增强型轨道炮电感梯度及其影响因素

电感梯度对轨道炮性能有着重要影响。为了实现对增强型轨道炮电感梯度的数值计算,推导了电枢受力公式,介绍了二维时谐涡流场的控制方程,建立了计算电感梯度的二维有限元模型,对一种典型结构增强型轨道炮的电感梯度进行了精确计算,讨论了电感梯度受时谐分析频率和外轨道尺寸影响的规律,给出了不同影响因素下轨道内部电流密度和空间磁力线的分布图,并据此解释了电感梯度变化的原因。根据分析结果给出了增强型轨道炮的优化设计方案。

增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性研究

为研究增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性,通过实际发射试验得到炮口电压、轨道电流、电枢速度和位移等数据以及发射器机械结构的实际参数。在分析电枢在膛内运动过程的基础上,建立了接触电阻与炮口电压、轨道电流、电枢速度、电枢位移等物理量之间的数学模型。进一步分析了在互感系数不同情况下电枢的接触电阻变化规律。将该变化曲线与试验轨道三维建模模型损伤图形和实际发射试验后轨道图像进行比较,发现轨道烧蚀和摩擦损伤情况随着电枢位移和接触电阻变化呈现烧损、滑动和磨损等典型特征,为预测轨道损伤提供了参考依据。

串联型双轨增强电磁轨道炮电路模拟

建立了包括脉冲电源模块和电磁轨道炮的全电路模型,实现了从电源放电至电磁轨道炮发射过程的全电路模拟。根据电源放电与洛伦兹力加速的耦合方程组,在电路模型内将电源的基本单元封装成子电路模块、弹丸受力运动模型转化为电路解耦模块,建立了针对24个基本单元组成的电源网络驱动串联型双轨增强电磁轨道炮的电路模型。将模拟结果与实验结果进行对比,电流模拟结果偏差2.6%,电枢出膛速度模拟结果偏差9.8%,模拟与实验结果基本一致,验证了模型方程和模拟方法的可靠性和合理性。

增强型电磁轨道发射器的电磁场仿真分析

为了分析增强型电磁轨道发射器的电磁场分布和电感梯度的影响因素,介绍了增强型电磁轨道发射器的基本原理,建立了2对导轨结构的增强型电磁轨道发射器的3维电磁场仿真模型,利用ANSOFT电磁场有限元分析软件对不同几何参数轨道炮的电磁场进行了仿真,给出了不同条件下的磁场和电流密度分布图,对其电感梯度进行了计算,并总结了几何参数对电感梯度的影响规律。仿真结果表明,在综合考虑导轨的机械和热承受能力的前提下,增强型电磁轨道发射器的内外导轨间距越小,电感梯度越大;导轨的厚度越小,电感梯度越大。与单对结构相比,该结构能够提高轨道电磁发射器的电感梯度1倍以上。

晶闸管关断特性在增强型轨道发射系统中的影响分析

基于一种增强型轨道炮负载特性,从机理上分析了大功率晶闸管关断特性在增强型轨道发射系统中的影响。研究结果表明,增强型轨道炮发射过程中脉冲成形网络部分电能得不到有效利用,分析原因是增强型轨道炮的初始电感较大,导轨电流具有梯形波特性,从而使发射初始阶段后膛电压具有较高的幅值,导致该阶段放电的脉冲成形单元存储的电能没有释放完全,大功率晶闸管就因承受了反向电压而关断。通过对增强型轨道炮系统仿真和发射试验验证了上述结论。根据增强型轨道发射系统中脉冲成形网络的实际状况,对剩余电能再利用的方法进行了探讨。研究结论对大功率晶闸管在增强型轨道发射系统中的工程应用具有指导作用。

