轨道三维建模模型损伤图形和实际发射试验后轨道图像进行比较,发现轨道烧蚀和摩擦损伤情况随着电枢位移和接触电阻变化呈现烧损、滑动和磨损等典型特征,为预测轨道损伤提供了参考依据。

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。

串联并列增强型轨道炮电磁特性分析

介绍了串联并列增强型轨道炮基本结构与原理,采用有限元分析方法,仿真分析了轨道内电流分布、炮膛磁感应强度、电感梯度值在50Hz半周期正弦电流激励下的特点。结果表明,串联并列增强型轨道炮在幅值为200kA的50Hz半周期正弦波电流作用下,轨道不同位置电流出现幅值和相位上的差异,出现的电流密度最大值为763MA/m^2,轨道边缘电流相位超前于轨道中心位置处;5ms时刻磁感应强度最大值为7.004T,磁感应强度呈中心对称分布;5ms时刻电感梯度值为7.48μH/m,此时可产生电磁发射力为150kN。分析认为串联并列增强型轨道炮具备良好的电磁发射特性,本研究为该轨道炮的设计提供了依据,对实用化轨道炮技术研究具有一定的参考价值。

增强型电磁轨道炮导轨的多场耦合分析与研究

为了研究增强型电磁轨道炮在发射过程中的电磁场分布、温度变化以及形变的动态过程,对轨道炮双轨进行了电磁-温度-结构三维耦合仿真分析。分析过程中考虑了焦耳热、接触电阻热和摩擦热的瞬态特性,通过电枢位移与时间的关系,对导轨进行分段建模,计算了导轨在不同热载荷下的瞬态温升分布以及瞬态扩张量分布。结果表明:主轨表面温度主要是由焦耳热引起的,接触电阻热和摩擦热对主轨温升分布有一定影响,炮尾处温升最大;相同冷却时间下增强型轨道炮导轨比简单轨道炮导轨温度梯度低;导轨扩张量主要是由电磁力引起的,电流焦耳热对扩张量略有影响。该多场耦合分析过程可为电磁轨道炮的设计提供参考。

增强型电磁轨道炮瞬态温升时空分布

轨道瞬态温升时空分布特性对于增强型电磁轨道炮发射效率具有极其重要的作用。该文从接触电阻瞬态特性、枢轨接触压力瞬态特性的角度,对轨道电阻焦耳热与摩擦热共同影响轨道瞬态时空温升的分布特性进行研究。通过发射试验得到的炮口电压、轨道电流、电枢位移等数据建立这几个物理量之间的数学模型,计算分析了增强型电磁轨道炮枢轨接触电阻瞬态特性,获得了轨道接触电阻焦耳热分布;应用瞬态接触压力计算方法模拟枢轨接触压力的瞬态特性,获得了轨道摩擦热分布。为研究轨道瞬态温升时空分布特性,通过电枢运动位移、速度与时间的关系,对轨道进行分段建立瞬态温度场计算模型并采用电-磁-热耦合的计算方法,得到了以电阻焦耳热与摩擦热为热载荷共同作用下的轨道温升时空分布特性。数值模拟结果表明:随着电枢高速运动,摩擦热随之逐渐上升,接触电阻热较小;发射过程中临近炮尾的轨道温升较大,表明了炮尾轨道为热管理的关键部位,为电磁轨道炮的热设计提供了理论依据。

串联增强型电磁轨道炮技术特点与发展现状

串联增强型电磁轨道炮具有出口速度快、能量利用率高、电源要求低和轨道寿命长等优点,是电磁轨道炮重要的发展方向之一。介绍了电磁轨道炮基本原理与限制其发展应用的技术瓶颈;阐述了2种主要的串联增强型电磁轨道炮基本原理,从电感梯度、出口速度与能量利用效率、电源要求、轨道寿命4个方面分析了技术特点;总结了国内外研究机构的研究现状与研究进展;论述了串联增强型电磁轨道炮发展的限制因素及未来的发展方向。

基于VMD-OptShrink的增强型电磁轨道炮炮口电压噪声压制及应用

利用电磁轨道炮炮口电压测量信号可以计算出发射过程中滑动电枢与铜轨道表面的接触电阻以分析接触特性。由于发射器增强轨道的特殊结构会产生幅值很大的反向感应电动势,且存在脉冲形成网络的放电时序问题,导致检测到的炮口电压波形会受到系统噪声的干扰,难以准确计算出接触电阻。针对此问题,提出一种基于VMD-OptShrink的炮口电压系统噪声压制方法去除炮口电压中的锯齿状噪声,该方法首先利用变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)可实现依据频率特性进行信号时域分解的特点,对炮口电压信号进行时频域的模态分解,然后在时频分解域内利用OptShrink对分解信号进行低秩成分提取,得到去噪后的炮口电压,最终解算出接触电阻用于分析轨道炮枢轨接触特性。试验结果表明,该方法可以很好地压制炮口电压系统噪声,计算出的枢轨接触电阻波形光滑,有利于分析枢轨接触特性;枢轨接触电阻在发射初期变化剧烈,迅速降低,之后呈现缓慢波动上升的特点,直至电枢滑动出炮口接触电阻骤增。该分析方法对工程中电磁轨道炮发射状态监测提供了一种新的可靠参考。

