同步感应线圈发射器弹载存储测试技术研究

该文提出多级同步感应线圈发射器弹载存储动态测试技术。首先,基于电磁场理论定量分析了同步感应线圈发射器发射过程中存在的强脉冲和高过载环境;其次,设计具有抗电磁干扰且抗高过载能力的弹载存储测试装置,并分析了装置的屏蔽效能和承载能力;最后,研制带弹载存储测试装置的测试弹,并开展了30级同步感应线圈发射器动态发射试验,得到同步感应线圈发射器动态过程中磁感应强度数据和加速度数据,与仿真数据吻合,且误差可控制在4.7%,同时揭示了发射始末测试弹存在“规律碰撞”效应和“周期章动”现象。

基于正交试验法的同步感应线圈发射器关键设计参数选择

能量转换效率是限制同步感应线圈发射器(synchronous induction coil launcher,SICL)发展的关键因素。为了提高效率,在线圈发射器设计过程中必须对电源参数、驱动线圈的结构参数,以及电枢触发位置等多个因素进行综合考虑。基于正交试验法对同步感应线圈发射器关键设计参数的选择进行研究,采用场路耦合方法对一个3级同步感应线圈发射器的参数设计及能量转换效率进行了分析。计算结果表明,在该设计方法下,导线直径和线圈内径是影响电磁线圈发射器设计的两大关键因素,在发射器设计中应结合实际情况予以重点考虑;线圈匝数和触发位置、以及线圈长度对系统的影响表现并不明显。

基于磁场方向变化的同步感应线圈发射器效率提升分析

提升同步感应线圈发射器的能量转换效率是电磁发射研究的热点之一。电枢在运动过程中,磁场沿轴向剧烈变化,使得电枢产生了感生电流和动生电流,电枢受力不均匀。在磁场同向的条件下,电枢加速主要集中在驱动线圈电流的上升沿,电枢截面电流分布不均匀。由于驱动线圈电流的减小和电枢的运动,导致磁场迅速减小,影响了系统的发射效率。身管内的磁场变化对于电枢加速具有重要影响,通过改变线圈的电流方向,电枢初速显著提高。电枢加速主要集中在驱动线圈电流的下降沿,电枢截面电流显著增加,有利于增加电磁推力和提高发射效率。实验结果表明,磁场反向后电枢初速和效率得到了显著的提高,该方法为多级线圈发射装置的设计提供了参考。

多级同步感应线圈发射器的自适应设计研究

触发控制策略对于多级同步感应线圈发射器至关重要。然而,随着线圈级数的增多以及电枢速度的提高,触发时序控制和功率调节变得更加复杂,而传统的位置触发策略或时间触发策略的控制效果不尽人意。为此,该文结合多级同步感应线圈发射器的系统微分方程和控制方程,提出了一种自适应设计策略。其核心思想是近似认为相邻级线圈的等效单匝电感相等,进而可根据上一级线圈尺寸计算下一级线圈的匝数,并对该级线圈尺寸进行修正,而线圈的触发时序则取决于线圈中心与电枢尾部的相对位置。基于该策略,以25级同步感应线圈发射器为例,对其结构参数和触发时序进行了自适应设计,并通过与有限元法仿真结果的对比证明了该自适应设计策略的有效性和准确性。此外,该文定量分析了上升距离和转差速度对发射性能的影响,从而为两者的选择和优化提供了参考依据。

多级同步感应线圈发射器电枢内部强磁场屏蔽与优化

该文解决了多级同步感应线圈发射器电枢内部的强磁场分布以及屏蔽优化问题。首先,分析在发射过程中电枢内部无屏蔽时的磁感应强度分布和电磁性能;然后,对屏蔽体采用单层导磁和导电材料以及三层组合的方式在不同厚度时的屏蔽效能和电磁性能作了对比;最后,对组合屏蔽方案在不同位置以及不同厚度时进行优化。仿真结果表明,磁感应强度较高时,单层导电材料的屏蔽效能要优于导磁材料,磁感应强度较低时相反;组合屏蔽方案时,在电枢的前部由于磁感应强度低而使屏蔽效果较优。该文提出优化方案:屏蔽体的位置位于电枢前部,组合方案为0.5mm铜、0.5mm铜以及2mm低碳钢Steel_1008,屏蔽前后磁感应强度分别为0.3303T和0.155 2T,屏蔽效能为6.560dB。

单级感应线圈发射器仿真方法对比及实验研究

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。本文基于单级感应线圈发射器的电流丝模型,利用MATLAB编制了动态仿真程序,同时利用有限元软件ANSOFT对发射器的动态性能进行仿真,最后进行了单级感应线圈发射器的发射实验。通过实验验证了发射器的发射性能,并结合实验结果对两种仿真技术的优缺点进行了对比分析。

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。

三级同步感应线圈发射器触发控制装置研究

为了研究感应线圈发射器发射过程中的同步控制问题,设计并搭建了三级同步感应线圈发射实验装置.该装置采用一种基于仿真结果的定时控制方案:通过对驱动线圈机电模型的仿真,得出电枢在各级线圈中的最佳触发位置,进而得到在每两级驱动线圈之间的理论运动时间,并结合控制电路中信号延时,确定每两级驱动线圈之间的触发时间间隔,通过单片机设置时间间隔来实现对发射装置的控制.为了防止放电回路中的强电流对控制电路的影响,并保证人员和设备的安全,该装置还实现了控制回路与放电回路之间的光电隔离.

