感应型发射器系统仿真及实验研究

论文摘要

电磁发射是将电磁能转化成动能,借助电磁力做功,把抛体(电枢)发射出去,从而完成对抛体的推进。电磁发射技术的出现是近年来推进技术领域的一次飞跃,它为解决人们对超高速、大质量的推进要求开辟了一条新途径,尤其它较低的推进成本更是引起了各国的注意。在国防和民用工业领域,电磁发射技术已经应用于飞行器弹射系统、电磁炮、交流电磁泵和打夯机等行业。电磁发射器在其发展过程中出现了三大基本类型:轨道炮、线圈炮及重接炮。线圈炮(也称感应型电磁发射器)可以理解为圆筒型的直线电动机,其有如下特点:抛体在被加速过程中,由于存在磁悬浮效应,因而不存在与筒线圈的摩擦;结构简单;抛体质量范围大;抛体可采用不同形状;能源简易;具有高初速度;受控性好;工作性能优良。鉴于线圈型电磁发射器的上述特点,因此本文对这种发射器进行研究。电磁发射过程是一个瞬变过程,驱动线圈与抛体间的相互作用随时间的变化而改变。因而,建立数值仿真模型进行仿真,并以此作为设计具有良好工作性能的电磁发射系统的依据是十分必要的。本文在分析了驱动线圈电路特征和系统运动特性后,建立了三级电磁发射系统方程,系统方程为非线性常微分方程。由于采用了抛体分片技术,使得自感、互感、互感梯度的计算结果更加接近于实际情况。根据参数的对称性,采用赋值表的方法,减少了计算时间。选择了有较好稳定性的Treanor算法求解非线性常微分方程组,得到稳定解。编写了计算机仿真程序,仿真的运算结果可以较好地逼近实际一级电磁发射系统,仿真结果与实际实验观测结果基本吻合。为进一步提高系统的发射效率,本文对放电回路进行了改进。实验结果表明,在相同能量条件下,改进后系统的效率要高于改进前。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电磁发射技术
• 1.1.1 电磁发射系统分类
• 1.1.2 电磁发射技术应用前景
• 1.2 电磁发射技术研究概况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 感应型发射器原理及系统方程
• 2.1 行波磁场的形成
• 2.2 基本原理及结构组成
• 2.3 感应型电磁发射器数学模型
• 2.4 电磁发射系统的效率
• 2.5 本章小结
• 第3章 感应型发射器系统仿真
• 3.1 驱动射线圈电感的计算公式
• 3.1.1 互感的计算公式
• 3.1.2 有线长度螺线圈的计算
• 3.1.3 自感的计算公式
• 3.1.4 有厚度的螺线管互感计算
• 3.2 互感梯度的计算
• 3.3 电感参数的积分运算
• 3.4 系统方程的求解
• 3.4.1 系统特性
• 3.4.2 应用Treanor 算法求解系统方程
• 3.5 电磁发射系统仿真
• 3.5.1 电磁发射系统的仿真参数设定
• 3.5.2 仿真参数初始化
• 3.5.3 驱动线圈与抛体的电感参数初始化
• 3.5.4 系统可变的参数初始化设定
• 3.5.5 仿真执行过程
• 3.5.6 一级系统仿真结果
• 3.6 仿真结果分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 感应型电磁发射器的实验研究
• 4.1 三级电磁发射系统模型
• 4.1.1 发射模型
• 4.1.2 电源
• 4.1.3 控制部分
• 4.2 一级电磁发射器实验
• 4.2.1 一级实验测试
• 4.2.2 实验结果分析
• 4.3 三级发射系统的改进实验
• 4.3.1 单级发射系统实验
• 4.3.2 三级发射系统实验
• 4.3.3 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