管身对中口径电磁轨道炮的影响分析

以脉冲电流作为激励的电磁轨道炮无可避免地在不锈钢管身上感应出巨大涡流,涡流不仅自身损耗能量,而且削弱电枢的推进力,降低发射效率。为深入研究管身对电磁轨道炮的影响,结合场路模型计算了电磁轨道炮系统的发射效率和涡流能耗,讨论了不同管身结构和材料下的发射效率,进一步分析了管身对电磁轨道炮力学特性的影响。结果表明:基于10MJ脉冲电源的中口径电磁轨道炮,其不锈钢管身将大幅削弱系统的发射效率,管身涡流能耗比炮口动能的一半还多;采用层压式结构的高导磁材料作为管身,发射效率的提升尤为明显;管身对电枢轴向力的削弱是导致发射效率下降的根本原因,对电枢径向力的削弱则不利于电枢和轨道的良好接触,从而增加接触电阻,降低发射效率;但是对身管各部件径向力的减小有助于降低身管所需预紧力。     

电磁轨道炮铁磁材料对铜带内电流分布的影响

作为一种强磁场环境下的新概念动能武器,电磁轨道炮利用脉冲电磁力可加速宏观物体到超高速。然而,其导体内脉冲电流分布是不均匀的,严重时会影响轨道炮发射威力或发射可靠性。针对一种薄带状铜导体结构的复杂电磁轨道炮,根据导体内电流分布的邻近效应原理,提出了在铜导带两侧附加了铁护层的均匀电流方法,并建立了物理模型,利用商业软件对该模型进行了数值仿真,仿真分析结果表明:铁护层的加入,大幅提高了铜导体内电流均匀分布程度,提高了铜导体承载电流的能力。     

分布储能式电磁轨道炮效率分析

分布储能式电磁轨道炮在长导轨发射中具备高发射效率优势,为实现分布储能式电磁轨道炮的恒流特点,建立可供发射器参数、结构设计参考的仿真模型尤为重要。针对口径为60 mm×80 mm的矩形轨道炮,根据电流波形的平稳性要求,沿导轨方向设置电流馈入点,诊断电枢位置并分时序触发各馈入点电源,以测试分布储能式电磁轨道炮的工作性能。在COMSOL三维磁场中建立矩形导轨-电枢模型,基于电流和磁场的多物理场耦合有限元分析得到磁场和电流的分布,并利用电磁场仿真结果实现电流趋肤效应下轨道电阻梯度计算。基于MATLAB SIMULINK平台对电容储能型脉冲功率电源模块建立电气电路;分析分布储能式电磁轨道炮非线性时变的动态特性并建立轨道及电枢阻抗模型,计算正向电磁力、滑动摩擦力构造电枢的运动方程,并使用信号电路建立电枢-导轨模块,通过Simulink测量模块连接两个隔离的网络,仿真计算得到导轨电流及电枢的出膛速度。设计了总储能为4.16 MJ的分布式储能轨道炮,结果显示,电容预充电压为10.8 kV时,导轨长为3 m的分布式电磁轨道炮可将1 kg的弹丸加速至1.4 km/s,与炮尾集中式电磁轨道炮相比,系统发射效率可提升约3%。     

未来武器的物理学基础

 四、含苞待放的电磁炮电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器,它是继激光武器之后发展起来的又一种新式武器。第一次世界大战中的法国科学家和第二次世界大战中的德、日科学家,都曾进行过利用洛仑兹力发射炮弹的研究,均以失败而告终。     

21世纪的主力大炮——电磁炮

 电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器.与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力,其作用的时间要长得多,可大大提高弹丸的速度和射程.因而引起了世界各国军事家们的关注.自80年代初期以来,电磁炮在未来武器的发展计划中,已成为越来越重要的部分.     

