基于IGBT时序控制磁阻发射特性分析

针对光电控制磁阻发射系统对弹丸存在反拉力作用而造成弹丸的减速问题,提出了一种基于IGBT时序控制的磁阻发射系统。通过构建单级具有铁轭的磁阻发射机电控制数学模型,对弹丸在线圈中的受力过程进行了分析,得到了弹丸在线圈中的受力过程符合磁阻最小基本原理的结论,且当弹丸受到反拉力时刻线圈电流减小至0,可避免线圈对弹丸产生反拉力作用,从而达到提高弹丸出口速度的目的;通过对控制电路中的各个支路上IGBT启闭时间的设置,可实现弹丸加速结束时线圈电流快速降低至0,且线圈电流在弹丸加速时间段内对时间的积分值越大,弹丸加速效果就越明显。

磁阻发射器结构参数与时序控制分析

为了获得较高的弹丸出口速度,研究了磁阻发射器对弹丸的作用规律,首先通过不同长度弹丸在不同匝数线圈下的速度仿真计算,表明长度一定时弹丸出口速度和动能随线圈匝数增大先增后降,弹丸越长其最大速度对应的线圈匝数越多,匝数相同时弹丸出口动能随着弹丸长度增大而增大;接着在线圈匝数和弹丸直径和长度一定的情况下分析了弹丸出口速度与线圈放电时序、回路电阻的关系,发现放电时序一定时弹丸出口速度随回路电阻增大先增后降,并最终获得了弹丸最大出口速度时的放电时序和回路电阻;最后通过仿真计算与实验结果对比,表明二者吻合较好,验证了弹丸出口速度随放电时序的变化。

永磁体用于磁阻发射器弹丸材料的可行性分析

弹丸作为磁阻发射器的重要部分,其材料的特性对发射性能有重要影响。利用Ansoft有限元软件仿真了steel1010(10号钢)和Nd Fe B35、AlNiCo9磁体等三种材料作为圆柱形弹丸材料时单级电池型磁阻发射器的动态过程,分析了永磁体作为磁阻发射器弹丸材料的可行性。结果表明,永磁体可作为磁阻发射器弹丸的材料,相对于钢等软磁材料其优势在于初始加速时间短,但发射时需考虑弹丸的极性;选择永磁体作为磁阻发射器的弹丸时,应选剩磁较大的永磁体,其发射效果更好。

电容器驱动型与电池驱动型磁阻发射器的仿真对比分析

利用Ansoft Maxwell电磁场仿真软件,对单级电容器与电池型磁阻发射器进行仿真对比.仿真结果表明:电容器驱动型磁阻发射器加速弹丸较快,电池驱动型磁阻发射器理论射速较快,两者的涡流损耗处于同一个级别.在相同的加速距离和出口动能下,电池驱动型磁阻发射器能量转换效率高.

驱动线圈匝数对磁阻发射器效率的影响分析

为研究驱动线圈匝数对磁阻发射器效率的影响,首先理论分析电磁力随着驱动线圈匝数的变化趋势,然后基于有限元软件构建磁阻发射器的仿真模型,分析不同匝数下弹丸受到的电磁力和炮口速度,并在驱动线圈为220匝时,得到最大发射效率为13.02%.研究表明,随着驱动线圈匝数的增大,弹丸受到的电磁加速力和电磁制动力都会增大;对于磁阻发射器,存在最佳的驱动线圈匝数,可使磁阻发射器获得最大的发射效率.

弹丸触发位置对单级电池驱动型磁阻发射器发射性能的影响

弹丸触发位置是磁阻发射器设计的重要参数,其对发射性能的影响至关重要。通过设置弹丸与驱动线圈的相对位置,利用Ansoft Maxwell仿真弹丸发射过程,得到弹丸触发位置对单级电池驱动型磁阻发射器发射性能的影响。仿真结果表明:弹丸触发位置对单级电池驱动型磁阻发射器产生影响,而且最佳触发位置不受电池电压电流的影响,触发位置z=0 mm时,弹丸出口速度最大,且效率最高。根据仿真模型,搭建单级电池驱动型磁阻发射器试验平台,并进行试验,试验结果与仿真相一致。试验结果为电池驱动型磁阻发射器的工程化提供了有力支撑。

