基于桥式驱动电路的磁阻型电磁发射器仿真与实验

在磁阻型线圈电磁发射器中,驱动线圈的剩余电流会影响抛体的发射效率。将磁阻型线圈电磁发射器驱动电路中的电容器用桥式电容电路替代,通过桥式电容电路能够快速降低发射器中驱动线圈的剩余电流,避免抛体在运动时受到反向的回吸力。该文介绍了桥式驱动电路在磁阻型线圈电磁发射器中的工作原理,通过仿真与实验对比分析磁阻型线圈电磁发射器在传统驱动电路与桥式驱动电路中的发射性能。实验和仿真的结果表明:采用桥式驱动电路后,磁阻型线圈电磁发射器的效率得到了提高,剩余电流的能量回收到电容器降低了系统能量的损耗。仿真和实验结果的规律具有一致性,验证桥式驱动电路在磁阻型线圈电磁发射器的可行性,为解决驱动线圈剩余电流及反向力的抑制提供了参考。

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。

基于多场耦合仿真的四轨电磁发射器性能分析

电磁轨道发射器的工作过程涉及复杂的多物理场耦合现象,仅通过解析计算难以实现对电磁轨道发射器性能的全面分析。为了对电磁轨道发射器的动态发射过程进行研究,以四极凸轨道电磁发射器作为研究对象,建立了瞬态电磁-热-结构多物理场耦合仿真模型,采用CLM模型模拟发射过程中过盈电枢与轨道的电接触现象,得到了发射器工作过程中电枢、轨道受力随时间变化情况和电磁场、应力、温度分布。研究结果表明,发射器电枢、轨道受力的变化趋势与激励电流的变化趋势接近,趋肤效应和速度趋肤效应会引起受力的削弱。电磁力会改变接触面上的压力分布,改善枢轨接触状态,进而改变接触区域的电流分布。发射过程中,由于摩擦力作用,温升最大处位于电枢臂尾端而电流密度最大值出现在电枢喉部。所做的研究对了解发射器的动态发射过程及发射过程中的多物理场耦合机理具有一定参考意义。

两段直线感应电磁发射器实验分析

为了对电容驱动直线感应电磁发射器的暂态特性进行研究,对由18个驱动线圈组成的两段直线感应电磁发射器进行了数值仿真分析和实验研究。首先利用网孔回路的方法建立了电容驱动的发射器的数学模型,通过MATLAB编写了模拟系统暂态过程的仿真程序;其次运用数值仿真程序对发射器进行了动态过程仿真,分析了抛体初始位置对发射性能的影响,在每段得到了一个最优的抛体初始位置来进行放电;最后对实验装置平台进行了描述,对比分析了仿真和实验的电流波形及每段出口速度。从实验结果可以看出,通过两段的加速能把300 g质量的抛体加速到142 m/s的出口速度,动能转换效率为9.7%。仿真和实验结果有很好的一致性,这说明了所编写的程序的准确性以及电容驱动直线感应电磁器的可行性,为下一步的系统性能优化及高速发射器设计提供了仿真及实验平台。

线圈型电磁发射器磁场构型的设计与分析

在线圈型电磁发射器的设计中,驱动线圈磁场构型的设计是基础和关键问题。提出磁场构型的概念和设计准则,推导出线圈型电磁发射模型的加速力表达式,通过有限元方法仿真分析了不同厚长比矩形截面螺线管线圈的磁场形态,考虑驱动线圈与抛体之间的互感及作用力随位置变化的趋势,比较不同截面形状螺线管线圈的磁场构型,同时计算截面形状对作用力的影响。结果表明,在静磁场中,相同截面安匝电流的情况下,驱动线圈采用正方形截面螺线管,能够对抛体产生较大的电磁力。

直线感应电磁发射器分析与优化

本文对一个两段直线感应电磁发射器进行了分析与优化设计。首先建立了电容驱动的直线感应电磁发射器的数学模型。通过MATLAB编写了系统暂态仿真的仿真程序,给出了系统仿真的流程图。其次比较了直线感应电磁发射器三相电源不同的触发相序对发射性能的影响,得到了最优的触发相序。分析了不同抛体初始位置对出口速度和动能转换效率的影响。最后比较了两段直线感应电磁发射器在第一段电源电压改变时对系统的影响,以及第二段电源电压改变时对系统的影响。从而为下一步的实验提供了理论依据。

