被动电磁装甲对金属射流横向电磁力的计算及验证

为提高装甲防护性能,对被动电磁装甲中金属射流所受横向电磁力作用机理进行了研究。在等效电路模型基础上,建立了金属射流横向受力模型并具体讨论了射流微元所受横向电磁力随时间和位置的变化;结合虚拟源点理论,建立了不同速度金属射流微元穿过被动电磁装甲板后的横向偏移速度模型。计算显示,当电压达到35kV时,近一半长度金属射流产生有效偏移;试验中观察到了金属射流的横向偏移效果。上述研究进一步完善了被动电磁装甲对破甲弹的防护机理。

被动电磁装甲对金属射流箍缩电磁力的计算及验证

为提高装甲防护性能,对被动电磁装甲中金属射流所受箍缩电磁力作用进行了研究。在等效电路模型基础上,给出了与箍缩电磁体积力等效的表面电磁压强理论公式,分析了等效表面电磁压强随时间振荡衰减变化的规律;通过分析平均等效表面电磁压强的临界现象,认为金属射流半径与趋肤深度的比值r槇<1时,平均等效表面电磁压强会随相对半径的减小而急剧增大。数值模拟和理论分析结果都显示:在合适参数下,平均等效表面电磁压强会在金属射流较细部位急剧增加,从而导致腊肠不稳定性。5kV被动电磁装甲试验结果显示:金属射流受箍缩电磁力影响后,在后效靶板上的穿孔直径明显比不加电情况大。上述研究进一步完善了被动电磁装甲对破甲弹的防护机理,对被动电磁装甲的应用具有一定的指导意义。

金属穿甲杆或射流受被动电磁装甲电磁力作用物理模型

电磁装甲技术是一项新概念战斗车辆防护技术。首次明确提出了应用电磁力理论原理分析电磁装甲的问题,利用电磁学的理论推导出系统在加电工作状态下射弹受力方程,建立了被动电磁装甲(PEMA)的物理模型,并对其进行计算机仿真。

被动电磁装甲对金属射流的电流作用特性

为进一步明确被动电磁装甲防护机理,对金属射流的电流作用特性进行了研究。在等效电路模型基础上,分析了脉冲电流的时频特性,提出一种基于频域分析的脉冲电流趋肤效应分析方法。得到了射流内不同时刻的电流密度分布计算方法,研究了放电过程中电流趋肤深度随时间变化的规律。通过与仿真分析结果的比较,给出了计算误差,验证了该分析方法的正确性。最后,根据作用时间模型分析了射流微元所受电流作用的特性。结果表明,脉冲电流具有较宽的频域分布,其电流密度分布不同于单一频率的时谐电流,并非所有时刻电流密度都随深度增加而减小,在脉冲下降沿会出现导体表面的电流密度小于内部电流密度的现象。而脉冲电流对金属射流的作用主要集中在速度小于4km/s的射流尾部,而且越靠近表面的单元受到的作用强度越大。上述研究为被动电磁装甲的优化提供了研究基础。

被动电磁装甲系统的电感参数分析

把被动电磁装甲系统的电感划分为4个部分,分别进行了计算和讨论。根据计算所得的电感,获得了被动电磁装甲理论放电电流。通过与被动电磁装甲实测放电电流对比,有很好的一致性,说明电感计算方法可靠,为工程上控制电感量提供了依据,为被动电磁装甲的实验设计奠定了基础。

被动电磁装甲非线性力承载分析的力学、数学模型

电磁装甲技术是一项崭新的军用技术,目前,世界上许多军事强国的研究机构已经在积极地开展理论研究和缩比实验,并取得了很多的研究成果。在本文中,作者首次明确地提出了应用电磁力理论原理分析电磁装甲的问题。利用电磁学的理论建立了被动电磁装甲(PEMA)数学计算模型;以穿甲弹的穿甲杆为例,借助功能强大的有限元分析法,推导了采用能量法将分布力转化为集中力的求解过程。这一推导过程经过变形后同样适用于对金属射流作用原理的分析。