单级感应线圈发射器动态仿真及实验研究

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。由于感应线圈发射器的设计理论和方法还不太成熟,因此在其设计过程中,仿真程序对于评价和优化发射器的性能具有重要的作用。该文基于单级感应线圈发射器的数学模型,利用Matlab编制了发射器的动态仿真程序,同时进行了单级感应线圈发射器的发射实验。通过实验验证了发射器的发射性能和仿真程序的正确性。

新型同步感应线圈发射器触发控制实验研究

为了研究新型同步感应线圈发射器触发控制问题,设计了考虑电枢初速度的软触发控制方式。通过仿真求取了不同放电电压时电枢获取的初速度,以及不同电枢初速度对应的软触发时间序列。进行了新型同步感应线圈发射器发射实验,实验结果与仿真结果误差在13%左右,吻合良好,说明软触发控制方式具有较高的触发控制精度,能够满足当前对同步触发控制的要求。

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。

多级同步感应线圈发射器电枢内膛磁场分布特性影响因素分析

电磁弹在同步感应线圈发射器内发射时需要承受强磁场环境,为探索电磁弹内磁场分布特性,提出元器件布局原则,针对多级同步感应线圈发射器电枢内膛的强磁场分布特性进行了分析,并通过发射器仿真模型对影响电枢内中轴线上磁场分布的影响因素进行了分析。结果表明:电枢的厚度越大,一定范围内发射性能越好,但其产生的环向涡流也越大,从而会抵消减小电枢内膛中的磁感应强度,厚度的增加会减缓磁感应强度的下降速率;电枢的外径越大,其发射性能越好,其中轴线上磁感应强度越小;电枢材料的导电性能越差,电枢内膛中轴线上的磁感应强度越大,发射性能也越差;电枢头部磁感应强度远小于其尾部的磁感应强度,由此可指导后续电磁弹设计以提高安全性。

多级同步感应线圈发射器触发控制研究

为了研究多级同步感应线圈发射器触发控制问题,改进了多级同步感应线圈发射器的结构,增加了圆盘线圈为电枢提供初速度,并设计了考虑电枢初速度的软触发控制方式,通过仿真求取软触发时间序列。实验结果表明改进的触发控制方式增加了触发控制的准确性,有利于提高发射效率。

三种同轴感应线圈发射器的加速特性研究

对于同轴感应线圈发射器来说,根据驱动线圈和电枢的位置关系,可将其分为三类:一是外驱动型结构,二是内驱动型结构;三是内-外驱动型结构。外驱动型同轴感应线圈发射器的驱动线圈在电枢的外面,内驱动型同轴感应线圈发射器的驱动线圈在电枢的内部,而内-外驱动型同轴感应线圈发射器有内、外两个驱动线圈,且内、外驱动线圈分别处于电枢的内侧及外侧。目前,人们只注重了外驱动型同轴感应线圈发射器的研究,忽视了内驱动型和内-外驱动型同轴感应线圈发射器的研究。本文首先分析了这三种结构类型的同轴感应线圈发射器的特点,然后利用有限元分析方法研究了它们的加速特性。研究表明:内驱动型同轴感应线圈发射器的加速特性最差,但是它适合加速大体积、大质量的载荷;外驱动型同轴感应线圈发射器具有最好的加速特性;内-外驱动型同轴感应线圈发射器,特别是磁场重接式内-外驱动型同轴感应线圈发射器也具有较好的加速特性,且电枢内涡流分布相对更均匀,但是它的结构相对复杂,不利于设计与实现。

