作者单位
摘要
西北机电工程研究所,陕西 咸阳 712099
利用电磁轨道炮炮口电压测量信号可以计算出发射过程中滑动电枢与铜轨道表面的接触电阻以分析接触特性。由于发射器增强轨道的特殊结构会产生幅值很大的反向感应电动势,且存在脉冲形成网络的放电时序问题,导致检测到的炮口电压波形会受到系统噪声的干扰,难以准确计算出接触电阻。针对此问题,提出一种基于VMD-OptShrink的炮口电压系统噪声压制方法去除炮口电压中的锯齿状噪声,该方法首先利用变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)可实现依据频率特性进行信号时域分解的特点,对炮口电压信号进行时频域的模态分解,然后在时频分解域内利用OptShrink对分解信号进行低秩成分提取,得到去噪后的炮口电压,最终解算出接触电阻用于分析轨道炮枢轨接触特性。试验结果表明,该方法可以很好地压制炮口电压系统噪声,计算出的枢轨接触电阻波形光滑,有利于分析枢轨接触特性;枢轨接触电阻在发射初期变化剧烈,迅速降低,之后呈现缓慢波动上升的特点,直至电枢滑动出炮口接触电阻骤增。该分析方法对工程中电磁轨道炮发射状态监测提供了一种新的可靠参考。
增强型电磁轨道炮 炮口电压 枢轨接触电阻 变分模态分解 augmented electromagnetic railgun muzzle voltage armature-rail contact resistance variational mode decomposition 
强激光与粒子束
2023, 35(7): 079002
作者单位
摘要
华中科技大学 强电磁工程与新技术国家重点实验室,武汉 430074
分布储能式电磁轨道炮在长导轨发射中具备高发射效率优势,为实现分布储能式电磁轨道炮的恒流特点,建立可供发射器参数、结构设计参考的仿真模型尤为重要。针对口径为60 mm×80 mm的矩形轨道炮,根据电流波形的平稳性要求,沿导轨方向设置电流馈入点,诊断电枢位置并分时序触发各馈入点电源,以测试分布储能式电磁轨道炮的工作性能。在COMSOL三维磁场中建立矩形导轨-电枢模型,基于电流和磁场的多物理场耦合有限元分析得到磁场和电流的分布,并利用电磁场仿真结果实现电流趋肤效应下轨道电阻梯度计算。基于MATLAB SIMULINK平台对电容储能型脉冲功率电源模块建立电气电路;分析分布储能式电磁轨道炮非线性时变的动态特性并建立轨道及电枢阻抗模型,计算正向电磁力、滑动摩擦力构造电枢的运动方程,并使用信号电路建立电枢-导轨模块,通过Simulink测量模块连接两个隔离的网络,仿真计算得到导轨电流及电枢的出膛速度。设计了总储能为4.16 MJ的分布式储能轨道炮,结果显示,电容预充电压为10.8 kV时,导轨长为3 m的分布式电磁轨道炮可将1 kg的弹丸加速至1.4 km/s,与炮尾集中式电磁轨道炮相比,系统发射效率可提升约3%。
分布储能式 电磁轨道炮 效率 电阻梯度 distributed energy storage railgun efficiency resistance gradient 
强激光与粒子束
2020, 32(2): 025007
作者单位
摘要
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
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
采用一种导通时阻抗极低的外触发开关作为旁路器件,在电枢即将出膛前开通此消弧器件,使回路电流从器件流过,从而达到抑制甚至消除炮口电弧的目的。对比试验表明,在触发了消弧开关的试验中,出膛时炮口电压显著降低,轨道电流几乎全部流过消弧器件,高速摄影亦显示电弧亮度明显降低,消弧器件可有效抑制炮口电弧。通过比较触发信号与器件导通信号,发现消弧器件的导通时刻较触发信号时刻有一定的延迟,这在一定程度上影响了消弧器件抑制电弧的性能。
电磁发射 轨道炮 炮口电弧 电弧抑制 electromagnetic launch railgun muzzle arc arc suppressing 
强激光与粒子束
2016, 28(2): 025003
作者单位
摘要
南京理工大学 瞬态物理国家重点实验室, 南京 210094
以脉冲电流作为激励的电磁轨道炮无可避免地在不锈钢管身上感应出巨大涡流,涡流不仅自身损耗能量,而且削弱电枢的推进力,降低发射效率。为深入研究管身对电磁轨道炮的影响,结合场路模型计算了电磁轨道炮系统的发射效率和涡流能耗,讨论了不同管身结构和材料下的发射效率,进一步分析了管身对电磁轨道炮力学特性的影响。结果表明:基于10 MJ脉冲电源的中口径电磁轨道炮,其不锈钢管身将大幅削弱系统的发射效率,管身涡流能耗比炮口动能的一半还多;采用层压式结构的高导磁材料作为管身,发射效率的提升尤为明显;管身对电枢轴向力的削弱是导致发射效率下降的根本原因,对电枢径向力的削弱则不利于电枢和轨道的良好接触,从而增加接触电阻,降低发射效率;但是对身管各部件径向力的减小有助于降低身管所需预紧力。