增强型电磁轨道炮电磁结构耦合有限元分析及结构优化设计

以增强型电磁轨道炮为研究对象,利用Ansoft Maxwell和ANSYS Workbench软件建立了轨道炮的电磁结构耦合有限元模型,通过Ansoft Maxwell电磁场有限元分析得到了电枢和导轨的电磁力分布情况,把电磁力作为载荷导入ANSYS Workbench中,对轨道炮的主体结构进行了动力学分析,得到结构的等效应力和变形分布情况。基于正交试验优化方法,对轨道炮的结构关键设计参数进行了优化设计,使优化后结构的强度和刚度满足实际需求。

串联并列增强型轨道炮电磁特性分析

介绍了串联并列增强型轨道炮基本结构与原理,采用有限元分析方法,仿真分析了轨道内电流分布、炮膛磁感应强度、电感梯度值在50Hz半周期正弦电流激励下的特点。结果表明,串联并列增强型轨道炮在幅值为200kA的50Hz半周期正弦波电流作用下,轨道不同位置电流出现幅值和相位上的差异,出现的电流密度最大值为763MA/m^2,轨道边缘电流相位超前于轨道中心位置处;5ms时刻磁感应强度最大值为7.004T,磁感应强度呈中心对称分布;5ms时刻电感梯度值为7.48μH/m,此时可产生电磁发射力为150kN。分析认为串联并列增强型轨道炮具备良好的电磁发射特性,本研究为该轨道炮的设计提供了依据,对实用化轨道炮技术研究具有一定的参考价值。

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。

基于炮尾电压的串联增强型电磁轨道炮滑动电接触特性分析

为研究局部增强型电磁轨道炮的滑动电接触特性,提出一种基于炮尾电压的计算分析方法。通过构建接触电阻、炮尾电压、炮尾感应电压以及轨道电流间的数学模型,定量表征电枢与轨道间的滑动接触电阻。根据接触电阻的波形特征,将电枢与轨道间的接触状态分为启动阶段、接触电阻稳步下降阶段、电阻增长阶段和单轨阶段4个阶段。计算了系统的发射效率与接触电阻焦耳热能耗率。结果表明:在电枢启动阶段枢轨间的接触主要为固体-固体接触,接触电阻偏大;逐渐形成的铝熔膜会使实际接触面积增大,改善接触状态;接触电阻与电枢所受到的磁压力呈负相关;接触电阻是影响发射效率的重要因素之一。由此可见对局部增强型电磁轨道炮滑动电接触特性的分析工作为轨道炮的机理研究与设计起到了积极作用。

增强型轨道列表星历及其在北斗混合星座中的应用

为了改进北斗卫星数小时内的力模型精度,分析日月引力摄动和光压摄动的短期变化特性,提出基于二次多项式逼近日月引力摄动的15参数增强型轨道列表星历模型。利用该星历模型对北斗的5 GEO+5 IGSO+4 MEO混合星座进行了为期11天的星历拟合实验。结果表明,三类卫星在非地影期的2小时星历拟合精度优于1 cm。增强型轨道列表星历模型没有轨道根数的潜在奇点问题,能够为我国北斗星座和星基增强系统提供更多可行的星历模型选择。

平面型增强轨道层数对电枢受力影响分析

电磁轨道的放电烧蚀对发射装置的发射效率和寿命产生重要影响。平面增强轨道能显著增加电感梯度和减小电流,进而能够减小导轨的放电烧蚀。应用ANSYS Maxwell电磁场数值仿真软件,建立了三维电磁发射装置模型。分析了多层轨道在脉冲整形电流激励下,各个轨道在电流最大时刻,电枢纵向对称面和横截面上电磁场和电流密度分布规律。对比了各层轨道中电枢发射方向受力随时间的演化规律和电枢承受的冲量,确定出双层导轨具有更优异的性能。