主动电磁装甲的物理原理

 目前用于攻击坦克和装甲车辆的主要武器为动能弹和破甲弹。动能弹以其高速发射过程中所获取的巨大动能,在甲板很小区域内快速释放,以达到穿透保护甲的目的,也叫做穿甲弹。破甲弹是以高速金属射流侵彻装甲,以达到毁伤防护装甲的目的。随着穿甲弹、破甲弹穿透能力的不断增强,仅仅通过增加装甲的厚度来提高其防护性是不现实的。其一,装甲厚度的增加势必造成战车体积和重量上的增大,从而减少了车辆的机动性和灵活性。其二,目前动能弹初速已大于1800ｍ/ｓ和穿甲能量大于9ＭＪ,如此强大的威力,传统的装甲难以防护。电磁装甲是一种新概念装甲防护,它可使得大多数威胁在危及目标之前就失去作用。     

新型驱动线圈温度场和流场耦合仿真研究

同步感应线圈炮是线圈型电磁发射器中的一种,是目前国内外电磁发射领域研究中的一个重要方向,也是我军新概念武器预先研究的重点.它具有发射过程可控性好、发射效率高、成本低以及后勤保障简单、安全性高等特点,具有广泛的应用前景.以驱动线圈为研究对象,采用热-流-固耦合的研究方法,将传统的温度场计算方法割裂的固体计算区域和流体计算...     

电磁动能武器简介

介绍了当今发展较好的电磁动能武器的种类和核心机理,并进行了简要的性能分析,同时提出一种结合多种优点的新概念电磁炮——轨道高斯炮,它有望成为一种新型的武器。     

不同轨道结构下电枢电流分布特性

解决轨道和电枢的烧蚀问题是六极轨道电磁发射器走向实际应用的关键环节,引起轨道和电枢烧蚀的原因之一就是轨道和电枢中电流分布不均匀。利用有限元仿真软件Ansoft Maxwell对三种不同轨道进行仿真,得到了电枢表面电流密度分布情况以及电枢受力。结果表明:矩形轨道对应电枢表面电流密度最大值在三种轨道中最小,凸出半圆形轨道枢轨接触面电流分布最均匀,在发射过程中可以有效减少轨道和电枢的烧蚀,凹陷半圆形轨道对应的电枢受力最大,可用于大质量物体的发射。     

电磁弹射灭火弹消防系统研究

首先介绍了我国严峻的火灾形势,阐明现有气动和火箭发射灭火弹装置的研究现状,针对射程不足、火工品使用限制等问题,提出采用电磁线圈发射器发射灭火弹进行灭火,基于电流丝模型法设计了一种10级线圈发射器模型,以脉冲电容器作为初始能源,采用续流电路对线圈进行时序放电,可将7.2 kg抛体加速至最高速度171 m/s,出口速度154 m/s,发射效率达15%,分析表明现有电磁线圈发射器能够满足灭火弹的发射需要。提出一种智能化无人电磁弹射灭火弹消防系统,智能指挥控制系统利用无人机采集火场信息,制定灭火策略,指挥无人电磁发射灭火车发射灭火弹实现精准高效灭火,根据灭火效能评估结果调整灭火方案,直至完成灭火任务。     

一种针对高速小目标的偏航角测算方法

射弹偏航角是影响电磁轨道发射装置发射精度的关键参数,为实时、高精度测量射弹偏航角,提升电磁轨道发射装置发射精度,基于双目视觉原理提出一种无需目标速度的射弹偏航角测算方法。利用高速射弹轨迹图像,通过构建像机线性成像模型解算高速射弹图像坐标,实现目标偏航角的测量。分析了光学系统参数对测量精度的影响,理论误差约为14.5 μrad。偏航角测量实验结果表明该方法能够实时、准确测算射弹偏航角,测算量偏差平均值为0.58 mrad。     

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。     

旋转磁通压缩脉冲发电机驱动电磁轨道炮实验

介绍了被动式旋转磁通压缩发电机和电磁轨道炮的基本原理。给出了 2 5MW被动式旋转磁通压缩发电机的短路实验和驱动电磁轨道炮的连发实验 ,连续将 4发 7.8g弹丸驱动到2 50m·s- 1。     

多级XRAM型脉冲功率电源开关器件简化研究

电磁发射的能力主要取决于脉冲功率电源系统,脉冲功率电源的优化是电磁发射技术取得进一步突破的关键技术之一。电感储能型脉冲功率电源在能量密度方面有很大优势,具备深远的发展潜力。基于串联充电和并联放电的XRAM型脉冲功率电源具有结构简单、可扩展性强的优点。分析了多级XRAM电源拓扑结构中二极管器件的工作原理,按照功能分类,提出了简化二极管器件数量的方案。建立了基于ICCOS的30级XRAM型脉冲功率电源带轨道炮负载的仿真模型,每5级为一个电源模块,系统总储能为365 kJ,发射效率近20%。通过对比简化前后模型性能指标的仿真结果,证明了简化第一级的下臂二极管不利于多级电源的运行。简化多级拓扑中的最后一级逆流电容串联二极管,以及在优化逆流电容参数的前提下简化充电晶闸管的反并二极管,对电源模块的放电电流没有明显影响。     

