一種組合式同步感應(yīng)線圈發(fā)射器研究

榮先金,蔡文嘉,李帆,魏偉,劉莉

(國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司計(jì)量中心, 武漢 430077)

0 引 言

單段多級(jí)同步感應(yīng)線圈發(fā)射器MSICL(Multi-stage Synchronous Induction Coil Launcher)由線性排列的線圈形成的炮筒以及電樞和線圈驅(qū)動(dòng)回路組成[1-3]。線圈由一組電容器驅(qū)動(dòng)電路依次饋電,產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng),在電樞中感應(yīng)出渦流,使電樞受到電磁力作用,進(jìn)而推動(dòng)電樞前進(jìn)。電樞應(yīng)被加速到高速運(yùn)動(dòng)的需求,使得驅(qū)動(dòng)線圈應(yīng)儲(chǔ)存較多能量。如此,驅(qū)動(dòng)線圈需要承受高電壓和大電流,也就容易發(fā)生絕緣擊穿和機(jī)械損壞。軸向力使電樞加速向前發(fā)射,徑向力則對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈起反作用[4],特別是在大電流情況下,驅(qū)動(dòng)線圈的結(jié)構(gòu)形變會(huì)更為明顯。為得到高強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)線圈,其設(shè)計(jì)和制造方法都需要綜合考慮,這成為電磁發(fā)射領(lǐng)域的一個(gè)研究難點(diǎn)。

在線圈發(fā)射器應(yīng)用方面,希望負(fù)載即電樞和載荷(彈丸)受力后形成的加速推進(jìn)是平滑的,因?yàn)檫@有利于負(fù)載上器件的應(yīng)力設(shè)計(jì)[5-9]。但是,線圈發(fā)射器推動(dòng)電樞的工作時(shí)間很短,電源、線圈和電樞等的參數(shù)設(shè)計(jì),都直接影響著載荷的內(nèi)彈道波形,這對(duì)設(shè)計(jì)高效率[10]、穩(wěn)定過(guò)載的線圈發(fā)射器提出挑戰(zhàn)。目前,在線圈發(fā)射器內(nèi)部彈道設(shè)計(jì)上,常使用試湊法[11-12]和優(yōu)化算法[13-14],但由于線圈發(fā)射器參數(shù)多,且彼此相互影響,很難構(gòu)建具有平滑加速特點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案。

為了解決驅(qū)動(dòng)線圈易損壞和推力曲線抖動(dòng)嚴(yán)重等問題,設(shè)計(jì)出一種兩段三級(jí)組合式同步感應(yīng)線圈發(fā)射器。

1 兩段三級(jí)組合式同步感應(yīng)線圈發(fā)射器的設(shè)計(jì)原理

兩段三級(jí)組合式同步感應(yīng)線圈發(fā)射器(也簡(jiǎn)稱“兩段三級(jí)發(fā)射器”)[7-8]由多級(jí)驅(qū)動(dòng)線圈、電樞和絕緣導(dǎo)向管等部分組成,其原理結(jié)構(gòu)見圖1。它通過(guò)增加驅(qū)動(dòng)線圈級(jí)數(shù)、控制電容器初始充電電壓,以及調(diào)節(jié)各級(jí)驅(qū)動(dòng)線圈的工作時(shí)序等方式[9-10],可以對(duì)所發(fā)射載荷的射速和射程實(shí)現(xiàn)精確控制。

圖1 兩段三級(jí)式同步感應(yīng)線圈發(fā)射器的原理結(jié)構(gòu)

在兩段三級(jí)發(fā)射器中,銅線圈均勻纏繞在非導(dǎo)電、非導(dǎo)磁材料制作的炮管上;電樞是用鋁制造的。

兩段三級(jí)線圈發(fā)射器的最大特點(diǎn),是要對(duì)各段各級(jí)線圈的觸發(fā)時(shí)序進(jìn)行控制。每段線圈都可以設(shè)計(jì)成波浪形的電樞受力。該設(shè)計(jì),可以通過(guò)試湊法和優(yōu)化算法完成,以在電樞上生成疊加的電磁力。電樞受電磁力(簡(jiǎn)稱受力)的數(shù)學(xué)模型,如式(1)所示:

(1)

