螺旋线圈式电磁炮发射机理与静动态电磁特性研究

作     者：郑明华 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘少克

授予年度：2010年

学科分类：082601[工学-武器系统与运用工程] 08[工学] 0826[工学-兵器科学与技术] 082603[工学-火炮、自动武器与弹药工程] 

主      题：电磁发射 电磁炮 螺旋线圈炮 电刷换向 弹丸 电磁特性 

摘      要：电磁炮是利用电磁力将弹丸加速到高速度,使电源电能转换为物体动能的新概念武器。与传统火炮相比,电磁炮具有速度高、性能优良和可控性好等诸多优势。电磁炮主要包括导轨炮、线圈炮和重接炮。在过去一段时间,导轨炮由于结构简单且易于达到超高速,一直被当作电磁发射领域的重点研究对象,但其能量利用率一般只有3%左右,且存在烧蚀、导轨刨削、电枢电接触的转捩现象,同时结构部件要求高强度和刚度、且能承受高强电流,因而限制了其应用范围。而线圈炮由于弹丸与炮管之间几乎没有摩擦,能发射较重的弹丸,电能转换成动能的效率较高,尽管结构和供电系统比较复杂,但在工程应用方面发展迅速。 本文通过研究电刷换向式螺旋线圈炮的电磁发射工作机理,提出了电源、弹丸组件和驱动线圈三个子系统的设计准则,仿真分析了螺旋线圈炮的静动态电磁特性。结合铁磁弹丸的优点,以提高发射速度和发射效率为目的,提出并设计了一种新型高效螺旋线圈式电磁炮试验系统,并进行了初步实验研究。 主要研究内容如下: 1、对电刷换向式螺旋线圈炮工作原理进行研究,建立其动力学方程和等效电路模型,进而得到了弹丸的运动解析解。在理论分析的基础上提出了螺旋线圈炮电源、弹丸组件及驱动线圈部分的设计准则。 2、采用Maxwell 2D模块和Matlab/Simulink软件对螺旋线圈炮的静、动态电磁场特性分别仿真,求得了最大出口速度前提下螺旋线圈炮的最佳结构参数。 3、结合铁磁弹丸的优点,以提高发射速度和发射效率为目的,提出了两种改进方案,并分别与纯线圈情况下进行比较,最终确立了一种新型高效螺旋线圈式电磁炮试验系统。特别探讨了在不同条件下,针对弹丸部分的设计方法。 4、在理论推导和仿真分析的基础上,设计了一套新型高效电刷换向式螺旋线圈型电磁炮的实验系统。实验测试表明本文的理论分析和仿真计算是可信的。