多级感应线圈型发射器效率影响因素的优化设计与实验研究

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电磁发射技术是一种利用电磁力来加速弹丸至目标速度的加速技术。该技术具有能源清洁成本低、弹丸出口速度不受制于声速、发射弹丸的质量可调范围大、效率高等优势，因此其在新式武器、电磁弹射以及民用运输等应用领域具有广泛的应用前景。电磁发射技术主要包括导轨型、线圈型、重接型，作为研究热点的线圈型电磁发射技术仍存在一定的不足，本文就针对多级线圈型发射器的驱动线圈匝数、外电路参数等主要参数的相互影响，封装外壳对发射效率影响以及多级驱动线圈之间耦合效应的影响进行分析，并进行了实验研究。本文首先从场和电路的角度建立线圈型发射器的数学模型，对线圈型发射器的电磁特性进行分析，为仿真与实验提供理论基础。其次建立单级线圈型发射器的仿真模型，对外电路、驱动线圈以及触发位置参数进行优化，使给定弹丸的发射效率最大。然后针对封装外壳对线圈型发射器发射效率的影响，建立仿真模型，分析外壳材料、尺寸对线圈型发射器发射效率的影响。仿真结果表明表面外壳电导率越低、磁导率材料越高、外壳厚度越薄、外壳和驱动线圈间隙越大都可以提高发射效率，并且通过对外壳开槽处理可以起到抑制外壳涡流有效的提高线圈型发射器发射效率。另外，通过多级线圈型发射器仿真分析发现随着电枢速度的提高，缩短驱动线圈的级间距离对多级线圈型发射器耦合效应的影响会逐渐增大，使得后级驱动线圈中感应电动势逐渐增强从而影响电枢加速，在此基础上提出了适用于多级线圈型发射器最佳触发位置的优化控制策略，并构建了三级线圈型发射器的仿真模型，对三级线圈型发射器单独仿真计算以及使用优化控制策略前后的三级线圈型发射器联合仿真计算进行对比，仿真结果表面耦合效应对多级线圈型发射器的加速存在影响，线圈型发射器每级单独优化的最佳触发位置不在适用于多级线圈型发射器中，使用优化控制策略重新计算得到的多级线圈型发射器触发位置可以有效的提高电枢出口速度。最后进行了三级线圈型发射器的实验，实验首先验证了单级发射过程中驱动线圈匝数为150匝时发射效率最大；然后在2500V、400μF条件下进行了无外壳、开槽外壳、未开槽外壳三种封装状态下单级发射器的实验，实验的电枢出口速度分别是 21.27m/s、11.43m/s、9.36m/s，验证了外壳对发射器效率存在影响，并且通过对外壳进行开槽处理可以提高发射效率。再进行了三级线圈型发射器实验，每级均采用5000V、400μF的电容器组供电，优化前后分别将 200g的铝合金制作的弹丸加速至72.66m/s和85.27m/s的出口速度，实验结果表面适用于多级线圈型发射器触发位置的优化控制策略的可行性。

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作者
江明阳;
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作者单位

西南交通大学;

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授予单位西南交通大学;
学科电气工程
授予学位硕士
导师姓名董亮;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金融、银行;
关键词
多级; 感应; 线圈型; 发射器; 效率影响因素; 优化;

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