式中Femp代表每段線圈對(duì)電樞產(chǎn)生的電磁力;Fem是每個(gè)電樞受力的總和。

對(duì)于給定的較大發(fā)射載荷,兩段三級(jí)發(fā)射器把巨大的電磁能分解到多個(gè)線圈上去,并且要設(shè)法減小每個(gè)線圈的受力,以降低驅(qū)動(dòng)線圈的制作難度。研究表明,通過(guò)控制各段各級(jí)線圈的時(shí)延,可平滑電樞加速運(yùn)動(dòng)中的受力,如此,各級(jí)線圈受力,將比單段多級(jí)驅(qū)動(dòng)線圈受力要小。

不同觸發(fā)方式,會(huì)導(dǎo)致發(fā)射器所產(chǎn)生電樞運(yùn)動(dòng)的受力特性曲線不同。例如,對(duì)于兩段多級(jí)組合式發(fā)射器,每段的第一級(jí)線圈可以一起被驅(qū)動(dòng)也稱被點(diǎn)火,電樞的加速度曲線將與單段多級(jí)式同步感應(yīng)線圈發(fā)射器的電樞受力曲線相同,電樞電動(dòng)勢(shì)的幅值則是單段發(fā)射器的兩倍;而所形成的受力曲線(即加速度曲線)的平滑度相同。加速度的平滑度由標(biāo)準(zhǔn)偏差描述如下:

(2)

(3)

式中a0為電磁力作用下電樞的平均加速度;M為電樞的質(zhì)量;t1為電樞受力降為0需要經(jīng)過(guò)的時(shí)間。

如果所產(chǎn)生的電磁力大小呈振蕩狀且振幅較大,可能對(duì)載荷造成傷害。為了使電樞亦即載荷在發(fā)射器內(nèi)推進(jìn)的加速度更為平穩(wěn),發(fā)射器每一段線圈彼此之間可以相互協(xié)調(diào)地觸發(fā)。比如發(fā)射器第二段的第一級(jí)線圈,可以在第一段線圈的受力即將下降時(shí)即t2時(shí)刻觸發(fā),以使得兩者中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)曲線相重疊,其峰谷相疊加,從而使電樞在發(fā)射器內(nèi)推進(jìn)的加速度曲線更加平滑。

2 兩段三級(jí)發(fā)射器所產(chǎn)生電磁力的仿真設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證多段多級(jí)組合式同步感應(yīng)線圈發(fā)射器在電樞上產(chǎn)生電磁力的性能,對(duì)兩段三級(jí)發(fā)射器產(chǎn)生的電磁力進(jìn)行了建模仿真分析。對(duì)于圖1所示兩段三級(jí)發(fā)射器的原理結(jié)構(gòu),按兩段三級(jí)即共6個(gè)線圈、每個(gè)線圈的原理電路都相同來(lái)考慮,畫出一個(gè)線圈由電容器儲(chǔ)能為其提供驅(qū)動(dòng)力的原理電路,具體見圖2。

圖2 電容器儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)發(fā)射器的原理電路

在建立兩段三級(jí)發(fā)射器仿真模型時(shí),忽略線圈變形以及溫度變化對(duì)電路電阻、電感的影響,忽略溫度變化對(duì)通電體密度的影響,并且假設(shè)驅(qū)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)對(duì)稱,且電樞不存在軸向偏移。

具體仿真分析中,首先同時(shí)給6個(gè)線圈的供能電容器充電,待它們的電壓充至所需的約3 000 V時(shí),依次按照給定時(shí)序閉合電容器放電電路開關(guān)。

由于圖1所示兩段三級(jí)發(fā)射器模型是二維軸對(duì)稱的,且假設(shè)電樞不存在軸向偏移,且考慮到計(jì)算量與計(jì)算速度需求,確定進(jìn)行2D仿真分析。為此,在Ansoft Maxwell 2D瞬態(tài)建模仿真分析中做出以下假設(shè):

(1)如果被分析物體是運(yùn)動(dòng)的,運(yùn)動(dòng)帶(用于分開靜止與運(yùn)動(dòng)的物體)以外的物體不運(yùn)動(dòng);

(2)模型中只能有一種運(yùn)動(dòng)方式,即平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng),不能同時(shí)有兩種運(yùn)動(dòng)方式;

(3)運(yùn)動(dòng)帶內(nèi)的物體可以有多個(gè),但只能指定為做同一種運(yùn)動(dòng)。

基于上述假設(shè)和條件,對(duì)兩段三級(jí)發(fā)射器產(chǎn)生電磁力的特性進(jìn)行了仿真分析。具體地,建立了單段三級(jí)發(fā)射器的仿真模型,以及兩段三級(jí)發(fā)射器的仿真模型,分別如圖3和圖4所示,所用電容器儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。

