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分流器形式炮口消弧装置的电路模拟优化与试验

葛霞 曹斌 李明涛 裴朋超 王钊 李菊香

葛霞, 曹斌, 李明涛, 等. 分流器形式炮口消弧装置的电路模拟优化与试验[J]. 强激光与粒子束, 2021, 33: 025002. doi: 10.11884/HPLPB202133.200142
引用本文: 葛霞, 曹斌, 李明涛, 等. 分流器形式炮口消弧装置的电路模拟优化与试验[J]. 强激光与粒子束, 2021, 33: 025002. doi: 10.11884/HPLPB202133.200142
Ge Xia, Cao Bin, Li Mingtao, et al. Circuit simulation optimization and test of shunt type muzzle arc suppression device[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2021, 33: 025002. doi: 10.11884/HPLPB202133.200142
Citation: Ge Xia, Cao Bin, Li Mingtao, et al. Circuit simulation optimization and test of shunt type muzzle arc suppression device[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2021, 33: 025002. doi: 10.11884/HPLPB202133.200142

分流器形式炮口消弧装置的电路模拟优化与试验

doi: 10.11884/HPLPB202133.200142
详细信息
    作者简介:

    葛 霞(1984—),女,高级工程师,从事电磁发射技术研究;xiasanpan@126.com

  • 中图分类号: TM140

Circuit simulation optimization and test of shunt type muzzle arc suppression device

  • 摘要: 针对轨道炮电枢出炮口时拉弧问题,提出了一种基于分流器形式的炮口电弧抑制方案。以固体电枢为研究对象,采用Simulink软件根据发射器与消弧装置的电气参数建立含有炮口消弧装置的发射系统仿真模型,目的是通过对消弧装置电气参数不同阻抗值的仿真计算,实现消弧装置电气参数与发射系统电气参数的最佳匹配,达到降低消弧支路对电枢出炮口速度的影响,同时有效地抑制炮口电弧。由于与消弧装置串联的电枢前方轨道阻抗在消弧支路阻抗中占比很大,通过消弧装置阻抗电阻、电感优化调整,实现电枢在膛内运动起始阶段,消弧支路的阻抗远大于电枢支路的阻抗,发射电流大部分都流过电枢,保证了电枢的加速运动。随着电枢向炮口方向运行,消弧支路阻抗快速减小,同时在磁通压缩作用下,消弧支路中电流快速增加,电枢支路电流减小,但由于电枢前后方磁场对其都是推进作用,电枢出炮口速度基本不受影响,保持较高的系统效率;电枢出炮口后,消弧支路的阻抗小于电弧的阻抗值,建立合理的电弧快速消引条件,消弧支路电流远大于电枢上电流,发射系统的剩余能量可通过消弧装置释放,降低炮口拉弧对发射性能的影响。经过消弧装置的电阻和电感多参数值的计算与分析,最后确定与文中发射系统匹配的消弧装置电阻约为1 mΩ,电感约为0.1 μH。结合发射装置结构,设计出的消弧装置电阻为1.32 mΩ,电感为0.124 μH,在搭建的发射系统仿真模型中对其进行了充电电压3 kV等级的发射仿真计算,在充电电压3 kV的发射能量等级下进行了消弧发射试验,仿真结果与试验结果具有较好的一致性,消弧效果良好。
  • 图  1  含有分流器形式炮口装置的轨道发射系统电路图

    Figure  1.  Circuit diagram of rail launching system with diverter type muzzle device

    图  2  电容电源模块

    Figure  2.  Capacitor power module

    图  3  电枢所受摩擦阻力模型

    Figure  3.  Friction resistance model of armature

    图  4  电枢动力学模型

    Figure  4.  Armature dynamic model

    图  5  电磁发射系统动态仿真模型

    Figure  5.  Dynamic simulation model of electromagnetic launch system

    图  6  炮口初速、电枢出炮口电流和消弧电流随Rs变化的变化曲线

    Figure  6.  Curve of muzzle velocity,armature outlet current and arc suppression current changing with Rs

    图  7  炮口初速、电枢出炮口电流和消弧电流随Ls变化的变化曲线

    Figure  7.  Curve of muzzle velocity,armature outlet current and arc suppression current changing with Ls

    图  8  无消弧和加装消弧装置状态下电流仿真结果图

    Figure  8.  Current simulation results with or without arc suppression device

    图  9  无消弧和加装消弧装置状态下电枢膛内运动速度曲线

    Figure  9.  Velocity curve of armature in bore with or without arc suppression device

    图  10  电磁发射系统动态仿真结果

    Figure  10.  Dynamic simulation results of electromagnetic launch system

    图  11  消弧装置试验

    Figure  11.  Arc suppression device test

    表  1  电磁轨道炮系统参数

    Table  1.   Parameters of electromagnetic railgun system

    power supply capacitance C/mFinductance of wiring and transfer circuit R1/mΩinductance of wiring and transfer circuit L1/μHsystem initial resistance R0/mΩsystem initial inductance L0/μHresistance gradient of rail R′/mΩinductance gradient of rail L′/μHresistance of armature branch Ra/mΩ
    126011.80.31.10.4
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    表  2  加装消弧装置试验结果

    Table  2.   Test results of installing arc suppression device

    charging voltage/kVarmature mass/gconfluence current/kAB-point ring speed/(m/s)
    341277.91282
    342276.41304
    下载: 导出CSV

    表  3  未加装消弧装置试验结果

    Table  3.   Test results without installing arc suppression device

    charging
    voltage/kV
    armature
    mass/g
    confluence
    current/kA
    B-point ring
    speed/(m/s)
    muzzle speed drop
    the firstthe second
    340274.41325−43−21
    下载: 导出CSV
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    Chen Xiaoyang. Performance simulation and optimization of enhanced electromagnetic railgun. Qinhuangdao: Yanshan University. 2017
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-06
  • 修回日期:  2020-10-27
  • 刊出日期:  2021-01-07

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