平面螺旋线圈电磁发射器磁场及发射体受力分析

平面螺旋线圈电磁发射器具有结构简单、推力大等优点。首先介绍了平面螺旋线圈电磁发射器的工作原理,给出了驱动线圈的磁场方程、发射体的涡流方程和受力方程。用有限元法对驱动线圈磁场和发射体的受力进行了仿真计算,并分析了驱动线圈载荷频率变化、截面形状变化和发射体位置变化对发射体受力的影响。仿真结果表明:驱动线圈的电流频率对发射体受力影响较大,电流频率越高,发射体受力越大;在驱动线圈载荷相同的情况下,方形截面的驱动线圈使发射体受到的电磁力较大。

扁平线圈电磁发射器优化设计

推导描述扁平线圈电磁发射器在电磁发射过程中的特性方程组,根据特性方程组建立电磁发射器的系统仿真模型,得到评价电磁发射器的指标;通过均匀试验设计方法建立电磁发射器结构参数和电源参数设计方案并仿真计算,对方案及结果数据进行回归分析和优化分析,得到最优的结构参数和电源参数方案;设计思路和结论对扁平电磁发射器优化设计具有指导作用。

平面螺旋线圈电磁发射器发射过程的动态仿真

电磁发射器发射拦截弹的过程是一个电磁学与运动学交互影响的复杂动态过程,该文以储能脉冲电容器驱动的平面螺旋线圈电磁发射器为例,利用Ansoft有限元软件中的2D瞬态求解器对电磁发射器的发射过程进行了动态仿真。建立了描述电磁发射器动态发射过程的数学模型,然后对平面螺旋线圈电磁发射器的发射过程进行仿真,并利用实验装置进行了发射实验,验证了仿真思路和仿真结果的可行性。

方向可控电磁发射器拦截弹发射过程研究

方向可控电磁发射技术是主动电磁装甲防御体系的关键技术。文中分析了方向可控电磁发射器的组成及工作原理,推导了其工作过程的电路方程、拦截弹受力方程和运动学方程,建立了拦截弹发射过程的数学模型,给出了拦截弹加速过程分析的数值方法;编制有限元分析程序对拦截弹的发射过程进行了仿真,得到了加载瞬间拦截弹的速度和位移随时间变化的规律。为了对仿真结果进行验证,进行了拦截弹发射实验,测得了拦截弹的发射初速,结果表明:实验数据与仿真结果符合较好。

新型四极轨道电磁发射器

提出一种新型四极轨道电磁发射器模型,并对其进行数值分析及有限元仿真。设计了四极轨道和三叶花瓣状抛体,通过抛体的三组径向电流与四极轨道产生的三组环向磁场正交。环向磁场和流过抛体的径向电流相互作用产生轴向加速力。此外,新型四极轨道电磁发射器的结构设计有利于克服发射过程带来的巨大振动,提高发射精度和准确性。基于理论计算和有限元验证,对抛体的电流及磁场分布进行了分析。结果表明:与传统轨道电磁发射器相比,四极轨道电磁发射器能产生更大的轴向加速力。同时随着轨道电流的增加,抛体所受推进力也会增加。

电磁发射器及其应用

电磁发射器是近年来发展起来的一种新型能量转换器。本文论述了三种基本的电磁发射器：导轨、线圈和重接型电磁发射器，并阐述了它们的应用潜力。

基于AVR单片机控制两级线圈电磁发射器的研究与设计

为了研究线圈对电磁发射器的射击精度的影响,本文设计实现了一个两级线圈式电磁发射器.采用低压直流电源供电,由SG3525生成PWM波,经MC33883驱动MOS管全桥产生高频交流电,变压器升压后经整流、滤波,对电容进行充电.为精确控制发射电压,采用AVR单片机采集电容电压数据并实时显示,且可开关选择设定发射电压.两级线圈分别经可控硅和光电管控制触发.射击测试得到的实验数据显示发射器射击距离和打靶精度较高,与距离相比,误差不到5‰.该设计结果对线圈式发射器的未来应用具有一定的实际参考价值.