圖3 單段三級(jí)發(fā)射器仿真圖

相關(guān)計(jì)算參數(shù)提供在表1中。在每段的第二級(jí)、第三級(jí)線圈的驅(qū)動(dòng)電路中加入時(shí)延;電樞質(zhì)量為0.34 kg,由于試驗(yàn)條件的限制,兩段線圈的間距為0.23 m。驅(qū)動(dòng)線圈回路的電阻以實(shí)際測(cè)得值帶入;同時(shí),考慮到線圈驅(qū)動(dòng)電路有其他部分額外電阻的影響,故在每級(jí)線圈回路自電阻基礎(chǔ)上,又計(jì)及了額外損耗,以減小仿真計(jì)算誤差。

表1 仿真計(jì)算參數(shù)

2.1 單段三級(jí)發(fā)射器點(diǎn)火設(shè)計(jì)

為進(jìn)行多段發(fā)射器觸發(fā)時(shí)序設(shè)計(jì),首先進(jìn)行單段三級(jí)發(fā)射器點(diǎn)火設(shè)計(jì)研究。相應(yīng)仿真分析的線圈模型中,輸入了實(shí)際線圈的尺寸和匝數(shù)等參數(shù);激勵(lì)源為脈沖電容器。根據(jù)虛功原理計(jì)算電樞受力。考慮模型中的一個(gè)子系統(tǒng),它由第i級(jí)線圈和電樞的第j個(gè)有限元構(gòu)成。存儲(chǔ)在子系統(tǒng)中的磁場(chǎng)能量,是這兩個(gè)導(dǎo)體之間的自感儲(chǔ)能和互感儲(chǔ)能之和,即:

(4)

式中Lci為第i級(jí)線圈的自感;Ici為第i級(jí)線圈中的電流;Mcaij為第i級(jí)線圈與電樞的第j個(gè)有限元部分之間的互感;Iaj為電樞的第j個(gè)有限元部分中的電流;Laj為第j個(gè)電樞有限元的自感;i為已導(dǎo)通前i級(jí)線圈。

根據(jù)虛功原理,電樞的每個(gè)有限元部分的受力(驅(qū)動(dòng)力)可表征為:

(5)

電樞在軸向上受到的總驅(qū)動(dòng)力是電樞每個(gè)有限元部分在z方向上的受力之和,即:

(6)

式中Lci為第i級(jí)線圈的自感;Ici為第i級(jí)線圈中的電流;Mcaij為第i級(jí)線圈與電樞的第j個(gè)有限元部分之間的互感;Iaj為電樞的第j個(gè)有限元部分中的電流;Laj為第j個(gè)電樞有限元的自感;i為已導(dǎo)通前i級(jí)線圈。

對(duì)發(fā)射器的仿真模型電路,采用多組時(shí)序進(jìn)行仿真計(jì)算,從第一級(jí)到第三級(jí),按照以下幾組不同的放電時(shí)序依次放電,第一組為t1=0 ms、t2=2.2 ms、t3=3.8 ms,第二組為t1=0 ms、t2=2.2 ms、t3=4.0 ms,第三者組為t1=0 ms、t2=2.2 ms、t3=4.2 ms。對(duì)得到的電樞受力波形求平均值,得到平均受力的大小,再對(duì)受力大小求標(biāo)準(zhǔn)差。

最后,通過(guò)分析比較,得到相對(duì)較好的單段單級(jí)發(fā)射器對(duì)電樞產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的時(shí)序參數(shù)。三組不同時(shí)刻電容器放電條件下,電樞受力波形和電樞推進(jìn)速度波形,分別如表2中所示(電流從左往右依次為第一級(jí)、第二級(jí)、第三級(jí))。通過(guò)對(duì)電樞受力波形進(jìn)行后處理,計(jì)算得到三組觸發(fā)時(shí)序的平均受力大小和受力的標(biāo)準(zhǔn)差如表3所示。通過(guò)對(duì)幾組單段三級(jí)發(fā)射器電樞受力仿真計(jì)算平均值方差的比較得到,平均值最大且方差最小的時(shí)序?yàn)閠1=0 ms、t2=2.2 ms、t3=3.8 ms,此條件下,電樞的受力較為平滑,所以,可以選擇這種時(shí)序用于接下來(lái)的兩段三級(jí)發(fā)射器共同推動(dòng)電樞情況下的仿真計(jì)算。分析發(fā)現(xiàn),單段三級(jí)線圈作用下電樞受力的波形有三個(gè)波峰,通過(guò)調(diào)節(jié)不同級(jí)線圈的驅(qū)動(dòng)時(shí)序,使它們所產(chǎn)生的電磁力可以交叉錯(cuò)位地疊加,如此,可以使兩段三級(jí)線圈組合共同作用下的電樞受力波形更加平滑,同時(shí)達(dá)到平滑電樞推進(jìn)加速度的目的。

