串联增强型电磁轨道炮内弹道速度测量研究

摘要

电磁发射技术是利用电磁力推进弹体获得高速度的先进发射技术。电磁轨道炮作为电磁发射技术的一个重要分支，一直以来都是研究的热点;电磁轨道炮内弹道过程中电-磁-热-力多物理场耦合机理以及相关复杂效应则是研究的难点。电枢内弹道运动参数隐含了与内弹道复杂过程相关的重要动态信息，因此通过内弹道速度测量得到相关运动参数，对全面掌握机理、深入研究复杂效应、从而设计研制高性能电磁轨道炮装置具有重要意义。
　　现今已经发展了基于电磁感应和多普勒效应等多种原理的电磁轨道炮内弹道速度测量方法，但针对电磁轨道炮极端复杂的环境条件，各种方法均有不同程度的缺陷。本文通过对磁探针、共轭抑制线圈、微波多普勒雷达、VISAR等多种测速方法的比较，针对串联增强型轨道炮内弹道测速具体要求，重点开展了磁探针测速方法的研究，并对共轭抑制线圈和微波多普勒雷达内弹道测速方法进行了探索。
　　根据磁探针的感应原理，分析比较了串联增强型轨道炮与简单轨道炮磁探针信号特征的差异。串联增强型轨道炮连接导体和外轨道增强电流使得探针信号更加复杂。为了消除增强电流的复杂影响，采用磁探针积分信号与电流比值函数（即磁探针与炮体的等效互感系数）的特征替代微分信号的特征，判断电枢到达探针位置的时刻。实验中分别采用电枢磁探针和轨道磁探针阵列测量了电枢的离散位移-时间点，通过符合电磁轨道炮物理规律的拟合方法得到了连续的位移曲线和速度曲线，并与早期VISAR测速实验结果进行对比，验证了磁探针测量串联增强轨道炮内弹道速度的有效性。
　　共轭抑制线圈实验中，同样考虑了串联增强型电磁轨道炮的构形特征，为排除炮口和炮尾附近增强电流的干扰，合理的选取了线圈的尺寸和排布位置。实验发现线圈排布离炮尾和炮口越近，干扰基底信号越大。线圈间距是线圈尺寸的关键参数，决定了线圈是否能够输出有效的波形信号。在炮体外侧表面排布共轭抑制线圈时，间距应该远大于电枢的长度。微波多普勒雷达测速分别进行了机械拖动实验和动态发射实验，初步验证了多普勒雷达在低速段测量的可行性。机械拖动验证了轨道内膛作为W波段波导的可行性，相应的内弹道衰减并不足以完全损耗多普勒信号;发射实验中多普勒雷达受到了脉冲放电的强磁场干扰，采用铜丝网进行了初步屏蔽;内弹道高电压、带电粒子、杂质烟尘等复杂环境是导致多普勒雷达不能完整测量内弹道速度曲线的可能原因，有待采取相应措施予以改善。
　　本文通过对磁探针、共轭抑制线圈、微波多普勒雷达内弹道测速的实验研究以及早期VISAR测速结果的分析，初步完成了串联增强型电磁轨道炮磁探针测速方法的验证，对共轭抑制线圈、微波多普勒雷达测速方法有了深入的了解，为建立电磁轨道炮内弹道速度测量系统打下了基础。完整而精确的内弹道速度等运动学参数测量系统，将与电磁轨道炮的电学、温度、应变等测量系统一起构成电磁发射平台的综合测试系统，有望利用该系统支持开展深入系统的电磁发射技术机理研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 技术背景

1．2．1 基本原理

1．2．2 技术障碍分析

1．3 电磁轨道炮内弹道速度测量

1．3．1 内弹道速度测量研究意义

1．3．2 内弹道速度测量研究现状

1．4 论文工作概述

1．4．1 研究方向

1．4．2 研究目的、内容与方法

1．4．3 论文工作特色

1．4．4 论文章节内容

第2章 实验装置

2．1 脉冲功率电源

2．2 发射装置

2．3 测量诊断仪器

2．3．1 电压测量

2．3．2 电流测量

2．3．3 炮口速度测量

2．3．4 VISAR

第3章 磁探针

3．1 磁探针电磁感应原理

3．1．1 简单轨道炮

3．1．2 串联增强型轨道炮

3．2 磁探针电路原理

3．2．1 等效回路

3．2．2 积分电路

3．3 位移和速度的拟合方法

3．4 磁探针实验与讨论

3．4．1 设计安装

3．4．2 电流电压波形

3．4．3 电枢磁探针实验

3．4．4 轨道磁探针实验

3．4．5 位移和速度曲线

3．4．6 影响测量准确性的因素

3．5 本章小结

第4章 共轭抑制线圈

4．1 共轭抑制线圈测量原理

4．2 共轭抑制线圈实验与讨论

4．2．1 实验结果

4．2．2 分析与讨论

4．3 本章小结

第5章 微波多普勒雷达

5．1 多普勒雷达测量原理

5．1．1 多普勒原理和差频干涉技术

5．1．2 微波多普勒雷达样机

5．2 微波多普勒雷达实验与讨论

5．2．1 电枢机械拖动实验

5．2．2 电枢动态发射实验

5．3 本章小结

第6章 总结展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间文章发表等情况