同步感应线圈发射器弹载存储测试技术研究

该文提出多级同步感应线圈发射器弹载存储动态测试技术。首先,基于电磁场理论定量分析了同步感应线圈发射器发射过程中存在的强脉冲和高过载环境;其次,设计具有抗电磁干扰且抗高过载能力的弹载存储测试装置,并分析了装置的屏蔽效能和承载能力;最后,研制带弹载存储测试装置的测试弹,并开展了30级同步感应线圈发射器动态发射试验,得到同步感应线圈发射器动态过程中磁感应强度数据和加速度数据,与仿真数据吻合,且误差可控制在4.7%,同时揭示了发射始末测试弹存在“规律碰撞”效应和“周期章动”现象。

多级同步感应线圈发射器电枢内膛磁场分布特性影响因素分析

电磁弹在同步感应线圈发射器内发射时需要承受强磁场环境,为探索电磁弹内磁场分布特性,提出元器件布局原则,针对多级同步感应线圈发射器电枢内膛的强磁场分布特性进行了分析,并通过发射器仿真模型对影响电枢内中轴线上磁场分布的影响因素进行了分析。结果表明:电枢的厚度越大,一定范围内发射性能越好,但其产生的环向涡流也越大,从而会抵消减小电枢内膛中的磁感应强度,厚度的增加会减缓磁感应强度的下降速率;电枢的外径越大,其发射性能越好,其中轴线上磁感应强度越小;电枢材料的导电性能越差,电枢内膛中轴线上的磁感应强度越大,发射性能也越差;电枢头部磁感应强度远小于其尾部的磁感应强度,由此可指导后续电磁弹设计以提高安全性。

同步感应线圈发射器多物理场直接耦合分析

为了优化电枢结构性能,基于装备应用需求开展了多级同步感应线圈发射器电磁-结构-温度多物理场直接耦合分析研究。首先,基于电磁场理论推导了同步感应线圈发射器多物理场耦合方程和有限元-边界元方法求解过程;然后,利用LS-DYNA软件进行了三级同步感应线圈发射器多物理场直接耦合分析,并完成了套筒电枢发射分析;最后,得到了同步感应线圈发射器发射过程中电磁力、应力和温度随发射时间和空间结构变化规律,即电磁力、应力和温度集中在电枢尾部区域,且随发射时间逐步向前端和向内层扩散,在电枢前端内层区域,电磁力占比小于0.1%,故在兼顾发射性能和结构性能的前提下,电枢头部厚度可明显减小。

一种组合式同步感应线圈发射器研究

同步感应线圈发射器是一类利用电磁能推进电枢的发射器。普通三级线圈发射器在加速电枢过程中形成的推力不够平滑稳定,且随着速度与推力的增大,驱动线圈易于损坏。文章提出了一种两段三级组合式同步感应线圈发射器设计方案,进而采用有限元仿真软件进行了场路耦合计算,对普通三级线圈同步感应发射器和新设计的发射器的电枢所受电磁力、电枢速度变化等特性的波形进行了比较。结果表明,两段三级组合式同步感应线圈发射器对电枢能产生更大的推力,且推力和加速度变化特性的波形更为平滑稳定;而且其两段三级组合式设计,能够分散线圈的径向受力,从而使驱动线圈不易损坏。物理试验结果验证了仿真计算结果的可信性。

基于过载控制的多级同步感应线圈发射器优化分析

为给电磁发射器系统平稳加速应用研究和发射过载精确控制提供指导,研究了给定过载约束条件的多级同步感应线圈发射器系统的优化设计。提出了以发射速度、发射效率和发射过载加速度为组合目标函数的多级同步感应线圈发射器优化设计方法,并建立了发射器系统仿真模型,通过遗传算法对5级发射器进行了优化分析。得到0.5 m口径、1 m长的5级发射器用于发射625 kg载荷,最大过载限制为33g(重力加速度g=9.8 m/s2)的优化设计方案:各级驱动电路参数相同,充电电压7 kV,电容量7.4 mF,驱动线圈轴向长度185 mm,径向厚度119 mm,匝数308;电枢轴向长度193 mm,径向厚度131 mm;相对各级驱动线圈底部与电枢底部的触发位置分别为122、1、-73、-158、-218 mm。最终发射速度为20.1 m/s、发射效率为15.7%。结果表明,基于组合目标函数的优化设计方法满足给定过载限制条件和平稳加速的设计要求、并且达到发射速度和效率最优。