表2 不同時(shí)序觸發(fā)下電樞軸向受力波形

表3 不同時(shí)序觸發(fā)下電樞受電磁力的平均值、方差及電樞出口速度

2.2 兩段三級(jí)發(fā)射器同時(shí)序點(diǎn)火

第一段前三級(jí)線圈與第二段后三級(jí)線圈組成的兩段三級(jí)發(fā)射器的仿真模型以及驅(qū)動(dòng)電路模型,如圖4和圖2所示。兩段線圈中,除第一級(jí)線圈外,其余線圈均加入延時(shí);將第一段和第二段線圈按照相同的時(shí)序進(jìn)行觸發(fā),分別得到第一段三級(jí)線圈和第二段三級(jí)線圈的驅(qū)動(dòng)疊加以后電樞受力的曲線,如圖5所示。

圖5 兩段三級(jí)線圈同時(shí)序觸發(fā)下電樞受力的波形

對(duì)0～10 ms時(shí)段內(nèi)的仿真計(jì)算結(jié)果求取平均值和方差,得到兩段三級(jí)組合式線圈同時(shí)序作用下電樞受平均電磁力為2.081 kN,遠(yuǎn)大于單段三級(jí)線圈驅(qū)動(dòng)下電樞的平均受力(0.9 kN)?？梢?在兩段三級(jí)組合式同步感應(yīng)線圈的共同作用下,電樞受力明顯增大,但由于并未采用交錯(cuò)的時(shí)序控制,電樞的最終加速度與之前單段三級(jí)線圈驅(qū)動(dòng)使電樞獲得的加速度基本一致,即增加一段三級(jí)線圈,并未起到平滑電樞加速度的作用。

2.3 兩段三級(jí)發(fā)射器點(diǎn)火設(shè)計(jì)

為改善電樞加速度的平滑度,考慮交錯(cuò)驅(qū)動(dòng)不同級(jí)線圈,對(duì)發(fā)射器的線圈添加時(shí)延控制,進(jìn)而對(duì)第二段三級(jí)線圈和第一段三級(jí)線圈對(duì)電樞受力大小的峰谷疊加方法加以改進(jìn)。具體地,采用不斷調(diào)整時(shí)序的方式,對(duì)兩段三級(jí)發(fā)射器進(jìn)行了四組仿真計(jì)算分析,從發(fā)射器底部至發(fā)射器出口的線圈分別為線圈1～線圈6,最終目的是使電樞受力盡量大,而且使電樞推進(jìn)的加速度曲線盡量平滑。

第一組觸發(fā)時(shí)序T1=0 ms,T4=1.1 ms,T2=2.2 ms,T5=3.3 ms,T3=4.4 ms,T6=5.5 ms。第二組觸發(fā)時(shí)序T1=0 ms,T4=1 ms,T2=2.2 ms,T5=2.9 ms,T3=3.6 ms,T6=4.1 ms。第三組觸發(fā)時(shí)序T1=0 ms,T4=1 ms,T2=2.2 ms,T5=2.8 ms,T3=3.7 ms,T6=4.3 ms。第四組觸發(fā)時(shí)序T1=0 ms,T4=1.1 ms,T2=2.1 ms,T5=3 ms,T3=3.8 ms,T6=4.5 ms。

