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分布储能式电磁轨道炮效率分析

温艳玲 戴玲 祝琦 王少杰 林福昌

温艳玲, 戴玲, 祝琦, 等. 分布储能式电磁轨道炮效率分析[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 025007. doi: 10.11884/HPLPB202032.190332
引用本文: 温艳玲, 戴玲, 祝琦, 等. 分布储能式电磁轨道炮效率分析[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 025007. doi: 10.11884/HPLPB202032.190332
Wen Yanling, Dai Ling, Zhu Qi, et al. Efficiency of distributed energy storage electromagnetic railgun[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 025007. doi: 10.11884/HPLPB202032.190332
Citation: Wen Yanling, Dai Ling, Zhu Qi, et al. Efficiency of distributed energy storage electromagnetic railgun[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 025007. doi: 10.11884/HPLPB202032.190332

分布储能式电磁轨道炮效率分析

doi: 10.11884/HPLPB202032.190332
详细信息
    作者简介:

    温艳玲(1996—),女,硕士,从事脉冲功率技术研究;wyl_violin@sina.cn

    通讯作者:

    戴 玲(1976—),女,博士,从事脉冲功率技术研究;dailing@mail.hust.edu.cn

  • 中图分类号: TJ866

Efficiency of distributed energy storage electromagnetic railgun

  • 摘要: 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%。
  • 图  1  导轨与电枢的剖分网格

    Figure  1.  Mesh of rails and armature

    图  2  输入的电流波形

    Figure  2.  Input current

    图  3  不同时刻单导轨yz截面电流密度分布图

    Figure  3.  Current density distribution map of single rail at different moments

    图  4  电阻梯度随时间变化情况

    Figure  4.  Changes of resistance gradient with time

    图  5  PFU电路拓扑结构

    Figure  5.  Topology of the PFU

    图  6  PFU电路的输出电流

    Figure  6.  Current waveform of PFU

    图  7  DES的触发策略

    Figure  7.  Trigger strategy of DES

    图  8  DES轨道炮的电流波形及电枢的速度和位移曲线

    Figure  8.  Current, velocity and displacement curves of DES

    图  9  炮尾集中式轨道炮电枢的速度和位移曲线

    Figure  9.  Velocity and displacement curves of breech-fed railgun

    表  1  电磁轨道炮的系统参数

    Table  1.   Parameters of electromagnetic railgun

    Lri′/(μH·m)ρr/(m·Ω)Rri′/μΩucu2ma+p/kgρa/(m·Ω)k1βa/(m2·Ω·A-1)u1
    railarmature-projectile system
    0.451.67×10-87.90.340.3211.67×10-82.5×10-23×10-160.68
    下载: 导出CSV

    表  2  触发单元铺设方式

    Table  2.   PFU laying mode

    trigger sequencex/mtotal units
    1014
    20.18
    30.27
    41.16
    51.95
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-03
  • 修回日期:  2019-10-31
  • 刊出日期:  2019-12-26

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