强激光与粒子束
2020, 32(5): 055003
1 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
2 中国科学院 电力电子与电气驱动重点实验室, 北京 100190
针对脉冲大电流放电实验中汇流装置因极强后坐力导致与轨道连接件断裂等问题，从力学特性入手，研究了高通流能力、长寿命、可操作的汇流装置结构。大电流致使汇流装置受到极强后坐力，为了削弱后坐力的影响，对汇流装置与轨道夹角不同的情况进行了几何结构设计和仿真分析。通过受力分析、初速度计算，得到高可靠性、方便操作的汇流装置优化结构，并可在实验室中得到应用。
脉冲大电流 电磁发射 汇流 电动力 后坐力 pulsed high current electromagnetic launcher bus-bar electrodynamic force recoil 强激光与粒子束
2018, 30(5): 055004
1 中国科学院大学, 北京 100190
2 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
3 中国科学院 电力电子与电力驱动重点实验室, 北京 100190
为了解决电磁轨道发射器在实际应用中遇到的高热量积累问题, 需要对轨道进行冷却。基于多物理场耦合仿真平台Comsol Multiphysics, 从轨道结构特性和电气特性两个方面进行分析, 提出了在轨道内部设置冷却管道的基本规律。建立发射器的电磁场和结构场耦合模型, 利用有限元法对预紧力和电动力作用下的轨道响应进行数值计算。仿真结果表明, 设置冷却管道会对轨道造成材料损失, 进而影响轨道性能, 冷却管道应当尽可能远离肩部与枢-轨接触面连接处, 并提出了冷却管道位于轨道不同位置时, 轨道的形变规律和电感梯度变化规律, 为轨道热管理冷却管道的设置方案提供了理论依据。
电磁发射 热管理 轨道冷却 电感梯度 形变 electromagnetic launcher thermal management rail cooling inductance gradient deformation 强激光与粒子束
2018, 30(2): 025003
1 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100039
3 中国科学院 电力电子与电气驱动重点实验室, 北京 100190
针对ns级脉冲电流信号的测量, 设计了一种带磁芯的新型自积分式罗氏线圈, 具有信噪比高、动态范围广等优点。屏蔽盒开气隙防止涡流。屏蔽盒外层采用聚氨酯进行整体封装, 聚氨酯层厚度大于1.5 mm, 可耐受大于20 kV的冲击电压。采用高压方波发生器与Pearson4100线圈对罗氏线圈标定。罗氏线圈的参数为: 灵敏度0.018 8 V/A, 最高上升时间小于20 ns, 方波脉宽300 ns, 最大峰值电流300 A。
纳秒脉冲 磁芯 自积分 罗氏线圈 标定 nanosecond pulse magnetic core self-integral Rogowski coil calibrated 强激光与粒子束
2017, 29(12): 125001
1 中国科学院大学, 北京 100190
2 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
3 中国科学院 电力电子与电力驱动重点实验室, 北京 100190
为了更高效地对电磁轨道发射进行大量的实验研究,分析改进了使用中小口径发射器作为研究对象的模型化研究方法。考虑到材料属性等实验条件的可行性,对电磁轨道发射器进行模型化,分析其电磁场、温度场等物理场以及速度、带载能力等性能指标,提出较为可行的模型化研究方案,并利用Ansoft Maxwell等软件对瞬态情况下的发射器三维模型进行仿真验证。理论推导和仿真结果表明: 电磁轨道发射器的模型化研究方法有很多种,在大口径原型发射器中采用电导率相对较低的材料,即可实现与现有的、采用电导率较高材料的中小口径发射器的物理场匹配,且保证速度和单位体积带载能力相同。
电磁发射 轨道发射 模型化方法 数值计算 多物理场 electromagnetic launch railgun scaling method numerical calculation multi-physics field 强激光与粒子束
2016, 28(1): 15007
1 中国科学院大学, 北京 100190
2 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
3 中国科学院 电力电子与电力驱动重点实验室, 北京 100190
电磁轨道发射器轨道表面裂纹引起的磁锯现象严重制约着发射器的使用寿命.为了更好地分析这种现象,建立了二维情况下的磁扩散方程和热传导方程.结合有限元软件COMSOL Multiphysics中的固体力学模块,对轨道表面裂纹处的电磁、热和力学行为进行了仿真分析.求解过程考虑了材料参数随温度的变化.结果表明,电流在裂纹处“绕行”,引起尖端局部电流密度过大是导致磁锯效应的重要原因.加载电流峰值为0.8 MA时,裂纹尖端处最大电流密度可达1010 A/m2量级.此外,对裂纹形状的分析表明,裂纹尖端张角越小,电流的聚集现象越严重,产生的温升也越大.