多組仿真計(jì)算得到的電樞受力波形和電樞受力平均值及標(biāo)準(zhǔn)差,都提供在表4中。

表4 不同時(shí)序觸發(fā)下電樞的受力波形、平均值及方差

最終得到比較的波形結(jié)果,電樞受力平均值最大、標(biāo)準(zhǔn)差最小的時(shí)序?yàn)門1=0 ms,T4=1.1 ms,T2=2.1 ms,T5=3 ms,T3=3.8 ms,T6=4.5 ms,此條件下,電樞受力的標(biāo)準(zhǔn)差σ=3.423 kN,受力的平均值為x=2.056 kN。與前文單段三級(jí)發(fā)射器驅(qū)動(dòng)下電樞受力平均值和標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行比較,單段三級(jí)發(fā)射器電樞的質(zhì)量為0.34 kg,由加速度波形的方差計(jì)算公式D(a)=D(F/m)=D(F)/m2=σ2/m2,得到加速度波形的方差為24.125 kN2;兩段三級(jí)發(fā)射器的電樞質(zhì)量為1.073 kg,兩段三級(jí)線圈共同推動(dòng)后,在第四組設(shè)計(jì)時(shí)序的觸發(fā)下,電樞受力后形成的推進(jìn)加速度的方差為9.186 kN2,遠(yuǎn)小于單段三級(jí)線圈作用下電樞的加速度方差,即說(shuō)明,兩段三級(jí)線圈共同作用下,通過(guò)合理調(diào)控點(diǎn)火時(shí)序,可以平滑電樞推進(jìn)加速度的曲線。

對(duì)于每段線圈的電流時(shí)延間隔都相同的情況,仿真計(jì)算發(fā)現(xiàn),電樞受力的波形,在前兩級(jí)線圈電流作用下相對(duì)平滑一些,但隨著時(shí)間的推移,電樞受力的變化增大,受力曲線越發(fā)抖動(dòng),最后甚至急速下降。仿真計(jì)算還發(fā)現(xiàn),后面幾級(jí)線圈電流的作用時(shí)刻應(yīng)適當(dāng)提前,如此,才能使電樞的加速度曲線稍微平滑,兩段三級(jí)線圈作用下電樞受力曲線的平滑度,比單段三級(jí)線圈作用下的受力曲線的平滑度要好。

3 線圈徑向受力分析

軸向力使電樞加速向前發(fā)射,而徑向力則對(duì)驅(qū)動(dòng)線圈起制動(dòng)作用,特別是在大電流情況下,徑向力會(huì)使驅(qū)動(dòng)線圈的形變更加明顯。為了分析線圈的徑向受力程度,設(shè)計(jì)了三組仿真算例:(1)單段三級(jí)單組電樞質(zhì)量仿真;(2)單段三級(jí)兩組電樞質(zhì)量仿真;(3)兩段三級(jí)兩組電樞質(zhì)量仿真。第一組和第三組的仿真設(shè)計(jì),與第2.1、2.2小節(jié)中的單段和兩段三級(jí)發(fā)射器的仿真設(shè)計(jì)相同。第二組仿真算例中,將電樞質(zhì)量設(shè)置為第三組仿真的電樞質(zhì)量,由于第三組電樞為組合電樞,約為第一組電樞質(zhì)量的兩倍,通過(guò)能量守恒定律設(shè)置電容值與總能量不變,改變電容電壓值,即將電容電壓值設(shè)置為質(zhì)量倍數(shù)的開方倍。在ansoft maxwell后處理場(chǎng)計(jì)算器中,線圈徑向力為Jψ·Bz,其中Jψ為圖4中垂直于紙面的電流密度,Bz為磁感應(yīng)強(qiáng)度的z軸分量。在該模型中將Jψ·Bz進(jìn)行體積分,即可得到驅(qū)動(dòng)線圈受到的總徑向力。仿真計(jì)算得到的結(jié)果如圖6所示。

圖6 線圈徑向受力對(duì)比圖

從圖6中可以看出,第二組仿真線圈所受到的徑向力,基本上是單段三級(jí)單組電樞質(zhì)量受到徑向力的兩倍;同時(shí),對(duì)比第一組和第三組所受徑向力的結(jié)果可以清楚地發(fā)現(xiàn),第三組仿真計(jì)算得到的各級(jí)線圈受到的徑向力,明顯要比第一組仿真算例中各級(jí)線圈所受到的徑向力小。這表明,兩段三級(jí)線圈組合下,發(fā)射器中每個(gè)線圈受到的徑向力減小了,達(dá)到了線圈受力被分散的效果,如此,可使線圈不容易損壞。

4 兩段三級(jí)發(fā)射器性能試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所提出的兩段三級(jí)組合式同步感應(yīng)線圈發(fā)射器設(shè)計(jì)方案的合理性,工作中制作了該模型樣機(jī),并進(jìn)行了物理試驗(yàn)驗(yàn)證。所制作的兩段三級(jí)發(fā)射器的幾何結(jié)構(gòu)與仿真模型相同,即具體與圖4相同。其中,組合電樞的總重量約為1 kg。電源由六組電容器構(gòu)成脈沖電源,制成的兩段三級(jí)發(fā)射器的試驗(yàn)樣機(jī),如圖7所示。

