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1、直流螺旋线圈电磁发射器的能量转换效率杨栋1,2,刘振祥3,舒挺1,杨丽佳1,沈志3,欧阳建明3(1.国防科技大学光电科学与工程学院,湖南长沙410073;2.莆田学院机电工程学院,福建莆田351100;3.国防科技大学理学院,湖南长沙410073)摘要:螺旋线圈电磁发射器采用运动感应的换向机制,很好地解决了线圈发射器的同步响应问题。研究螺旋发射器的能量转换情况和效率影响因素,对于发射器的结构选取和参数设计具有一定意义。综合考虑换向过程、炮口剩余磁能和电阻的能量损耗等因素,建立等效电路模型,通过理论、数值计算和实验
2、的方法,对比分析了常规螺旋发射器和一种新型螺旋发射器的效率。结果表明,电阻焦耳热损耗的能量最大,其次是换向磁能损失,而炮口剩余磁能损失最小。降低电阻,增大互感梯度,减小驱动线圈单元的匝数,增大工作电流等方式可以有效提高发射器的能量转换效率。然而,较大的互感梯度也会带来较大的换向磁能和炮口磁能损失,造成炮管烧蚀甚至损坏,能量泄放和效率降低。另外,恒流工作模式的螺旋发射器理论效率超过轨道炮,且新型螺旋发射器结构的理论效率接近100%,未来有望在超导或较低电阻的情况下实现应用。关键词:电磁发射;线圈炮;螺旋线圈发射器;
3、能量转换效率中图分类号:TM303.1文献标志码:A 文章编号:TheenergyconversionefficiencyofDChelicalcoilelectromagneticlaunchersYANGDong1,2,LIUZhenxiang3,SHUTing1,YANGLijia1,SHENZhi3,OUYANGJianming3(1.CollegeofOpto-electronicScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,
4、Changsha410073,China;2.SchoolofMechanical&ElectricalEngineering,PutianUniversity,Putian351100,China;3.CollegeofScience,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Helicalcoilelectromagneticlaunchersusingmotion-inducedcommutationstrateg
5、y,solvetheproblemofsynchronizationcontrolperfectly.Theenergyconversionofthehelicallauncherandtheinfluencingfactorsoftheefficiencyareofgreatsignificancetothestructureselectionandparameterdesignofthelauncher.Consideringthefactorssuchascommutationprocess,residua
6、lenergyofmuzzleandJoulelossofresistance,establishingtheequivalentcircuitmodel,theefficiencyofconventionalhelicallauncherandanovelhelicallauncherisanalyzedbytheoretical,numericalandexperimentalmethods,respectively.TheresultsshowthattheJouleheatlossisthelargest
7、,followedbythemagneticenergylossofcommutation,whilethemuzzleresidualmagneticenergylossisminimal.Theenergyconversionefficiencyofthelaunchercanbeeffectivelyimprovedbyreducingtheresistance,increasingthemutualinductancegradient,reducingthenumberofturnsinthestator
8、coilunit,andincreasingtheoperatingcurrent,etc.However,largerarmaturecoilturnswillalsobringgreatermagneticenergyofcommutationandmuzzlemagneticenergyloss,resultinginbarrelerosionorevendamag