基于正交试验法的同步感应线圈发射器关键设计参数选择

能量转换效率是限制同步感应线圈发射器(synchronous induction coil launcher,SICL)发展的关键因素。为了提高效率,在线圈发射器设计过程中必须对电源参数、驱动线圈的结构参数,以及电枢触发位置等多个因素进行综合考虑。基于正交试验法对同步感应线圈发射器关键设计参数的选择进行研究,采用场路耦合方法对一个3级同步感应线圈发射器的参数设计及能量转换效率进行了分析。计算结果表明,在该设计方法下,导线直径和线圈内径是影响电磁线圈发射器设计的两大关键因素,在发射器设计中应结合实际情况予以重点考虑;线圈匝数和触发位置、以及线圈长度对系统的影响表现并不明显。

多级同步感应线圈发射器的自适应设计研究

触发控制策略对于多级同步感应线圈发射器至关重要。然而,随着线圈级数的增多以及电枢速度的提高,触发时序控制和功率调节变得更加复杂,而传统的位置触发策略或时间触发策略的控制效果不尽人意。为此,该文结合多级同步感应线圈发射器的系统微分方程和控制方程,提出了一种自适应设计策略。其核心思想是近似认为相邻级线圈的等效单匝电感相等,进而可根据上一级线圈尺寸计算下一级线圈的匝数,并对该级线圈尺寸进行修正,而线圈的触发时序则取决于线圈中心与电枢尾部的相对位置。基于该策略,以25级同步感应线圈发射器为例,对其结构参数和触发时序进行了自适应设计,并通过与有限元法仿真结果的对比证明了该自适应设计策略的有效性和准确性。此外,该文定量分析了上升距离和转差速度对发射性能的影响,从而为两者的选择和优化提供了参考依据。

同步感应线圈炮实验与仿真研究

为了验证多级同步感应线圈炮的发射能力,测试仿真结果的准确性,设计了小规模的4级同步感应线圈发射系统。该系统由发射器、脉冲功率电源、测控系统和弹丸组成。四级单线圈组件串联排列形成发射器身管,每级线圈由单独的脉冲功率电源供电,时序放电产生的磁场加速弹丸。测试系统测量弹丸的位置,精确控制电源的顺序导通放电。对两种形式的弹丸进行了发射试验,利用该发射系统将650g的圆筒型弹丸加速到125 m/s,效率为6%,将1kg的圆筒型弹丸加速到92m/s,效率为5%。试验结果证明了该发射系统的发射能力,验证了模型的准确性和可行性,为下一步大规模多级发射器的设计提供了工程基础。

多级电磁线圈发射器时序触发控制策略

为优化多级同步感应线圈电磁发射器性能,以提高发射速度和能量转换效率为检验指标,以影响上述指标的触发时序为优化对象,采用遗传算法建立单级同步感应线圈型电磁发射器触发位置优化数学模型,计算最佳触发位置,通过数值和有限元两种仿真系统对优化结果的正确性进行验证。采用该方法对两级以及十级同步感应线圈型电磁发射器的触发时序进行优化研究,并进行仿真验证。为解决仿真系统误差问题,提出采用动子线圈在各级的触发位置和速度作为控制因素的双控触发方式,并研究分析仿真过程中触发开关的随机抖动对出口速度误差的影响,得到最佳触发时序控制策略。

一种轨道-线圈混合发射器的原理与性能分析

轨道-线圈混合发射器综合了轨道式电磁发射能发射超高速发射体和线圈式电磁发射能发射大质量物体的优点,较易使大质量发射体达到超高速。文章叙述了它的结构,分析了它的运动过程和性能,并论述了混合电磁发射的优点。