圖7 兩段三級(jí)組合式同步感應(yīng)線圈發(fā)射器樣機(jī)外觀

該試驗(yàn)樣機(jī)的兩段三級(jí)共6個(gè)線圈,分別由六套脈沖電源子系統(tǒng)供電。脈沖電源子系統(tǒng)由充電回路和電容器組組成。為簡(jiǎn)便起見,每一級(jí)線圈的電源都相同。每級(jí)線圈由240 μF電容器和3 kV的初始電壓供電。所有電容器組均采用相同的供電電路,與圖2相同。每級(jí)線圈的觸發(fā)時(shí)序分別為T1=0 ms,T4=1.1 ms,T2=2.1 ms,T5=3 ms,T3=3.8 ms,T6=4.5 ms,物理試驗(yàn)中,測(cè)量第一段第一級(jí)線圈和第二段第二級(jí)線圈的電流。在發(fā)射器出口前方安裝了測(cè)速儀,用以測(cè)量電樞的出膛速度,測(cè)速儀距離電樞底部約0.61 m。用示波器觀察得到的線圈電流波形如圖8所示。試驗(yàn)電流波形與仿真電流波形對(duì)比如圖9所示。

圖8 試驗(yàn)電流波形

圖9 試驗(yàn)電流與仿真電流對(duì)比

從圖9可看出,第一段第一級(jí)線圈電流的仿真幅值為595 A,第二段第二級(jí)線圈電流的仿真幅值為699 A,與物理試驗(yàn)結(jié)果的誤差分別為6.6%和5.2%;仿真計(jì)算得到的兩段三級(jí)發(fā)射器的電樞出膛速度為21.0 m/s,與實(shí)際測(cè)得的電樞出膛速度16.8 m/s存在約20%的誤差。

分析認(rèn)為,由于物理模型工藝制造存在誤差,兩段線圈的匝數(shù)和兩個(gè)電樞的尺寸大小均略有差異,導(dǎo)致所產(chǎn)生的脈沖電流存在一定偏差;而且,電樞排列位置也很難做到嚴(yán)格軸對(duì)稱,這也導(dǎo)致線圈仿真電流波形與試驗(yàn)電流波形略有差別,根據(jù)線圈徑向受電磁力公式可計(jì)算得到,如果線圈電流波形基本一致,線圈徑向受力會(huì)基本一致;再者,電樞與炮筒之間存在摩擦力,這無(wú)疑會(huì)導(dǎo)致實(shí)際測(cè)得的電樞出膛速度,會(huì)小于理論模型下仿真計(jì)算出的電樞出膛速度。

綜合試驗(yàn)線圈電流與電樞出膛速度結(jié)果可以看出,考慮到試驗(yàn)過(guò)程中存在的摩擦力以及線圈制造工藝誤差,可以認(rèn)為,仿真計(jì)算結(jié)果是正確的,能夠較好地反映所設(shè)計(jì)發(fā)射器電樞的運(yùn)動(dòng)特性。

5 結(jié)束語(yǔ)

開展了兩段三級(jí)組合式同步感應(yīng)線圈發(fā)射器電樞產(chǎn)生推進(jìn)力性能的研究,提出并構(gòu)建了該發(fā)射器的仿真計(jì)算模型,并制作了實(shí)物樣機(jī)。仿真計(jì)算和物理試驗(yàn)結(jié)果,較好地驗(yàn)證了所提出的兩段三級(jí)組合式同步感應(yīng)線圈發(fā)射器設(shè)計(jì)方案的合理性與可行性,得到的研究結(jié)論如下:

所提出的同步感應(yīng)線圈發(fā)射器設(shè)計(jì)新方案,采用了兩個(gè)三級(jí)線圈交錯(cuò)放電,有三個(gè)明顯作用:可提供更大的推進(jìn)力,使得在電樞質(zhì)量相同條件下,可提高電樞的加速度和出膛速度;讓第一段三級(jí)線圈產(chǎn)生的電樞驅(qū)動(dòng)力波峰與第二段三級(jí)線圈產(chǎn)生的電樞驅(qū)動(dòng)力的波谷相疊加,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電樞更為平滑的加速推進(jìn);將多級(jí)線圈分為兩段,可分散線圈驅(qū)動(dòng)力,降低線圈徑向受力,致使線圈不易損壞。

此外,如果再增加電樞載荷,可考慮采用更多段多級(jí)線圈的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)同步感應(yīng)型發(fā)射器,以更有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)載荷的平穩(wěn)加速。