电磁轨道发射器 裂纹 有限元 磁锯效应 电流密度 electromagnetic launcher crack finite element magnetic sawing effect current density 强激光与粒子束
2015, 27(6): 065001
1 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
2 中国科学院 电力电子与电气驱动重点实验室, 北京 100190
为获得大电动力、低温升、高结构强度的轨道型电磁发射器，分析了脉冲大电流电磁轨道发射装置的工作性能，对电感梯度、通流能力进行了判定，并分析了重力、电枢电动力与螺栓预紧力共同作用下电磁轨道发射装置的力学特性。结果表明: 在导轨长度及截面宽度固定的情况下，截面厚度越小，电感梯度越大;截面厚度越大，温升越低。为了获得大电感梯度、低温升并考虑材料成本，应合理设计各个部件的形状及尺寸。
电磁发射 力学特性 导轨 电感梯度 electromagnetic launch mechanical characteristics rail inductance gradient 强激光与粒子束
2014, 26(9): 095004
1 中国科学院大学, 北京 100190
2 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
3 太原理工大学 电气与动力工程学院, 太原 030024
对磁探针感应电压的原理进行分析，得出电枢电流变化率是磁探针测量电枢膛内运动位置误差的原因。通过简化，采用理想化的电枢电流波形和电枢位移曲线，不同电枢电流变化率条件下，在Matlab软件中对磁探针测量电枢位置进行仿真分析。结果表明: 测量电枢位置误差与电枢电流变化率绝对值正相关，电枢电流变化率相同时，误差与电枢电流和电枢速度的乘积负相关。进一步对磁探针测量电枢膛内速度的误差进行仿真分析，理想电流曲线仿真结果表明: 测速误差情况可分为三种，电枢电流变化率相近，则测速误差小，反之则测速误差大。
电磁发射 B-dot磁探针 测速 误差 电流变化率 electromagnetic launch B-dot probe velocity measurement inaccuracy rate of change of current 强激光与粒子束
2014, 26(4): 045047
1 太原理工大学 电气与动力工程学院， 太原 030024
2 中国科学院 电工研究所， 北京 100190
3 中国电力科学研究院， 北京 100192
4 中国科学院 电力电子与电气驱动重点实验室， 北京 100190
为了在低储能条件下研究电磁发射过程中的刨削现象，要对电枢进行优化设计，使其在小口径发射试验装置中实现高初速发射。通过计算、仿真，对电枢尺寸、初始预紧力等参数进行优化，并进行预紧力、塑性性能和接触面积等相关参数的测试和实验，最终确定电枢型号，在保持良好电接触的条件下实现了高初速发射。
电磁发射 电枢 预紧力 塑性性能 高初速 electromagnetic launching armature preload plastic property high muzzle velocity 强激光与粒子束
2014, 26(4): 045040
1 军事交通学院 汽车工程系, 天津 300161
2 河北工业大学, 天津 300130
3 中国科学院 电工研究所, 北京 100190
设计了T2LXD1系列电枢，分析了6061-T6铝合金材料的弹塑性特点，利用线性强化理论和接触理论并结合ANSYS软件,建立了T2LXD1系列电枢弹塑性接触模型，研究了电枢尾翼结构对电枢/导轨滑动界面接触状态的影响规律，得到了界面接触力、接触面积和接触压力分布等状态参数的数值模拟结果。利用短导轨电磁驱动系统,进行了T2LXD1系列电枢滑行实验，分析了电枢/导轨界面滑磨状态，比较了滑行性能曲线。实验结果表明:长尾翼电枢并不能带来实际接触面积的增加，电枢的滑行性能随着电枢尾翼长度的增加反而减小；对于柔顺性好的电枢和短导轨来说，适当增加滑动界面的预紧接触力能够提高电枢的滑行性能。
固体电枢 尾翼结构 电磁驱动 滑动界面 接触压力 solid armature tail structure electromagnetic driving sliding interface contact pressure
