螺旋线圈电磁炮中一种新型弹丸的受力仿真分析

基于Ansoft电磁场有限元分析软件,建立了一种新型线圈炮的二维仿真模型,其弹丸设计为在铜线圈内置一块圆柱形铸铁。对不同材质弹丸在发射管内的磁场分布和弹丸受力与位置、电流大小的关系进行了仿真计算。结果表明,线圈-磁阻复合型弹丸受的加速力较大,而且在同一条件下只需小电流就可获得较大的加速力。仿真结果为HCEL结构的进一步设计提供了参数支持。

基于Boost变换器的线圈电磁炮储能与发射电路设计

基于Boost变换器拓扑结构,结合线圈电磁炮的充放电回路,给出了一种简单可控的低压驱动线圈炮电路设计方案。将低压电源经Boost变换器升压后,直接接加速线圈再经IGBT到地,简化了线圈电磁炮的充放电回路。同时Boost变换器输出电压采样反馈给单片机形成闭环控制,单片机PI调节输出相应PWM信号来改变输出电压高低,实现发射距离可控,改变IGBT的通断即可控制发射。同时电路中加入多重保护措施,使整个设计的安全与可靠性能较高,设计过程软硬结合。

STM32单片机小车及其所搭载的线圈电磁炮设计

针对线圈电磁炮受线圈固定影响,发射角度范围不足的问题,设计并制作以STM32F103C8T6单片机小车为载体、发射管长度为20 cm的线圈电磁炮实验机,进行理论推导、机械设计、计算机仿真以及实验测试研究。以电磁轨道炮为例分析其优势与短板,结合单片机原理、电路分析等学科基础,提出了利用单片机小车搭载线圈电磁炮的设计思路,并利用物理、机械原理等理论知识进行了可行性分析,确定了实验车及线圈电磁炮的实际设计方案。研究结果表明,经单片机小车搭载过的线圈电磁炮依旧能够保证较为优良的发射稳定性,同时为固定的线圈电磁炮体增加了活动性,实现了小体积化线圈电磁炮的进一步应用,并验证了电压对电磁炮瞄准的作用,有助于推进电磁发射技术的实际应用发展。

多级电磁感应线圈炮级间电磁力耦合分析

基于多级电磁感应线圈炮在消防领域发射灭火弹的工程应用,提取多级电磁感应线圈炮具有代表性的首端-中部-尾部驱动线圈搭建电磁-结构耦合分析模型,由麦克斯韦方程组得到了电涡流场的控制方程,分析了驱动线圈反作用方程及反作用力,通过运用ANSYS电磁-结构分析工具,结合工程实际,对多级电磁感应线圈炮驱动线圈的电磁-结构耦合进行仿真分析,分析了多级电磁感应线圈炮级间电磁力耦合特性。表明多级电磁感应线圈炮位于不同部位的驱动线圈触发后运行的动态特性有所不同,驱动线圈级联运行存在电磁耦合现象,在相同电枢、相同脉冲电源触发供电运行时,该耦合力幅值受到驱动线圈级间距影响。

多级电磁感应线圈炮的级间耦合特性

多级电磁感应线圈炮在发射过程中,前面各级驱动线圈放电产生的磁场和电枢自身感应电流产生的磁场都会耦合进入下一级驱动线圈,对驱动线圈的加速性能产生影响。基于多级感应线圈炮等效电路模型,建立了带有续流二极管的多级感应线圈炮数学模型,得到了其推力方程和运动方程。基于电磁感应定律,分析了2种耦合因素作用时下一级驱动线圈中感应电动势和感应电流的变化。基于场路耦合,对多级感应线圈炮进行了仿真,得到了不同情况下的耦合特性。研究结果表明:多级线圈发射中存在耦合效应;根据耦合磁通的不同,后面各级驱动线圈上会产生正向或反向串联的电动势;正向串联电动势有利于线圈炮的加速。

电磁线圈炮计算程序的收敛性与实验验证

根据电磁线圈炮中推力线圈与电枢之间的感应耦合方程和电枢动态响应方程,考虑发射过程中推力线圈和电枢的欧姆加热,开发了电磁线圈炮的计算程序,给出了程序的算法和流程。分析了程序的收敛性,认为最大时间步长和电枢最大网格均依赖于驱动脉冲波形的上升时间。通过模拟结果与单级线圈炮实验测量结果的比较,验证了程序的有效性。模拟的线圈电流波形与实验波形吻合较好,模拟的出口速度比测量速度大约6.5%。程序收敛性和有效性的验证表明该程序可用于电磁线圈炮系统的初步设计。

电磁线圈炮测控系统软件研究与设计

电磁线圈炮试验过程的特殊性对其测控系统软件性能要求很高,而传统测控软件在通信速率、可靠性和实时性等方面都难以满足电磁线圈炮测控要求。针对这一问题,研究了电磁线圈炮实际测控需求,利用LabWindows/CVI结合标准C语言设计基于CAN总线通信协议的电磁线圈炮测控软件,软件采用客户机/服务器网络体系结构,主要测控资源由数据库管理,同时符合模块化开发要求,具有良好的可扩展性。实际应用表明该软件响应性能良好,网络通信传输速率快,具有较高的实时性和可靠性。