驱动线圈结构参数对磁阻发射器发射性能的影响

弹丸出口速度是衡量磁阻型线圈发射器发射性能的一个重要指标,研究发射器参数对弹丸出口速度的影响有较大意义。利用Ansoft有限元软件仿真分析了单级磁阻型线圈发射器的动态工作过程,研究了驱动线圈长度和层数对单级磁阻型线圈发射器发射性能的影响规律。结果表明,存在最佳的驱动线圈长度和层数,使弹丸出口速度达到最大;改变驱动线圈层数比改变驱动线圈长度对提高磁阻型线圈发射器的弹丸出口速度更有效,研究结果将为多级磁阻型线圈发射器设计提供指导。

弹丸形位参数对磁阻发射器性能影响研究

在单级磁阻型线圈发射器的发射过程中,影响其发射性能的因素很多,重点研究弹丸形位参数对单级磁阻型线圈发射器发射性能的影响。所研究的弹丸形位参数主要包括弹丸头部形状和弹丸初始触发位置。弹丸头部形状包括平头、锥形头和圆头三种,弹丸初始触发位置主要用弹丸与驱动线圈的相对位置来表示。利用Ansoft有限元仿真软件进行了动态仿真,得到了较为理想的弹丸头部形状以及最佳的弹丸初始触发位置,同时进行了试验验证。仿真和试验结果为后续多级磁阻型线圈发射器的研究提供了指导。

基于电容吸收拓扑电路的新型磁阻线圈发射器

磁阻线圈发射器具有出口速度一致性好、可靠性高和能源清洁等优点。但是现有磁阻线圈发射器普遍效率较低,限制了其工程应用。为提高发射效率,提出一种基于电容吸收拓扑电路的新型磁阻线圈发射器方案。首先建立了传统二级磁阻式发射器的模型,采用有限元软件进行了仿真计算。结果显示,在电枢经过线圈中心后,驱动线圈中剩余电流产生的磁场会使电枢受到反向电枢拖拽力而减速。针对上述问题,提出一种新型的基于电容吸收拓扑电路的能量回收方案,分析了各阶段的放电特性。计算结果表明:与传统放电电路相比,新型放电电路可以使驱动线圈的剩余电流被电容器吸收实现快速衰减,电枢出口速度由21.46 m/s提高至26.19 m/s,效率由14.50%提高至21.59%。新型放电电路能够对电枢加速后的剩余能量进行回收,明显减小电枢拖拽力,提高了发射速度与能量回收效率。

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。

磁阻发射器电磁制动力抑制方法

分析了磁阻发射器系统组成和工作原理;基于有限元软件,构建了磁阻发射器的仿真模型。对比分析了断路法和限流电阻法对削弱电磁制动力、提高弹丸出口速度的效果;通过仿真和试验研究了不同限流电阻对弹丸速度的影响。研究结果表明:断路法和限流电阻法均可削弱弹丸受到的电磁制动力,从而提高弹丸出口速度,但前者会产生很大的反向电动势,对驱动线圈绝缘强度产生影响;此外,限流电阻不是越大越好,当其达到临界值时,继续增大电阻,弹丸速度不再变化。

磁阻型电磁发射抛体参数寻优

为改善磁阻型电磁发射装置发射的发射性能,在分析了磁阻型电磁发射装置工作原理和电路模型的基础上,运用MAXWELL有限元分析工具对抛体壁厚和材质进行仿真计算,并与实验结果进行了比较。该实验数据为磁阻型电磁发射装置的进一步抛体设计与优化提供了参考。

磁阻线圈发射器控制系统设计

介绍了磁阻线圈发射器控制系统的设计,该系统利用STC12C5410AD单片机作为控制的核心,具有电压显示与测速的功能。通过介绍电压显示模块的设计过程,提出了利用光电耦合器P521精确采集电压信号的方法;通过介绍测速模块的设计过程,提出了利用光电管进行多点测速的方法;由于系统工作在强电磁干扰环境下,文章根据试验的结果进行了抗干扰设计,并取得了较好的效果;为了测试系统的性能,进行了发射电压为620V,弹丸质量为8.2g的发射试验,试验结果表明,该系统具有精度较高、抗干扰能力强的优点,在磁阻线圈发射试验中起着重要作用。

