线圈炮电枢电磁-热耦合仿真分析

 从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,导出了3维多级感应线圈炮电磁场、温度场分布的基本方程,并以电磁场和温度场有限元分析为基础,建立了3维有限元分析模型,忽略级间的相互影响,多级线圈炮中电枢温升可以等效为多个单级电枢的温升,运用通用有限元分析软件ANSYS的耦合计算流程,对单级感应线圈炮中电枢电磁场和温度场进行仿真。计算中考虑了材料物理参数随温度变化对温度场的影响。仿真结果表明：电枢内的温升主要分布在电枢的外表面和尾部;电枢的温度随着电容器组电压和电容增加而升高,这是因为总能量增大,电枢中涡流也增大,从而电枢的温度升高;电枢的触发位置和速度匹配关系,也会对电枢温升造成很大的影响;电枢的温度随着级数的增加逐渐升高,说明电枢在一定级数后达到了材料的熔点而被破坏。     

多级感应线圈炮最优发射控制策略

基于电路理论,建立了多级感应线圈炮数学机电控制模型;分析了电枢受力的影响因素,结果表明,电枢受力决定于驱动线圈和电枢的电流大小和它们之间的互感梯度。总结了多级同步感应线圈炮设计原则,根据设计原则,提出了感应线圈炮的最优发射控制策略,并从理论上证明其可行性,最后以10级线圈炮为例,归纳了多级感应线圈炮的触发公式,并进行了实验验证,其结果表明,通过修正触发公式,仿真结果与测量值吻合较好。     

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。     

基于热传导原理电枢平均磨损率计算

在假设导轨为半无限长固体导体及电枢表面磨损主要是熔化磨损条件下,基于固体接触面导热原理,推导出电枢和导轨温度分布方程,提出了电枢平均磨损率计算方法。利用此方法分析了驱动电流、电枢和导轨材料匹配和接触面积参数对电枢平均磨损率影响。将平均磨损率计算结果与Stefani和Parker的实验结果进行对比,二者吻合较好,从而为建立电磁轨道炮磨损率与转捩之间的关系提供理论支持。     

单级同步感应线圈炮堵驻电磁力研究

堵驻状态下,单级同步感应线圈炮(SSICG)的电枢位置固定,电枢与线圈间的互感和互感梯度保持不变,且电磁力与线圈电流平方存在一定的线性关系。分别利用Matlab和Ansoft软件建立了SSICG电流丝等效电路模型以及有限元模型,对不同放电电压下的堵驻电磁力进行了仿真计算。最后利用实验室设计生产的SSICG样机对堵驻电磁力进行了测量,试验数据与仿真结果吻合较好,验证了电磁力与线圈电流平方的线性关系,为SSICG动态发射提供了试验基础。     

脉冲电流作用下枢轨接触面瞬态摩损量计算

基于固体导热原理和多物理场耦合理论,推导出电枢表面瞬态磨损量计算方程,同时提出接触电阻和瞬态接触力的计算方法。在此基础上,总结并提出电枢瞬态磨损量的计算方法,并利用此方法分析了磨损量随着接触长度、宽度的变化规律:枢轨接触面的磨损主要分布在前端边缘以及两侧边缘,沿着接触长度方向,磨损量越来越小,沿着接触宽度方向,磨损量先减小后增大,中间部分磨损较小。电枢表面磨损率计算结果与美国德克萨斯大学高技术研究所的实验结果吻合较好,为建立电枢磨损量与转捩之间的关系奠定理论基础。     

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...     

耦合运动多级感应线圈炮三维机电耦合模型

对于多级同步感应线圈炮来说,在以前的文献中比较成熟的模型是基于电流丝方法建立起来的机电模型,它的优点计算速度快,缺点无法考虑线圈炮的外围结构和材料特性对其产生的影响,针对这种情况,推导给出了总体采用矢量磁位 、电路中的驱动线圈中电流 作为求解对象的场路耦合瞬态电磁场模型,利用节点力法计算电枢所受的电磁力,根据电枢运动学模型,进一步推导出耦合运动的多级感应线圈炮的机电模型,并进行有限元离散求解。应用上述模型对5级感应线圈炮进行分析,计算结果与实验结果相吻合,验证了该模型的正确性。