线圈型电磁炮的物理模型与控制研究

电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速、使其达到打击目标所需的动能的武器,可大大提高弹丸的速度和射程。电磁炮根据原理和结构分为线圈炮、轨道炮、电热炮和重接炮四种,本文主要对线圈型电磁炮展开研究,从运动学和电磁力两个方面进行原理分析。重点对电路、控制方案选择、优化以及误差的处理进行了全面研究。

二极管的整流滤波特性及电磁线圈炮的制作

通过理论分析二极管的形成过程,了解半导体硅pn结正向导通电压;利用数字万用表描绘出硅pn结的伏安特性曲线,得知pn结的正向导通、反向截止的特性;通过分析半波整流电路、全波整流电路和滤波电路,设计实验,由正弦函数发生器产生正弦信号,分别从电阻上取电压信号输到示波器上进行显示,获得经过半波整流电路、全波整流电路和滤波电路以后的信号,并将滤波后的信号给音乐芯片、收音机提供电源,使音乐芯片和收音机正常工作.通过高压二极管组成的全波整流电路对220 V交流电进行整流,变成高压直流对电容器充电作为电源,然后电容器对线圈放电产生强瞬时脉冲电流,制作出电磁线圈炮.

模拟线圈型电磁曲射炮设计

本设计在电磁感应原理产生电磁场的基本理论基础上,模拟简易线圈型电磁曲射炮,用电磁力将弹丸射出,击中目标环形靶。针对电磁炮进行了系统方案设计与比较,电路中主要以STM32作为主控芯片,通过Open MV摄像头采集数据给单片机进行数据处理,控制舵机对云台进行角度和方向调整,运用逆变器将12V直流电源转变为为220V交流电源,将并联电容组作为储能容器,利用单片机控制系统控制可控硅的导通,以达到精准放电的目的。另外可根据不同的要求设置不同的发射模式选择。

基于场路耦合的多级感应线圈炮内弹道分析

为研究多级感应线圈炮中电枢的受力、加速和过载等内弹道特性,基于电磁场理论,建立了同步感应线圈炮的数学模型,并给出了线圈炮的控制方程和电磁力计算方法.结合场路耦合模型,对3级感应线圈炮进行了有限元仿真.该仿真模型得到的最大过载可达15 000g.仿真分析表明:发射过程中,电枢不仅会受到很大的过载,而且其受到的电磁力在运动中会发生反向;随着电枢速度的提高,电磁力反向时刻不断提前,电磁制动力不断增大,加速力不断减小.

基于瞬态多物理场求解器的电磁轨道炮发射过程建模与仿真

为研究电磁轨道炮发射过程中瞬态多物理场的作用机制与内在规律,建立包含电路、电磁场、热场和结构场的数学模型。模型中计入材料非线性、结构变形、接触碰撞等实际因素。采用隐式有限元格式求解电磁场和热场以及显式有限元格式求解结构场,利用载荷传递和时间同步实现各物理场之间的耦合,发展出一种瞬态多物理场求解器。通过固体电枢型电磁轨道炮、同步感应式电磁线圈炮等算例,讨论了发射过程计算结果的合理性。结果表明,电磁炮的发射是多场耦合、多部件相互作用下的一个复杂动力学过程,存在电流和磁场扩散、温升、应力传播、接触碰撞等瞬态现象,发射性能与结构、材料和激励密切相关。该求解器可为电磁发射系统及其关键部件提供一种辅助设计手段。

模拟电磁曲射炮控制系统设计

电磁炮以其易于使用、性价比高,在未来武器的发展计划中成为越来越重要的一部分。模拟曲射炮以STM32F103单片机为控制中心,由12864显示屏、舵机、云台、超声波检测模块、键盘、自制电磁炮等组成。利用超声波传感器检测引导标识的位置,实时采集到的数据通过串行接口输入单片机,计算炮筒旋转及仰角角度,通过PWM技术把直流电压变成电压脉冲序列,控制舵机工作和云台移动,使炮筒精准的转动并改变仰角角度,击中移动环形靶。本装置精度高,性能良好,能完成相应的功能。

三级线圈炮发射系统设计

文章利用了Maxwell 16.0对感应型线圈炮进行仿真分析,通过对铝弹触发位置、铝弹外径的仿真分析,设置合理的仿真参数,得出三级线圈炮发射仿真结果;在仿真结果的基础上,以FPGA为控制器,设计了电磁炮发射主电路、开关控制电路以及光电测速电路,构成了电磁线圈炮实验平台;通过多次实验及分析,实验结果与仿真相符,验证了实验平台的可行性及仿真的合理性。