基于射流变形机理被动电磁装甲板间距优化分析

为提高被动电磁装甲防护性能,基于时间窗原理和虚拟源点理论,建立了脉冲电流对不同速度聚能射流微元作用时间的数学模型,确立了射流微元受脉冲电流作用累积时间最长为结构优化目标,通过数值计算得到了虚拟源点到前装甲板距离之间越大以及射流头部速度和射流尾部速度比值越大,装甲板间距也越大的结论。在认为射流为全塑性体及电流完全分布在射流表面的情况下,得到了能够使射流产生变形的临界电流、与阿尔芬波速相关的变形时间常数和脉冲电流对射流微元的实际作用时间。此研究为电装甲板间距设计提供了参考。

装甲结构对被动电磁装甲防护射流性能的影响

为了实现被动电磁装甲对射流产生更加充分的破坏作用,减小装甲结构设计对射流参数的依赖性,提出了多层板结构被动电磁装甲。通过对多层板装甲等效电路的分析可知,在射流电阻占系统电阻主导的情况下,随着装甲板层数的增加,通过射流和装甲板的脉冲电流将大大提高。同时对多层装甲板电感计算可知,多层装甲板能够有效减小系统电感。通过对射流在多层装甲板间运动规律的分析,建立了脉冲电流对射流作用的数学模型,通过数值计算可知多层装甲板结构能有效减小射流头部和尾部的有效侵彻长度,并增加脉冲电流对射流的作用时间。

基于电爆炸机理的被动电磁装甲板结构优化

基于聚能射流在脉冲电流作用下的电爆炸作用机理,对被动电磁装甲板的结构参数进行了优化.分析了等效电感与装甲板宽度和板间距的关系,结合作用时间模型讨论了板间距和源点距离对作用时间的影响.提出了以爆炸比为目标的装甲板参数的优化方法,对装甲板参数的关系进行了优化.结果表明:装甲板电感可以近似认为是间距和宽度比值的函数,宽度增大和间距减小均会使等效电感减小;但是,当宽度超过一定值时,电感变化率会很小.通过分别计算爆炸比和比作用量的最大极大值,得到两者与最优间距和源点距离的关系.

被动电磁装甲对金属射流欧姆加热作用的分析

为探究被动电磁装甲系统对金属射流的防护机理,建立了被动电磁装甲系统对金属射流作用的等效电路模型.结合虚拟源点理论,建立了不同速度金属射流微元穿过被动电磁装甲板后的比作用量模型,并利用MATLAB软件对金属射流微元比作用量进行了数值分析,获得了金属射流微元的比作用量随速度和时间的变化规律.结果表明:金属射流受到欧姆加热作用的影响后,积累的比作用量大于汽化所需要的值;当被动电磁装甲系统初始储能达到一定值时,能使穿过电磁装甲板的金属射流发生电爆炸.

被动电磁装甲对聚能射流的电-热作用耦合分析

为提高被动电磁装甲防护效果,研究了被动电磁装甲的电-热作用机理,建立了被动电磁装甲对均匀拉伸聚能射流的电-热作用耦合分析模型,进行了静态铜杆和运动射流温度场分布的数值分析。通过试验验证了耦合分析模型的正确性和可行性。运动模型的分析结果表明射流侵彻被动电磁装甲时,射流的熔化开始于速度为5.8 km/s左右的射流中部,而气化和电爆炸现象发生在速度小于4.5 km/s的射流尾部。分析结果也为被动电磁装甲的优化提供了研究基础。

被动电磁装甲数学建模及其受力仿真

在分析了电磁装甲的分类及作用机理的基础上,利用电磁学的理论,建立了被动电磁装甲数学计算模型;并借助Original仿真软件显示出目标受力的分布情况.

被动电磁装甲不同接线柱位置对金属射流电磁力的影响

金属射流在脉冲大电流作用下的稳定性是影响被动电磁装甲作用效果的关键因素之一.理论分析被动电磁装甲对金属射流的作用机理,构建2种不同接线柱位置的被动电磁装甲和金属射流的电磁仿真模型.利用数值仿真方法,分析静态情况下金属射流的电流分布特性、金属射流整体受力及典型位置的受力情况.研究表明,在不考虑射流速度时,接线柱在金属板对角情况的箍缩效果较为明显,而接线柱在金属板的同侧时,其横向扰动效果较为明显.要实现被动电磁装甲对金属射流的有效扰动和破坏,还需对金属板接线端子的位置进行参数优化.