新型同步感应线圈发射器触发控制实验研究

为了研究新型同步感应线圈发射器触发控制问题,设计了考虑电枢初速度的软触发控制方式。通过仿真求取了不同放电电压时电枢获取的初速度,以及不同电枢初速度对应的软触发时间序列。进行了新型同步感应线圈发射器发射实验,实验结果与仿真结果误差在13%左右,吻合良好,说明软触发控制方式具有较高的触发控制精度,能够满足当前对同步触发控制的要求。

三级同步感应线圈发射器的速度抖动

同步感应线圈发射器是电磁发射器领域的重要分支,多级同步感应线圈发射器通过对各级驱动线圈的有序放电来推动电枢向前运动。介绍三级同步感应线圈发射器的工作原理,对速度抖动进行理论分析,在对一个给定参数的三级同步感应线圈发射器进行电磁场仿真计算的基础上,通过不同触发时间的模拟,得到了速度抖动的影响规律。分析结果表明:毫秒级以下的抖动对三级电磁线圈发射器的速度不会造成显著影响,可适当降低对高压开关等器件的响应时间要求。

多级同步感应线圈发射器触发控制研究

为了研究多级同步感应线圈发射器触发控制问题,改进了多级同步感应线圈发射器的结构,增加了圆盘线圈为电枢提供初速度,并设计了考虑电枢初速度的软触发控制方式,通过仿真求取软触发时间序列。实验结果表明改进的触发控制方式增加了触发控制的准确性,有利于提高发射效率。

多级感应线圈发射器测控系统设计

将电枢加速到较高速度，通常需要多级感应线圈连续加速；而提高多级感应线圈发射器的发射效率，则要求在电枢处于驱动线圈最佳触发位置时，电容器组同步放电。同时，需要采集发射过程中电枢的速度、电源的放电电压和放电电流等数据。因此，研制合理的测控系统是多级感应线圈发射器的关键。

基于遗传算法的同步感应线圈发射装置参数优化

发射速度和能量转换效率是同步感应线圈型电磁发射装置(SICEML)最重要的两项指标。驱动线圈和电枢的结构参数、驱动线圈匝数以及电枢初始触发位置都会对这两项指标产生影响。以上述参数为变量,以发射速度和能量转换效率之积为目标函数,引入遗传算法对单级SICEML参数进行了优化设计,并利用有限元软件进行了仿真验证。结果表明:在储能与发射装置总体体积不变的前提下,优化后的系统效率由5.38%提高到13.6%,出口速度由38m/s提高到61m/s,系统性能得到明显改善。利用单级SICEML样机进行了堵驻试验,结果与仿真结果吻合较好,验证了本文提出的遗传算法的可行性。

多级同步感应线圈发射器电枢内部强磁场屏蔽与优化

该文解决了多级同步感应线圈发射器电枢内部的强磁场分布以及屏蔽优化问题。首先,分析在发射过程中电枢内部无屏蔽时的磁感应强度分布和电磁性能;然后,对屏蔽体采用单层导磁和导电材料以及三层组合的方式在不同厚度时的屏蔽效能和电磁性能作了对比;最后,对组合屏蔽方案在不同位置以及不同厚度时进行优化。仿真结果表明,磁感应强度较高时,单层导电材料的屏蔽效能要优于导磁材料,磁感应强度较低时相反;组合屏蔽方案时,在电枢的前部由于磁感应强度低而使屏蔽效果较优。该文提出优化方案:屏蔽体的位置位于电枢前部,组合方案为0.5mm铜、0.5mm铜以及2mm低碳钢Steel_1008,屏蔽前后磁感应强度分别为0.3303T和0.155 2T,屏蔽效能为6.560dB。

驱动线圈极性排列方式对多级同步感应线圈发射器加速性能的影响

为提高多级同步感应线圈发射器的加速性能,以5级同步感应线圈发射器为例,在定义驱动线圈极性相对排列方式的基础上,基于场-路耦合的时步有限元分析方法,研究了驱动线圈极性排列方式对其加速性能的影响,结果表明:驱动线圈同极性相对排列方式更有助于提高发射效率。通过分析内部磁场的分布规律,探讨了驱动线圈同极性相对排列方式改善加速性能的原因,最后通过比较电枢内的感应电流密度的方法验证了分析的正确性。