电磁轨道炮瞬态温度场的数值模拟

为了研究电磁轨道炮的热生成机理及其温度分布特点,本文建立了三维瞬态电磁场和温度场的耦合计算模型,用有限元方法模拟了发射时身管和一体化发射单元温度分布的时空演化过程,以及发射后的身管散热过程,讨论了温度对射速的影响。数值模拟结果表明,发射过程中电枢产生熔化波效应,临近炮尾的轨道温升较大,在发射后的散热过程初期,轨道热传导起主要作用。通过该模型建立了身管结构、材料参数、电流激励条件与温度变化的关系,指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。     

电磁感应地球轨道发射器

美国Sandia国家实验室目前正在研究一种用于发射小型地球轨道卫星的新技术.该技术利用电滋感应原理,因此在发射体和发射管之间无滑动摩擦,纯属电磁力的作用.它能取代火箭,发射 1000 磅重的卫星,具有潜在的军事和通信应用价值. 由电磁学知道,一个通电流的线圈,如同永久磁棒一样,对铁等磁性材料物体具有吸引力.在这个力作用下,物体朝线圈方向作加速运动.如果给多组同轴线圈依次通以电流,则物体沿线圈轴向不断加速,最终速度也就越大,新的电磁发射器正是利用这一原理.发射管由多组同轴环形线圈构成,发射体由此管发射出去.发射前,由一气动元件使…     

电磁炮的原理与技术发展

随着材料科学的发展,复合装甲、高强度陶瓷装甲、贫铀装甲的使用,以及爆炸反应装甲的出现,大大提高了装甲的抗毁能力,对破甲技术提出更高的要求。为此,人们在相继研制出一系列新型破、穿甲战斗部的同时,也注意开发研究某些新概念超高速动能穿甲武器,电磁炮就是其中一种。一、电磁炮的基本原理电磁炮是利用物理学中运动电荷或载流导体在磁场中受到电磁力(即洛伦兹力)作用的基本原理来加速弹丸的。根据加速方式,电磁炮可分为导轨炮和线圈炮。图1导轨炮工作原理导轨炮导轨炮的工作原理如图1所示。主要由一对平行导轨和夹在其间可移动的电枢及电…     

电磁轨道炮C型固体电枢坡膛段的装填方式研究

 为了满足电磁轨道炮对电枢和轨道间初始接触压力的要求,以小口径电磁轨道炮C型固体电枢的坡膛段装填过程为研究对象,在力学分析的基础上,采用有限元计算方法,对匀速装填、冲击装填以及组合装填3种方式进行了计算,并对电枢臂头部、中间和尾端单元的径向变形、应力和剪切应力随时间的变化进行了对比分析。分析结果表明,在同等条件下,采用组合装填方式可以明显地降低固体电枢在装填过程中受剪切破坏的程度,并有效地提高初始接触压力。研究结果表明,组合装填方式有利于提高电磁轨道炮的发射效率。     

电磁轨道炮刨削的形成机理及仿真分析

对电磁轨道炮发射过程中轨道表面的刨削现象进行了研究,根据其发射特点提出了微角度斜冲击引起的刨削形成机理,根据实际轨道炮的结构和载荷特点,应用LS-DYNA有限元软件在不同的参数条件下进行了数值仿真计算。计算表明,随着电枢前端倒角的增大轨道的刨削深度减小,电枢的质心位置后移也可以减小刨削深度,并且这些因素对刨削深度的影响并非是线性的。研究结果为进一步抑制轨道刨削现象的发生提供了依据。     

C型固体电枢3维有限元电磁发射计算

对轨道型固体电枢电磁发射的电磁过程进行了研究,建立了基于麦克斯韦准静态A-Φ场方程的3维静枢电磁发射数值模型。利用ANSYS有限元电磁模块结合发射装置的实测参数,对电枢在静枢模型下的电磁发射进行了模拟。计算结果表明:馈入相同电流加载波形时,流经C型电枢的电流密度、磁通量以及电磁发射过程中所受电磁力,在不同时刻的内部分布、峰值和大小均与文献计算结果相符。