添加轭铁对磁阻型电磁发射的影响

在磁阻型线圈发射器的发射过程中,对发射器的驱动线圈装夹轭铁提高弹丸的炮口初速,并利用ansoft maxwell有限元软件,对没有轭铁和添加轭铁两种情况下的二级磁阻线圈发射器进行仿真,对比不同的轭铁装夹方式对炮口初速度的影响。结果表明:二级线圈添加轭铁以后,弹丸的炮口初速得到提升;相比较两个线圈添加一整块轭铁的方式,线圈分别添加轭铁的情况时其弹丸的提速更加明显,所受到的电磁力更大。

磁阻型线圈发射减速力研究

磁阻型线圈发射对铁磁体弹丸有吸引力作用能够实现加速发射,本文通过对磁阻型线圈发射弹丸受力情况的理论分析和仿真计算,发现磁阻型线圈发射在弹丸高速度、驱动线圈强磁场的发射条件下会出现较强作用的涡流减速力,弹丸速度不会增加反而减小。文中提出减小铁磁弹丸的电导率和对弹丸进行开槽处理,仿真结果表明这两种方法可以有效地减弱涡流对磁阻型线圈发射弹丸减速力的影响。

磁阻型线圈发射器弹丸速度与截面积关系

基于电磁感应原理,弹丸受到的电磁力与磁场强度平方和弹丸截面积成正比,而弹丸所获加速度与弹丸截面积无关,只与弹丸材料密度和长度有关。以此建立由线圈,弹丸和套筒所组成的磁阻型线圈发射器实验系统,并利用Maxwell有限元软件分析发射器弹丸受力,得出相关仿真曲线。结果和实验数据表明该理论分析可行。

三级磁阻型线圈发射器工作过程仿真研究

为提高弹丸发射速度,需要利用多个驱动线圈对弹丸的连续加速。对三级磁阻型线圈发射器进行了理论分析,利用Ansoft有限元分析软件仿真研究了其工作过程,重点分析了触发位置对三级磁阻型线圈发射器发射性能的影响。仿真分析表明,触发位置对三级磁阻型线圈发射器的发射性能影响较大,每一级驱动线圈都存在最佳触发位置,使弹丸出口速度及能量转换效率达到最大。研究成果将为后续多级磁阻型线圈发射器的设计与试验提供参考。

弹丸初速对磁阻型线圈发射器发射性能的影响分析

通过设置弹丸初速并研究其对单级磁阻型线圈发射器发射性能的影响,模拟分析前一级线圈弹丸出口速度对后一级线圈发射性能影响的规律;利用Ansoft有限元仿真软件进行了动态仿真,得到弹丸初速对单级磁阻型线圈发射器驱动电流、驱动线圈感应电压、电磁力、弹丸出口速度、弹丸位移及能量转换效率等影响的规律.研究表明:弹丸初速越大,经过单级线圈加速后弹丸出口速度也越大,但弹丸出口速度增量减小;随着弹丸初速增大,能量转换效率呈现先增大后减小的趋势.

磁阻型电磁发射的建模分析与仿真研究

本文分析了磁阻型电磁发射的机理,得出了发射过程的等效作用.利用磁矩模型建立了磁阻型电磁发射的理论模型,并结合发射电路的模型导出了弹体的动力学方程,分析了影响弹体发射的主要因素,给出了MATLAB仿真结果.

磁阻型电磁发射实验仪的设计与应用

利用大学物理相关知识对磁阻型电磁发射原理进行了理论推导和仿真分析,进而设计并制作了磁阻型电磁发射实验仪。借助专门设计的电源系统、控制系统、测量系统,不仅实现了单级磁阻型电磁发射,还可完成发射过程中相关技术参数的定量测量,再辅以层次化的实验内容设计,搭建出了一个供学生开展多种类型物理实验的实验教学平台,能满足本科学历教育中大学物理实验、普通物理实验等物理实验课程教学需求。