增强型电磁轨道炮导轨的多场耦合分析与研究

为了研究增强型电磁轨道炮在发射过程中的电磁场分布、温度变化以及形变的动态过程,对轨道炮双轨进行了电磁-温度-结构三维耦合仿真分析。分析过程中考虑了焦耳热、接触电阻热和摩擦热的瞬态特性,通过电枢位移与时间的关系,对导轨进行分段建模,计算了导轨在不同热载荷下的瞬态温升分布以及瞬态扩张量分布。结果表明:主轨表面温度主要是由焦耳热引起的,接触电阻热和摩擦热对主轨温升分布有一定影响,炮尾处温升最大;相同冷却时间下增强型轨道炮导轨比简单轨道炮导轨温度梯度低;导轨扩张量主要是由电磁力引起的,电流焦耳热对扩张量略有影响。该多场耦合分析过程可为电磁轨道炮的设计提供参考。

平面增强型六极轨道电磁发射器仿真与分析

文中提出了一种新型平面增强型六极轨道电磁发射器,平面增强型六极轨道可获得高的电感梯度和优良的磁屏蔽效应,平面增强型六极环向磁场与抛体的正交环向电流相互作用产生电磁推进力,其磁场屏蔽思想是平面增强六极轨道在运动区域磁场互相抵消的结果。根据轨道电流流入方式的不同会造成不同的磁场屏蔽效果和电磁推进力,文中提出3种典型电流流入构型,并对3种典型构型进行详细仿真与分析。

增强型电磁轨道发射器电磁场和电感梯度仿真分析

为研究增强型电磁轨道发射器的电磁场和电感梯度特性,建立增强型电磁轨道发射器2维仿真计算模型进行仿真分析。采用有限元方法,在500 Hz、1 MA正弦电流激励条件下,分析比较层叠增强型和平面增强型电磁轨道发射器的电磁场和电感梯度。结果表明:与普通轨道发射器相比,增强型电磁轨道发射器电磁场和电感梯度有较大提升;增强型电磁轨道发射器轨道高度越低,磁场强度和电感梯度越大;增加辅助轨道层数能够提高增强型电磁轨道发射器的磁场强度和电感梯度。

增强型电磁轨道炮瞬态温升时空分布

轨道瞬态温升时空分布特性对于增强型电磁轨道炮发射效率具有极其重要的作用。该文从接触电阻瞬态特性、枢轨接触压力瞬态特性的角度,对轨道电阻焦耳热与摩擦热共同影响轨道瞬态时空温升的分布特性进行研究。通过发射试验得到的炮口电压、轨道电流、电枢位移等数据建立这几个物理量之间的数学模型,计算分析了增强型电磁轨道炮枢轨接触电阻瞬态特性,获得了轨道接触电阻焦耳热分布;应用瞬态接触压力计算方法模拟枢轨接触压力的瞬态特性,获得了轨道摩擦热分布。为研究轨道瞬态温升时空分布特性,通过电枢运动位移、速度与时间的关系,对轨道进行分段建立瞬态温度场计算模型并采用电-磁-热耦合的计算方法,得到了以电阻焦耳热与摩擦热为热载荷共同作用下的轨道温升时空分布特性。数值模拟结果表明:随着电枢高速运动,摩擦热随之逐渐上升,接触电阻热较小;发射过程中临近炮尾的轨道温升较大,表明了炮尾轨道为热管理的关键部位,为电磁轨道炮的热设计提供了理论依据。

增强型电磁轨道发射器重要参数分析及优化

为研究增强型电磁轨道发射器性能参数的影响并且预测发射器性能,建立了基于脉冲电源仿真模型、磁扩散方程有限元模型和运动学方程的增强型电磁轨道发射器计算模型。分析了轨道参数、电气参数和载荷质量对发射器出口动能和系统效率的影响;同时考虑出口动能和系统效率作为双目标,通过NSGA-Ⅱ优化算法对发射器的重要参数进行优化。结果表明:轨道长度、电容值和载荷质量对性能指标的影响是非单调的。优化模型能够有效求解增强型电磁轨道发射器重要参数的Pareto最优解集,为增强型电磁轨道发射器的优化设计提供理论依据和技术支持。