基于场路耦合的方向可控电磁发射器发射过程研究

分析了方向可控电磁发射器的工作原理,建立了发射器发射过程的场路耦合模型。用有限元法对发射过程进行了场路耦合分析,得到了发射过程中发射器的磁场和涡流分布,放电回路的电流波形、以及拦截弹所受电磁力、速度和位移随时间的变化规律。探讨了拦截弹初始位置变化对拦截弹发射速度的影响规律。为验证仿真结果的正确性,利用电磁发射实验装置进行了拦截弹发射实验,实验数据与仿真结果基本吻合,较好地验证了仿真模型的正确性。

螺旋线圈型电磁发射器有限元动态数值仿真

基于有限元方法,对螺旋线圈型电磁发射器的动态发射过程进行了数值分析。螺旋线圈型电磁发射器弹丸可采用线圈弹丸和铁磁弹丸,对比分析了两种弹丸运动过程中受力和速度随时间的变化关系。

串联增强型六极轨道电磁发射器分析与仿真

在文中设计中,串联增强型六极轨道电磁发射器可获得高的电感梯度和良好的磁屏蔽效应,这些性能在新型电磁发射器中起着重要作用。由于电感梯度是影响超高速发射和降低大电流的决定性因素,因此文中设计了一款新型电磁发射器并研究了电感梯度在双抛体运动区域的分布问题。在文中研究中,将提出3种典型串联增强型六极轨道的连接方式,并采用有限元模拟进行比较分析。理论分析和数值仿真结果表明,A构型的磁屏蔽和电感梯度性能优于其它两种构型配置。

六极轨道电磁发射器电枢优化设计与仿真

为了改善六极轨道电磁发射器电枢和轨道的部分位置电流密度过大且分布集中现象,文中基于Ansoft软件对其进行有限元分析,分析验证了推进力产生原理及中心磁场屏蔽原理,同时也得到电流密度过大且分布集中的现象较为严重。将电枢结构进行优化,对电枢优化后的发射器模型进行仿真,结果显示优化后的电枢和轨道最大电流密度降低,分布更加均匀合理,而且电枢推进力较之前也有较大提升。说明改进电枢能很好改善电流密度过大且集中的现象。

四轨电磁发射器不同构型枢轨静力学分析

为更好地评估四轨电磁发射器的发射性能和使用寿命,研究了平面型轨道-平面型电枢、凸面型轨道-凹面型电枢、凹面型轨道-凸面型电枢3种不同构型电枢和轨道的受力和变形。构建了四轨电磁发射器的物理模型,在此基础上推导了电枢和轨道的受力和变形理论计算公式。采用有限元方法,分析了电枢和轨道所受的电磁力和变形。仿真结果表明,不同构型的枢轨受力和变形有较大差别:凹面型轨道能够提供较大的电磁推力,但其变形量较大;平面型轨道提供的电磁推力一般;凸面型轨道提供的电磁推力较小,但其变形量较小。仿真计算结果可为满足不同的发射需求提供一定的设计思路和参考。

四轨电磁发射器轨道构型对电流分布的影响

四轨电磁发射器的电流分布特性与其发射性能密切相关,较大的电流密度会导致枢轨的热烧蚀、磨损和转捩,严重制约发射器的使用寿命。为更好解决四轨电磁发射器电枢和轨道的热烧蚀问题,建立了3种不同构型的轨道和电枢,用有限元法对轨道和电枢的电流密度分布及电磁力进行比较分析,探讨枢轨凹凸值对电流分布和电磁力的影响。结果表明:凹椭圆型轨道提供较大电磁推力且枢轨接触面的电流密度分布最均匀,局部热损伤不明显;平面轨道提供的电磁推力较小,电流密度较大;凸椭圆型轨道电磁推力一般且枢轨接触面处电流分布不均;轨道电流密度大小与凹凸值负相关;而凹凸值对电磁推力的影响随枢轨构型不同而不同。

基于接触特性的四轨电磁发射器电枢结构分析

为深入探究四轨电磁发射器双曲电枢结构对接触特性的影响,本文利用有限元分析方法,分别从电枢过盈量、电枢臂末端厚度、电枢喉部厚度等关键结构参数入手,对通电接触特性进行多物理场耦合仿真。针对过盈量的设计,提出一种迭代仿真方法,通过循环仿真对接触压力进行求解,使其与期望接触压力进行比较,从而达到不断逼近最优过盈量的目的;针对电枢臂末端和电枢喉部的研究,充分考虑摩擦力、洛伦兹力以及初始过盈等因素,采用电磁-结构场耦合仿真方法对通电接触特性进行求解。结果表明:电枢喉部主要用于承受大电流以及强磁场所带来的应力;电枢臂末端主要用于传导大电流,而电枢头部对通电接触特性影响较小。在一定范围内增大电枢臂末端厚度可改善电接触性能,但电枢臂外扩现象加剧,进而加重枢轨间的磨损和烧蚀;在一定范围内增大电枢喉部厚度不仅可以改善枢轨间的电接触性能,同时使电枢结构更加稳定。