單級(jí)感應(yīng)線圈炮能量轉(zhuǎn)換效率研究

1、中國太原第九屆中國信息融合大會(huì)第九屆中國信息融合大會(huì)TaiyuanChina2019年10月TheNinthChineseInfmationFusionConference1收稿日期：20101228；修回日期：20110302基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（No.61301074No.61271107）；國國防預(yù)研項(xiàng)目（91400C800501140C80340）。單級(jí)感應(yīng)線圈炮能量轉(zhuǎn)換效率研究張三1a，李四2，趙大偉1b，劉小虎1c（1

2、海軍航空工程學(xué)院a院務(wù)部；b新裝備培訓(xùn)中心；c七系，山東煙臺(tái)264001；2海軍裝備部，北京100071）摘要：在單級(jí)感應(yīng)線圈炮的發(fā)射過程中，隨著電容器組放電電壓、電容量以及電樞初始位置的變化，彈丸出口速度和系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率也將隨之發(fā)生變化。為獲得其中的規(guī)律，建立了單級(jí)感應(yīng)線圈炮的數(shù)學(xué)模型，仿真分析了電容器組放電電壓、電容量以及電樞初始位置對(duì)彈丸出口速度及系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率的影響。分析結(jié)果表明，隨著放電電壓增加彈丸出口速度幾乎呈直線上升，

3、而系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率卻先增加后減小，存在一個(gè)最佳放電電壓使得系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率最大；隨著電容器組電容量增加，彈丸出口速度不斷增大但增幅逐漸減小趨于飽和，而系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率先增加后減小，存在一個(gè)最佳電容器組電容量使得系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率最大；隨著電樞初始位置沿彈丸發(fā)射方向移動(dòng)，彈丸出口速度和系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率都先增大后減小，存在一個(gè)最佳初始位置使得二者同時(shí)達(dá)到最大。關(guān)鍵詞：單級(jí)感應(yīng)線圈炮；電樞；能量轉(zhuǎn)換效率中圖分類號(hào)：O441.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A0引

4、言要實(shí)現(xiàn)感應(yīng)線圈炮的工程應(yīng)用，如何提高其系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率將是一個(gè)必須解決的問題。以美國為首的歐美發(fā)達(dá)國家正在致力于該問題的研究。美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室正在研制應(yīng)用于未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)(FutureCombatSystems，F(xiàn)CS)上的感應(yīng)線圈迫擊炮，其能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)22%[17]。國內(nèi)研制的感應(yīng)線圈炮發(fā)射裝置能量轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低，一般在5%以內(nèi)[810]。而感應(yīng)線圈炮的理論能量轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)100%[11]。由此，可以得出兩個(gè)結(jié)論：一是無

5、論國內(nèi)還是國外的感應(yīng)線圈炮能量轉(zhuǎn)換效率都還有較大的提升空間；二是在感應(yīng)線圈炮的能量轉(zhuǎn)換效率上國內(nèi)與國外相比存在一定的差距。文獻(xiàn)[12]分析了單級(jí)線圈加速電樞的機(jī)理，并且進(jìn)行了單級(jí)線圈加速的實(shí)驗(yàn)研究。文獻(xiàn)[13]分析了電樞初始位置對(duì)彈丸速度的影響，仿真求解了系統(tǒng)的最佳初始位置。文獻(xiàn)[14]對(duì)單級(jí)感應(yīng)線圈炮的工作過程進(jìn)行了仿真，并計(jì)算了系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。但總的來說，國內(nèi)對(duì)單級(jí)感應(yīng)線圈炮能量轉(zhuǎn)換效率的研究較少。1系統(tǒng)工作原理及數(shù)學(xué)模型1.1

6、工作原理感應(yīng)線圈炮早期被稱為“同軸發(fā)射器”，“質(zhì)量驅(qū)動(dòng)器”，或者“行波加速器”等，其原理是用脈沖或者交變電流產(chǎn)生磁行波來驅(qū)動(dòng)帶線圈的彈丸或者磁性材料彈丸[1115]。單級(jí)感應(yīng)線圈炮是線圈炮的一個(gè)分支，一般由儲(chǔ)能電源(如電容器組)、驅(qū)動(dòng)線圈、發(fā)射組件(包括電樞和彈丸)以及觸發(fā)控制開關(guān)等組成，基本結(jié)構(gòu)見圖1。Commented[微軟用戶微軟用戶1]:大標(biāo)題：方正黑體簡體，二號(hào)，居中一級(jí)標(biāo)題：方正黑體簡體，四號(hào)二級(jí)標(biāo)題：方正黑體簡體，小四三級(jí)

7、標(biāo)題：方正黑體簡體，五號(hào)Commented[微軟用戶微軟用戶2]:楷體_GB2312，小四Commented[微軟用戶微軟用戶3]:方正書宋_GBK，小五Commented[微軟用戶微軟用戶4]:提供相關(guān)中圖分類號(hào)Commented[微軟用戶微軟用戶5]:正文：方正書宋_GBK，五號(hào)，中文標(biāo)點(diǎn)符號(hào)Commented[微軟用戶微軟用戶6]:正文中英文雙引號(hào)，英文括弧。2019張三，等：單級(jí)感應(yīng)線圈炮能量轉(zhuǎn)換效率研究32.2電容器組電容量對(duì)

8、彈丸出口速度及能量轉(zhuǎn)換效率影響給定放電電壓為4kV，放電時(shí)電樞和驅(qū)動(dòng)線圈的中心距為20mm，取電容器組電容量在[010000](單位μF)中變化，仿真得出的彈丸出口速度和能量轉(zhuǎn)換效率隨電容器組電容量變化的曲線如圖6和圖7所示。3結(jié)束語本文建立了單級(jí)感應(yīng)線圈炮的數(shù)學(xué)模型，仿真分析了電容器組放電電壓、電容量以及電樞初始位置對(duì)彈丸出口速度及系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率的影響，獲得了放電電壓、電容容量以及電樞初始位置與彈丸出口速度及系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率之間的規(guī)

9、律。在單級(jí)感應(yīng)線圈炮的發(fā)射過程中，通過增加電容器組放電電壓、電容量以及尋找電樞最佳初始位置都可以提高彈丸出口速度。但是要提高能量轉(zhuǎn)換效率必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，通過配置最佳的電容器組放電電壓、電容量以及電樞初始位置才能實(shí)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)：[1]CarterGC.Timedelayestimationfpassivesonarsignalprocessing[J].IEEETransactionsonAcousticsSpeechSignalPr

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16、nXINQingwei1a，CAOWanping2，SHANGChongwei1b，LIUWenbiao1c（NavalAeronauticalAstronauticalUniversitya.DepartmentofGeneralAffairs；b.NewEquipmentTrainingCenter；c.GraduateStudents’Brigade，YantaiShangdong264001，China；Commented[微軟