基于VMD-OptShrink的增强型电磁轨道炮炮口电压噪声压制及应用

利用电磁轨道炮炮口电压测量信号可以计算出发射过程中滑动电枢与铜轨道表面的接触电阻以分析接触特性。由于发射器增强轨道的特殊结构会产生幅值很大的反向感应电动势,且存在脉冲形成网络的放电时序问题,导致检测到的炮口电压波形会受到系统噪声的干扰,难以准确计算出接触电阻。针对此问题,提出一种基于VMD-OptShrink的炮口电压系统噪声压制方法去除炮口电压中的锯齿状噪声,该方法首先利用变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)可实现依据频率特性进行信号时域分解的特点,对炮口电压信号进行时频域的模态分解,然后在时频分解域内利用OptShrink对分解信号进行低秩成分提取,得到去噪后的炮口电压,最终解算出接触电阻用于分析轨道炮枢轨接触特性。试验结果表明,该方法可以很好地压制炮口电压系统噪声,计算出的枢轨接触电阻波形光滑,有利于分析枢轨接触特性;枢轨接触电阻在发射初期变化剧烈,迅速降低,之后呈现缓慢波动上升的特点,直至电枢滑动出炮口接触电阻骤增。该分析方法对工程中电磁轨道炮发射状态监测提供了一种新的可靠参考。

风云3C增强北斗定轨试验结果与分析

首次搭载GPS/BDS双模接收机全球导航卫星掩星探测仪(GNOS)的风云三号C星于2013年9月23日的成功发射,为研究低轨卫星对BDS定轨增强提供了便利。本文首先对低轨卫星GNOS搭载的GPS/BDS双模接收机的观测数据进行统计,并分析了伪距测量精度。然后在全球测站、区域测站两种布局情况下,对无GNOS的BDS单系统定轨、无GNOS的GPS/BDS双系统定轨、有GNOS的BDS单系统定轨增强、有GNOS的GPS/BDS双系统定轨增强4种方案进行北斗轨道及钟差比较分析。结果表明,GNOS对北斗卫星轨道增强在全球测站下,GEO卫星切向精度提升最为显著,提升程度达60%,其次是法向和其他类型卫星切向,部分弧段个别GEO卫星径向精度稍有下降。双系统定轨增强中可视弧段钟差重叠精度RMS值有0.1ns量级改善。7个国内测站区域监测网的定轨试验中对轨道进行了预报,结果表明GNOS对北斗GEO卫星轨道预报精度切向提升达85%,其余方向及卫星有较大改善,平均21.7%。可视弧段钟差重叠精度RMS值有0.5ns量级改善。

3种测站布局星载观测数据增强定轨研究

低轨卫星(LEO)星载观测数据可削弱导航星精密定轨时对地面站的依赖性。分析了在全球测站均匀但不均衡、国内区域测站加入我国南北极测站、仅国内区域测站3种测站布局情况下,加入LEO进行联合定轨时LEO对导航星定轨的增强程度。使用双星GRACE和地面实测数据进行了定轨实验分析,并对轨道进行1 d预报。结果表明,3种测站布局加入LEO后定轨精度一维RMS分别提高了6 mm、2.7 cm和2.5 dm,提高程度分别在19.5%、38.2%、63.1%,区域测站提高最为明显,加入我国南北极测站定轨精度提高至5 cm以内;切向、法向、径向均有相应程度的提高,切向稍大;轨道预报精度分别提高了15.3%、28.9%、66.0%,与定轨精度提高程度相一致。

电磁轨道炮结构改进与性能仿真对比分析

电磁轨道炮是电磁发射器主要研究的类型,传统轨道炮与增强型轨道炮都存在着轨道烧蚀、电枢受力不均、电流过度集中等问题。文中针对当前轨道炮的不足,设计了一种改进型轨道炮结构,运用建模理论推导与软件仿真相结合的方法分别对传统轨道炮、平面增强型轨道炮和层叠增强型轨道炮、改进型轨道炮基本模型进行了对比分析。结果表明,改进型轨道炮具有结构简单稳定、电磁推力大、电流分布均匀等优点。