增强型电磁轨道发射器的电磁场仿真分析

为了分析增强型电磁轨道发射器的电磁场分布和电感梯度的影响因素,介绍了增强型电磁轨道发射器的基本原理,建立了2对导轨结构的增强型电磁轨道发射器的3维电磁场仿真模型,利用ANSOFT电磁场有限元分析软件对不同几何参数轨道炮的电磁场进行了仿真,给出了不同条件下的磁场和电流密度分布图,对其电感梯度进行了计算,并总结了几何参数对电感梯度的影响规律。仿真结果表明,在综合考虑导轨的机械和热承受能力的前提下,增强型电磁轨道发射器的内外导轨间距越小,电感梯度越大;导轨的厚度越小,电感梯度越大。与单对结构相比,该结构能够提高轨道电磁发射器的电感梯度1倍以上。

串联型双轨增强电磁轨道炮电路模拟

建立了包括脉冲电源模块和电磁轨道炮的全电路模型,实现了从电源放电至电磁轨道炮发射过程的全电路模拟。根据电源放电与洛伦兹力加速的耦合方程组,在电路模型内将电源的基本单元封装成子电路模块、弹丸受力运动模型转化为电路解耦模块,建立了针对24个基本单元组成的电源网络驱动串联型双轨增强电磁轨道炮的电路模型。将模拟结果与实验结果进行对比,电流模拟结果偏差2.6%,电枢出膛速度模拟结果偏差9.8%,模拟与实验结果基本一致,验证了模型方程和模拟方法的可靠性和合理性。

串联增强型轨道炮出膛速度提升率的数值计算

串联增强型轨道炮作为传统简单轨道炮的一种结构改进的形式,可以提高轨道炮的性能。利用大学物理的直电流模型推导出忽略一切摩擦阻力条件下串联增强型轨道炮的出膛速度公式,利用数值方法进行计算,绘制出2种轨道炮出膛速度随轨道长度变化的曲线并进行对比分析;定义并计算相比简单轨道炮的出膛速度提高率,作出提升率随轨道长度变化的图像。研究结果表明,串联增强型轨道炮可以显著提高出膛速度,2组轨道情况下提升率可达60%以上,效果显著。

晶闸管关断特性在增强型轨道发射系统中的影响分析

基于一种增强型轨道炮负载特性,从机理上分析了大功率晶闸管关断特性在增强型轨道发射系统中的影响。研究结果表明,增强型轨道炮发射过程中脉冲成形网络部分电能得不到有效利用,分析原因是增强型轨道炮的初始电感较大,导轨电流具有梯形波特性,从而使发射初始阶段后膛电压具有较高的幅值,导致该阶段放电的脉冲成形单元存储的电能没有释放完全,大功率晶闸管就因承受了反向电压而关断。通过对增强型轨道炮系统仿真和发射试验验证了上述结论。根据增强型轨道发射系统中脉冲成形网络的实际状况,对剩余电能再利用的方法进行了探讨。研究结论对大功率晶闸管在增强型轨道发射系统中的工程应用具有指导作用。

电磁轨道炮结构改进与性能仿真对比分析

电磁轨道炮是电磁发射器主要研究的类型,传统轨道炮与增强型轨道炮都存在着轨道烧蚀、电枢受力不均、电流过度集中等问题。文中针对当前轨道炮的不足,设计了一种改进型轨道炮结构,运用建模理论推导与软件仿真相结合的方法分别对传统轨道炮、平面增强型轨道炮和层叠增强型轨道炮、改进型轨道炮基本模型进行了对比分析。结果表明,改进型轨道炮具有结构简单稳定、电磁推力大、电流分布均匀等优点。

固体电枢轨道炮的新概念研究

在分析固体电枢电磁轨道炮关于轨道改进的最新研究成果的基础上,针对传统轨道炮固体电枢在高速时转捩难以克服的现状,提出了一种能够利用固体电枢优势而又能提高固体电枢转捩速度,从而进一步提高效率的多级增强型炮口馈电的轨道他的设计方案。

基于B探针的膛内电枢速度测量系统研究

弹丸速度和位移的测量是电磁炮重要的测试项目之一。针对以往分布式探针测速需要多路高速采集通道的问题,提出采用探针串联和波形叠加进行增强型电磁轨道炮膛内电枢速度测量的两种新方法。通过仿真给出采用驱动电流信号和拟合速度变化曲线计算增强型电磁轨道炮磁探针感应电压的方法;通过实验分别采用探针串联和波形合并两种新方法对膛内电枢速度进行测量,并与分布式测量方法进行比较。仿真和实验结果表明:仿真所得探针波形与实验测得的波形基本一致,提出的两种新方法与分布式测量方法相比只需要一路高速采集端口,具有成本低、可靠性高等特点,为轨道电磁炮膛内电枢速度的测量提供了一条新途径。