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电磁炮发射过程中电磁场环境的分析与应用研究

作　者: 葛霞
导　师: 朱继南
学　校: 南京理工大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 电磁发射感应线圈炮定子线圈小磁体转子
分类号: TJ99
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着军事技术的不断进步和完善,目前的发射装置如火炮、火箭等化学类发射器已不能满足人类对发射能力的更高要求,在此情况下产生了新一代的超高速电磁发射技术。电磁发射技术是发射理论和军事技术发展上的又一次重大突破,它具有发射速度高、能源简易、效率高、性能优良、可控性好和结构多样等普通发射技术不可比拟的优点,使其在未来军事及其相关领域有着重大的科学意义和应用前景。目前电磁炮发射的都是动能弹丸,把引信应用于电磁炮发射的高爆弹中,其应用的研究还处于起步阶段。本论文旨在探讨利用电磁线圈炮发射过程中产生的磁场环境作为引信解除保险环境的可能性,对今后利用电磁炮发射的高爆弹丸引信安全系统设计具有较大的潜在应用价值。本文首先论述了电磁发射技术在国内外的发展历程及现状,介绍了三种类型电磁发射器的原理。然后确定本文的研究方案和计算模型,对感应线圈炮的基本原理及参数设计准则进行了简单介绍,推导出了单级线圈炮的电路和运动学特性方程。用理论推导和数值计算得到有限长螺线管内部空间磁场分布;针对磁驱动方式,利用虚位移法计算了静磁场中永磁体受力,并在实验的基础上详细分析了磁块在磁场中的运动状态,得出磁场力在引信中应用的理论。利用ANSYS有限元软件对感应线圈炮进行了磁场仿真分析,通过磁通密度矢量图看出小磁体在定子线圈磁场中受力转动趋势,验证了小磁体在磁场中受力最终必将指向磁力线的方向。在以上的研究基础上,针对引信安全与解除保险机构的解除保险过程,推导了后坐滑块的运动方程、小磁体在定子线圈磁场中受力公式、引信转子转动方程及转子运动时间公式。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-20
  1.1 选题思想与研究目的  9
  1.2 电磁发射技术的历史与现状  9-13
    1.2.1 电磁炮的发展史  9-10
    1.2.2 电磁发射技术的近况  10-12
    1.2.3 中国电磁发射技术研究的现状  12-13
  1.3 电磁发射器的结构及分类  13-17
    1.3.1 电磁轨道炮的工作原理  13-14
    1.3.2 同轴线圈炮的工作原理  14-15
    1.3.3 重接炮的工作原理  15-17
  1.4 电磁发射的优点及应用前景  17-19
    1.4.1 与传统火炮相比电磁炮的优势  17-18
    1.4.2 电磁炮的军事应用  18
    1.4.3 在民用方面应用  18-19
  1.5 论文的主要研究任务  19-20
2 研究方案与计算模型  20-29
  2.1 发射器系统的类型选择  20-21
  2.2 感应线圈炮的基本原理  21-22
  2.3 单级感应线圈炮模型  22-25
    2.3.1 电路分析  22-23
    2.3.2 推力及运动方程  23-24
    2.3.3 单级线圈炮的特性方程组  24-25
  2.4 感应线圈炮的参数设计准则  25-28
    2.4.1 弹丸材料选择  25
    2.4.2 弹丸结构选择  25-26
    2.4.3 线圈设计  26-27
    2.4.4 电源设计  27-28
  2.5 本章小结  28-29
3 感应线圈炮内电磁场及小磁体在磁场中受力分析  29-43
  3.1 有限长通电螺线管内部空间磁场分析  29-34
    3.1.1 载流直螺线管轴线上的磁场  29-30
    3.1.2 有限长通电螺线管内部空间磁场  30-34
  3.2 用虚位移法计算静磁场中永磁体的受力  34-36
    3.2.1 磁驱动方式  34
    3.2.2 静磁场中载流回路受力的计算公式  34-35
    3.2.3 用虚位移法计算静磁场中磁介质受力  35-36
    3.2.4 小结  36
  3.3 磁块在磁场中受力  36-40
    3.3.1 磁块在磁场中受力分析  36-37
    3.3.2 磁块在磁场中的转动  37-38
    3.3.3 磁块在磁场中的平动  38-39
    3.3.4 磁块在磁场中受力的通用性分析  39-40
  3.4 磁场力作为引信转子解除保险的环境力  40-42
  3.5 本章小结  42-43
4 线圈炮内电磁场的有限元分析  43-62
  4.1 ANSYS电磁场分析概述  43-44
  4.2 感应线圈炮定子线圈磁场分析  44-48
    4.2.1 感应线圈炮定子线圈问题描述  44-45
    4.2.2 感应线圈炮定子线圈稳态磁场分析步骤  45-48
  4.3 抛体处于磁场中的有限元分析  48-57
    4.3.1 线圈发射系统仿真模型简化  48-49
    4.3.2 不同抛体位置时定子线圈电感的计算  49-50
    4.3.3 电感及电感梯度的分布  50-51
    4.3.4 结果分析  51-57
  4.4 小磁体在定子线圈磁场中转正情况仿真  57-62
    4.4.1 问题描述  57-59
    4.4.2 标量法对小磁体在定子线圈磁场中进行三维静态磁分析的步骤  59-61
    4.4.3 小结  61-62
5 引信安全与解除保险机构的解除保险过程  62-71
  5.1 后坐滑块运动方程  62-64
  5.2 转子中小磁体在定子线圈磁场的受力  64-66
    5.2.1 虚功原理计算小磁体受力  64-65
    5.2.2 将小磁体等效为通电螺线管计算其在磁场中的转矩  65-66
  5.3 引信转子转动方程  66-68
  5.4 引信转子运动时间  68-70
  5.5 本章小结  70-71
结论  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-75

电磁炮发射过程中电磁场环境的分析与应用研究

内容摘要

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