电磁轨道炮 管身 力学特性 涡流能耗 electromagnetic railgun containment mechanical properties eddy-current loss 
强激光与粒子束
2015, 27(9): 093201
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
建立了包括脉冲电源模块和电磁轨道炮的全电路模型,实现了从电源放电至电磁轨道炮发射过程的全电路模拟。根据电源放电与洛伦兹力加速的耦合方程组,在电路模型内将电源的基本单元封装成子电路模块、弹丸受力运动模型转化为电路解耦模块,建立了针对24个基本单元组成的电源网络驱动串联型双轨增强电磁轨道炮的电路模型。将模拟结果与实验结果进行对比,电流模拟结果偏差2.6%,电枢出膛速度模拟结果偏差9.8%,模拟与实验结果基本一致,验证了模型方程和模拟方法的可靠性和合理性。
电磁发射 电路模拟 串联增强型轨道炮 电感梯度 electromagnetic launch circuit simulation series augmented railgun inductance gradients 
强激光与粒子束
2014, 26(11): 115001
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
从描述电磁轨道炮炮口电压波形的场路模型出发,构建了电枢/轨道高速滑动接触电阻与轨道电流波形、炮口电压波形、电枢膛内速度曲线和轨道结构参数之间的关系,依据此关系可定量表征电磁轨道炮高速滑动接触电阻。实例计算表明,电枢/轨道高速滑动接触电阻的变化依赖于轨道电流变化,对应电流上升段、平顶段和电流下降段。在平顶段接触电阻最小约0.2 mΩ,在电流上升段和电流下降段,接触电阻达3 mΩ。
电磁轨道炮 滑动接触电阻 定量表征 electromagnetic railgun sliding contact resistance quantitative expression 
强激光与粒子束
2014, 26(4): 045007
作者单位
摘要
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
介绍了W波段多普勒雷达测量电磁轨道炮内弹道度速度的基本方法,并对口径30 mm×25 mm的串联增强型电磁轨道炮内弹道速度进行了实际测量。初步研究表明: 雷达接收的信号易受到脉冲放电过程的干扰; 雷达信号的信噪比取决于电枢与轨道电接触状态,在电源充电电压较低、接触面无电弧生成时测得了完整的内弹道速度,并与丝网靶和磁探针测量结果吻合; 在较高充电电压条件下,由于电弧电接触产生的干扰,测速结果不够理想。
电磁轨道炮 多普勒雷达 内弹道速度 固体电枢 electromagnetic railgun Doppler radar in-bore velocity solid armature 
强激光与粒子束
2014, 26(4): 045006
作者单位
摘要
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 南京 210094
2 淮阴工学院 电子与电气工程学院, 江苏 淮安 223001
根据Maxwell方程推导出电磁场参数与速度之间的关系,建立了直角坐标下的电磁场和温度场扩散2维偏微分方程, 分析了固体电枢电磁轨道炮的速度趋肤效应。以矩形固体电枢为例,给出了边界条件和激励源函数。采用有限差分法对方程进行求解,并对数据进行了分析,得到轨道和电枢中磁感应强度、温度和电流密度的分布曲线。计算结果表明:电枢的运动使得电流密度集中在电枢和轨道交界面的尾部,使得该局部地区温度增加,进而引起电枢尾部的熔融与烧蚀。
轨道炮 速度效应 有限元差分法 railgun velocity skin effect finite difference method 
强激光与粒子束
2011, 23(7): 1965
作者单位
摘要
1 中国科学院 电工研究所,北京 100190
2 中国科学院 研究生院,北京 100190
重点研究了低速条件下重复推进对电枢与导轨的接触状态、初速等的影响。试验采用6路时序脉冲功率电源、10 mm方口径装置和U型单体铝电枢,利用建立的试验系统进行重复推进试验。试验结果表明:随着重复次数增加,电枢和导轨的接触状态趋于良好,电枢启动时间提前,初速增大。说明在电枢低速运动条件下,重复试验中导轨表面遗留富含铝的堆积物对下一次试验的滑动电接触有积极作用。
电磁推进系统 滑动电接触 重复试验 堆积物薄层 电枢 railgun sliding electrical contacts multi-shot deposit armature 
强激光与粒子束
2010, 22(4): 923

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