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。     

高速电枢的尾翼结构设计及实验研究

设计了T2LXD1系列电枢,分析了6061-T6铝合金材料的弹塑性特点,利用线性强化理论和接触理论并结合ANSYS软件,建立了T2LXD1系列电枢弹塑性接触模型,研究了电枢尾翼结构对电枢/导轨滑动界面接触状态的影响规律,得到了界面接触力、接触面积和接触压力分布等状态参数的数值模拟结果。利用短导轨电磁驱动系统,进行了T2LXD1系列电枢滑行实验,分析了电枢/导轨界面滑磨状态,比较了滑行性能曲线。实验结果表明:长尾翼电枢并不能带来实际接触面积的增     

多普勒雷达测量电磁轨道炮内弹道速度

介绍了W波段多普勒雷达测量电磁轨道炮内弹道度速度的基本方法,并对口径30mm×25mm的串联增强型电磁轨道炮内弹道速度进行了实际测量。初步研究表明:雷达接收的信号易受到脉冲放电过程的干扰;雷达信号的信噪比取决于电枢与轨道电接触状态,在电源充电电压较低、接触面无电弧生成时测得了完整的内弹道速度,并与丝网靶和磁探针测量结果吻合;在较高充电电压条件下,由于电弧电接触产生的干扰,测速结果不够理想。     

Effect of the shape of metal solids on the rate of their joule heating in electromagnetic rail launchers

This paper presents a method and results of numerical simulations of current-density, magnetic-field, and temperature distributions in rail launchers of conducting solids for armatures of various shapes. A comparison is made of the results of calculations using two-dimensional and three-dimensional models. It is shown that for cylindrical and saddle-shaped armatures, Joule heating calculations performed by two-dimensional simulation of electromagnetic and thermal phenomena are in good agreement with calculations for the three-dimensional model. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 50, No. 2, pp. 205–216, March–April, 2009.     

电磁发射枢轨界面初始接触状态研究

C型电枢通过尾翼弹性变形为电磁发射提供枢轨壁面初始接触力,初始接触状态对电磁轨道发射全过程的滑动界面状态起决定作用,影响系统效率和轨道寿命。通过建立接触模型进行模拟计算和设计多组对比试验,研究了C型电枢作用下初始接触状态。考虑材料的安全变形控制范围,在电枢头部尺寸的微小变动和尾翼的不同设计尺寸下,分析了接触压强、接触区域(面积)、接触力的变化规律。提出了控制接触状态的关键参量——压入比,接触区域随压入比的增大从电枢尾部向头部移动,最大接触面积约占总接触表面的50%。讨论了良好电接触要求下最佳接触状态及其工程实现方法。     

电磁轨道炮性能的数值模拟

 本文介绍一种简单的数值计算模拟，它可以模拟轨道炮的主要性能。模型中考虑了由于炮膛壁烧蚀引起的电枢等离子体质量的增加和各种阻力的影响。这些阻力包括弹丸与壁之间的摩擦力，等离子体粘性及空气阻力等。用一个经验关系表征它们的影响。我们把等离子体等效成一个可变电阻负载，而不管它与电离度有关性质的细节。数值计算结果与实验结果比较表明符合程度是满意的。     

线圈炮电枢（圆柱壳）的屈曲分析

对线圈炮的电枢在径、轴向复合非均布电磁荷载作用下的弹性屈曲问题进行了有限元分析。采用八节点等参元，建立了圆柱坐标下的计算模型，给出了电磁力的计算，处理了剪切锁定与荷载移置等问题，编写了完善圆柱薄壳的屈曲分析程序ＳＢＴ。并对某五级炮的电枢进行了计算，获得了三个典型时刻的临界荷载。     

枢轨接触面形貌对电枢起动特性的影响

在脉冲大电流直线驱动装置中,电枢和轨道的接触状态会改变电枢起动特性,而电枢起动过程将直接影响整个发射系统的效率和寿命,因此有必要对电枢起始阶段的滑动接触状态进行研究。搭建发射实验平台,通过高速相机观察电枢起动状态,并结合有限元软件ANSYS,对电枢的预紧力、初始接触状态以及电磁压力、电流密度进行仿真分析,研究电枢表面形貌对电枢起动的影响。结论表明:开槽电枢增加了电枢本身的柔顺性,使得预紧力增大,同时由于电流趋肤效应使得电流密度分布更加均匀,从而电磁压力增大,电枢起动变慢,接触电阻变小。实验和仿真结果对于改善电枢起动过程的接触状态,减轻烧蚀具有重要意义。     

一种小口径电磁轨道发射用电枢设计

为了在低储能条件下研究电磁发射过程中的刨削现象,要对电枢进行优化设计,使其在小口径发射试验装置中实现高初速发射。通过计算、仿真,对电枢尺寸、初始预紧力等参数进行优化,并进行预紧力、塑性性能和接触面积等相关参数的测试和实验,最终确定电枢型号,在保持良好电接触的条件下实现了高初速发射。     

强流脉冲对结构体冲击力的数值模拟及试验

为深入了解轨道型电磁推进装置工作时由脉冲电流形成的冲击力的特点,以探索改善轨道支撑结构的有效方法,设计了一套冲击力试验系统,并运用数值模拟技术计算了相关试验情况。试验系统利用C型单体电枢作为冲击力源测试得到了不同脉冲电流作用下的冲击力波形,对两条波形曲线进行了比较分析;利用ANSYS/Multiphysics对处于电、磁、力耦合场环境中的电枢进行了数值计算,着重对电枢的耦合力场环境进行了模拟,计算出了电枢的电磁驱动力和电磁压紧力,分析了电枢在力场中的结构应力和形变。结果显示,数值计算方法和试验方法得到的电磁驱动力曲线和冲击力曲线前半部分的波形基本一致,而峰值点则随着脉冲电流的增加差值有所增大,但仍具有一定的跟随性,证明了试验方法对冲击力捕获具有一定的指导意义,也同时验证了计算方法的可行性和有效性。