多层板被动电磁装甲结构电路分析

在装甲总厚度一定的前提下提出了多层板结构装甲模型并得到了等效电路,通过对多层板结构被动电磁装甲进行了电感计算,分析了装甲板层数、射流电阻及装甲板电感对被动电磁装甲脉冲放电电流的影响,证明了装甲板层数的增加有利于增强脉冲电流对聚能射流破坏作用。

被动电磁装甲电路特性的模拟试验

通过分析被动电磁装甲和金属射流相互作用的机理,建立了被动电磁装甲系统的电路模型,设计了研究被动电磁装甲防护机理的试验装置,对多组金属导体进行了模拟金属射流的电爆炸试验,分析了脉冲电源的参数对金属导体的电爆炸时间和电流波形的影响。研究结果对金属导体的电爆炸理论应用于被动电磁装甲对射流的防护机理研究具有重要意义。

被动电磁装甲对铜射流破坏作用仿真与实验研究

为了实现被动电磁装甲对射流的防护作用,分别对轴向脉冲电流对射流的颈缩、扭曲作用及装甲板对射流产生的横向电磁力作用机理进行了理论分析,考虑脉冲电流趋肤效应和射流为率相关弹塑性模型的前提下,利用ANSYS对这三种作用机理进行了电磁结构耦合仿真,分别得到了电流密度、磁感应强度、电磁力在射流上的分布规律以及射流的最终变形。最后针对三种作用机理分别进行了实验,实验结果证实了被动电磁装甲能够对射流产生破坏作用,在静破甲试验中,当充电电压为5 k V左右,峰值电流为150 k A时,直径为39.2 mm的破甲弹产生的射流侵彻深度降低了8.6%。

基于电爆炸机理的被动电磁装甲板间距优化分析

为探究最优的装甲板间距,在对被动电磁装甲系统的原理进行分析的基础上,结合虚拟源点理论建立了金属射流的作用时间模型,分析了装甲板间距对金属射流微元作用时间的影响;结合金属射流的比作用量模型,利用Matlab软件对金属射流的比作用量随被动电磁装甲板间距的变化规律进行了数值分析。结果表明:存在最优装甲板间距,使金属射流比作用量的峰值达到最大。

被动电磁装甲板间距优化分析

为增强被动电磁装甲对金属射流的干扰效果,对装甲板间距进行了优化分析。在分析与装甲板间距有关系统参数的基础上,建立了以装甲板间距为寻优变量的目标函数,讨论了不同权重对目标函数和最优板间距的影响。结果发现:要使目标函数取得较小值,应减小完全作用时间的权重和装甲板电感的权重,而增大作用时间的权重,且完全作用时间的权重应大于装甲板电感的权重;当这3个权重分别取经验值0.35、0.4、0.25时,最优板间距约为41 mm。

被动电磁装甲对斜侵彻射流横向电磁力的仿真分析

为分析聚能金属射流斜侵彻被动电磁装甲时脉冲大电流对其产生的横向电磁力,建立了聚能金属射流斜侵彻装甲板的几何模型,给出了内、外装甲板上局部坐标系与空间坐标系的转换关系;运用电流丝法建立了装甲板在局部坐标系下的电流丝方程,进而根据毕奥-萨伐尔定律,建立了磁感应强度计算模型和金属射流瞬态受力模型。运用Matlab对所建模型进行了计算,结果表明:在金属射流垂直侵彻状态下,横向电磁力随时间和位置的变化情况与Appelgren的实验结果十分吻合;在金属射流斜侵彻状态下,横向电磁力主要来自于沿电流方向与射流成锐角的装甲板上的电流,电磁力方向垂直于射流且沿射流呈螺旋状改变。

脉冲电流对金属射流箍缩电磁力的计算及验证

为深入研究被动电磁装甲的防护机理,进行了脉冲电流作用下金属射流受到的箍缩电磁力作用研究。通过频域分析方法得到了脉冲电流在金属射流中的电流密度分布,并结合反趋肤效应现象研究了射流受到的等效表面电磁压强随半径以及电流密度分布的变化规律。通过数值分析表明:脉冲放电的下降沿出现反趋肤效应时,金属射流受到的等效表面电磁压强大于相同电流时出现趋肤效应时的值。通过被动电磁装甲试验验证了脉冲电流产生的箍缩电磁力的作用效果。在注入脉冲电流的情况下,射流在后效靶板上的穿孔直径明显比不加电情况大。上述研究进一步完善了被动电磁装甲对破甲弹的防护机理,对被动电磁装甲的应用具有一定的指导意义。