线圈型电磁发射器换向过程及其实验研究

【摘要】：电磁发射器是利用电磁力推动物体的新型装置。由于具有发射速度高、能源简易、效率高、性能优良、可控性好和结构多样等诸多优点,电磁发射器引起了世界各国军事家们的关注,在部分国家已经进入实用化阶段。电磁发射器的基本类型有两种:导轨型和线圈型。与导轨型电磁发射器相比,线圈型电磁发射器结构复杂、发展相对较慢,但由于具有效率高、适于发射大质量弹丸、易于维修等诸多优点,线圈型电磁发射器具有很大的发展潜力。本文在线圈型电磁发射器的理论基础上,基于MAXWELL电磁场有限元分析软件,建立了线圈发射过程动态仿真模型;利用PSPICE软件对线圈型电磁发射器换向过程进行了分析,重点讨论了换向过程能量转移与转化,换向过程电源的作用以及反向电动势问题;研究了炮管的厚度与结构变化对换向过程的影响,分析了封装材料的导磁和导电特性对发射性能的影响,初步实现了电磁发射器换向过程的电磁屏蔽;在线圈型电磁发射实验平台对仿真数据进行了验证,取得了良好的效果,为进一步优化发射器结构,提高发射器效率奠定了一定的基础。主要得到以下结论:换向主要由磁通耦合机制决定,换向电路各个元器件之间能量的转移主要由元器件之间的磁能耦合完成,电源在换向瞬间不起主要作用。换向过程中,电刷与驱动线圈之间的电弧放电是换向过程能量泄放的主要原因,通过合理采用电刷材料,优化设计电刷形状可以有效避免电弧放电对驱动线圈的烧蚀,提高发射器效率。弹丸的运动会使得线圈型电磁发射器换向过程存在反向电动势,在一定程度上会抑制电源系统的正常放电,基于此可以通过改变炮口电感值实现零电流输出。在驱动电流固定的前提下,增大铁氧体炮管厚度可有效抑制电磁发射器换向过程对外的电磁辐射,并可明显提高弹丸的出炮口速度。炮管采用实心封装铁氧体结构要优于多层封装结构。
【关键词】：线圈型电磁发射器 反向电动势 换向 动态仿真
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TJ303