三相异步感应线圈发射器适用的高功率脉冲电源性能分析

异步感应线圈发射器具有良好的应用前景,但是由于存在电源瓶颈和转换效率不高的问题,使得异步感应线圈发射器还不能投入实用。本文分析了异步感应线圈发射器的结构和工作原理,指出只有当其激励电流是对称的才会产生正向行波磁场加速弹丸沿着发射筒轴线正方向运动。根据对称分量法,任意三相电流总可以分解成正序分量、负序分量和零序分量。正序分量和负序分量都是对称的,前者产生正向行波磁场,后者产生逆向行波磁场。零序分量产生脉振磁场。只有正向行波磁场产生正电磁力加速弹丸做正功,而逆向行波磁场产生反向电磁力阻止弹丸前进做负功,脉振磁场会产生附加损耗。因此,为了提高异步感应线圈发射器的转换效率,应该尽量减小激励电流中的负序分量和零序分量。本文还对实验室常用的高压脉冲电容和飞轮发电机用作异步感应线圈发射器的激励电源的性能进行了分析,指出由于存在端部效应和电路参数不匹配等原因,激励电流波形不对称,其中含有大量的负序分量和零序分量。本文最后提出两点建议:一是针对高压脉冲电容用作激励电源,增加匹配网络使得各相等效阻抗和谐振频率相等,精确计算各相电容充电电压和各相依次放电时间,确保最后一相导通后三相激励电流按指数规律衰减的幅值包络线相同。二是研制新型的逆线圈炮型三相脉冲直线发电机用作三相异步感应线圈发射器的激励电源,可以弥补端部效应的影响。

电流环暂态模型在异步感应线圈发射器中的应用

搭建了异步感应线圈发射器的电流环暂态模型,加入采用开关函数描述的逆变器模型及相关的调制策略,使得改进后的电流环暂态模型能应用于变频调速的仿真研究。基于Maxwell/Simplorer软件分别搭建发射器本体和控制的场路耦合模型。在恒压源驱动和恒压频比驱动两种方式下,电流环暂态模型和有限元模型的仿真结果都非常一致,从而验证了改进电流环暂态模型的准确性。基于电流环模型计算了发射过程中电枢的温升,并分析温升对发射性能的影响。搭建了一套9级线圈发射器实物装置并设计了相关的变频驱动电路,实验结果和仿真结果基本一致。相比有限元模型,电流环模型减小了计算量和仿真时间,有利于发射器的参数整定和优化设计,是分析线圈发射器暂态特性的重要工具。

同步感应线圈发射器电磁场研究

同步感应线圈发射器(Synchronous Induction Coil launcher,SICL)具有驱动线圈与发射载荷无机械接触、推力大,适合发射大质量物体等特点,具有良好的军事应用前景。在电磁发射过程中,SICL的驱动线圈将产生脉冲强电磁场,当磁场强度超过某一阈值时,会干扰发射载荷及周围的电子设备的正常工作,甚至使其损坏。文章分析了SICL的工作原理,建立了其电磁场的数学模型;编制仿真程序分析了SICL的电磁发射过程,得到了放电回路的电流波形、SICL电磁场的强度及分布规律;利用搭建的电磁发射系统,进行了电磁发射实验,测量了SICL的磁场分布,对比仿真结果与实验数据,结果表明:仿真结果正确可信,研究结论对SICL的结构设计和工程发展具有一定的理论指导意义和参考使用价值。

同步感应线圈发射器多物理场直接耦合分析

为了优化电枢结构性能,基于装备应用需求开展了多级同步感应线圈发射器电磁-结构-温度多物理场直接耦合分析研究。首先,基于电磁场理论推导了同步感应线圈发射器多物理场耦合方程和有限元-边界元方法求解过程;然后,利用LS-DYNA软件进行了三级同步感应线圈发射器多物理场直接耦合分析,并完成了套筒电枢发射分析;最后,得到了同步感应线圈发射器发射过程中电磁力、应力和温度随发射时间和空间结构变化规律,即电磁力、应力和温度集中在电枢尾部区域,且随发射时间逐步向前端和向内层扩散,在电枢前端内层区域,电磁力占比小于0.1%,故在兼顾发射性能和结构性能的前提下,电枢头部厚度可明显减小。

同步感应线圈发射器极性反转的影响

采用逐级调试方式及自适应设计方式搭建了6级同步感应线圈炮的路模型,基于有限元软件的瞬态场路耦合模型验证了路模型的有效性。对于6级发射器,保持触发时序不变而将后3级线圈的极性反转时电枢将承受较大的制动力且电枢温升陡增,并最终导致速度下降明显,通过分析驱动线圈及电流丝电流的变化规律,探讨了产生显著制动力的原因并据此提出了延迟触发极性反转线圈的方法。仿真结果表明,采用极性反转并延迟触发能够有效提升能量转换效率。

一种组合式同步感应线圈发射器研究

同步感应线圈发射器是一类利用电磁能推进电枢的发射器。普通三级线圈发射器在加速电枢过程中形成的推力不够平滑稳定,且随着速度与推力的增大,驱动线圈易于损坏。文章提出了一种两段三级组合式同步感应线圈发射器设计方案,进而采用有限元仿真软件进行了场路耦合计算,对普通三级线圈同步感应发射器和新设计的发射器的电枢所受电磁力、电枢速度变化等特性的波形进行了比较。结果表明,两段三级组合式同步感应线圈发射器对电枢能产生更大的推力,且推力和加速度变化特性的波形更为平滑稳定;而且其两段三级组合式设计,能够分散线圈的径向受力,从而使驱动线圈不易损坏。物理试验结果验证了仿真计算结果的可信性。