多极矩电磁推进系统参数优化与特性分析

摘要

电磁发射武器是一种新概念动能武器，具有出口速度大、发射效率高、使用成本低等优点。电磁发射器可分为轨道型、线圈型和重接型三类，但它们各自都存在一定的缺陷，比如轨道炮存在电接触使用寿命低，线圈炮的径向电磁力较大使电枢容易变形，而重接炮又只限于发射板状电枢。多极矩电磁发射构型是笔者实验室提出的新颖的发射构型，能够克服传统发射构型缺陷产生的一些问题，作为一种新颖的电磁发射构型，许多机理还需要进行深入研究或分析。本文通过仿真分析主要参数的相互影响和固有特性对发射性能的影响，并进行了实验研究。
　　本文从磁扩散、涡流场、等效电路等角度出发分析了多极矩的电磁特性，为后面的仿真分析提供了理论基础。其次通过均匀设计的方法建立了不同结构参数的模型，利用有限元仿真软件建立三维瞬态模型，对不同结构参数模型进行仿真，运用回归分析得出了最优结构参数匹配对。通过仿真计算了具有不同电参数的模型，仿真结果表明，最佳触发位置、电枢速度、脉冲电源三者相互影响，需要通过合理匹配才能使效率更高。然后分析了级间耦合特性对驱动线圈放电和电枢涡流强度的影响，仿真结果表明，级间耦合特性使后级驱动线圈产生反向电动势，且电枢进入后级线圈时涡流方向发生变化，电枢自身运动是影响电枢与驱动线圈耦合特性的主要原因，使相邻级驱动线圈电流方向相反可以增大驱动线圈的电流值和电枢表面的涡流强度。在一定约束条件下，比对了不同极矩数的发射器的发射效率，得出了六极矩综合性能最优的结论。在不同电源参数下进行了最佳触发位置研究的实验，通过实验可知，电枢速度越大和电容器值越大最佳触发位置越靠前，利用两级实验进行了不同驱动方式的实验，实验结果表明相邻级驱动线圈电流方向相反时系统效率更高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电磁发射技术概述及分类

1．1．1 电磁发射技术概述

1．1．2 电磁发射技术分类

1．2 电磁发射技术的发展历程与研究现状

1．3 多极矩电磁发射构型概述

1．3．1 多极矩构型的提出及其优势

1．3．2 多极矩构型现存问题及课题意义

1．4 论文工作内容与章节安排

第2章 多极矩电磁发射器结构参数优化与仿真分析

2．1 多极矩电磁发射系统理论分析及数学模型

2．1．1 基于电磁场理论的多极矩数学模型

2．1．2 多极矩系统电路集中参数分析

2．1．3 多极矩系统等效电路分析

2．2 多极矩瞬态仿真仿真建立

2．2．1 有限元软件介绍

2．2．2 多极矩电磁发射系统仿真模型建立

2．3 多极矩电磁发射器结构参数优化

2．3．1 结构参数优化采用的主要方法

2．3．2 系统结构参数分析

2．3．3 均匀设计实验的建立与仿真结果

2．3．4 均匀设计实验结果分析

2．4 本章小结

第3章 多极矩电磁发射系统电参数优化与匹配分析

3．1 多极矩电磁发射系统最佳触发位置分析

3．1．1 电枢速度对最佳触发位置的影响

3．2 脉冲电源系统的匹配性分析

3．2．1 电容器参数与触发位置的匹配分析

3．2．3 脉冲电源与电枢速度的匹配设计

3．3 本章小结

第4章 多极矩系统级间耦合特性与极矩数对发射性能的影响分析

4．1 多极矩构型的级间耦合特性分析

4．1．1 相邻级驱动线圈间耦合作用分析

4．1．2 电枢与驱动线圈间耦合作用分析

4．1．3 两种驱动方式的比较

4．2 多极矩线圈磁极对数的影响与选择

4．3 本章小结

第五章 多极矩电磁发射系统发射实验研究

5．1 六极矩电磁发射系统设计与制作

5．2 实验平台的搭建

5．3 实验结果与分析

5．3．1 单级六极矩参数匹配实验

5．3．2 两级六极矩驱动方式比较

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文