单级感应线圈炮能量转换效率研究

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1、·3·2019张三，等：单级感应线圈炮能量转换效率研究单级感应线圈炮能量转换效率研究大标题：方正黑体简体，二号，居中一级标题：方正黑体简体，四号二级标题：方正黑体简体，小四三级标题：方正黑体简体，五号张三1a，李四2，赵大伟1b，刘小虎1c楷体_GB2312，小四（1．海军航空工程学院a．院务部；b．新装备培训中心；c．七系，山东烟台264001；2．海军装备部，北京100071）摘要：在单级感应线圈炮的发射过程中，随着电容器组放电电压、电容量以及电枢初始位置的变化，弹丸出口速度和系统能量转换效率也将随之发生变化。为获得其中的规律，建立了单级感应线圈炮的数学模型，

2、仿真分析了电容器组放电电压、电容量以及电枢初始位置对弹丸出口速度及系统能量转换效率的影响。分析结果表明，随着放电电压增加弹丸出口速度几乎呈直线上升，而系统能量转换效率却先增加后减小，存在一个最佳放电电压使得系统能量转换效率最大；随着电容器组电容量增加，弹丸出口速度方正书宋_GBK，小五不断增大但增幅逐渐减小趋于饱和，而系统能量转换效率先增加后减小，存在一个最佳电容器组电容量使得系统能量转换效率最大；随着电枢初始位置沿弹丸发射方向移动，弹丸出口速度和系统能量转换效率都先增大后减小，存在一个最佳初始位置使得二者同时达到最大。关键词：单级感应线圈炮；电枢；能量转换效率·

3、3·2019张三，等：单级感应线圈炮能量转换效率研究中图分类号：O441.3提供相关中图分类号文献标志码：A·3·2019张三，等：单级感应线圈炮能量转换效率研究·3·2019张三，等：单级感应线圈炮能量转换效率研究0引言要实现感应线圈炮的工程应用，如何提高其系统能量转换效率将是一个必须解决的问题。以美国为首的欧美发达国家正在致力于该问题的研究。美国桑迪亚国家实验室正在研制应用于未来战斗系统(FutureCombatSystems，FCS)上的感应线圈迫击炮，其能量转换效率可达22%[1-7]。国内研制的感应线圈炮发射装置能量转换效率相对较低，一般在5%以内[8-

4、10]。而感应线圈炮的理论能量转换效率最高可达100%[11]。由此，可以得出两个结论：一是无论国内还是国外的感应线圈炮能量转换效率都还有较大的提升空间；二是在感应线圈炮的能量转换效率上国内与国外相比存在一定的差距。文献[12]分析了单级线圈加速电枢的机理，并且进行了单级线圈加速的实验研究。文献[13]分析了电枢初始位置对弹丸速度的影响，仿真求解了系统的最佳初始位置。文献[14]对单级感应线圈炮的工作过程进行了仿真，并计算了系统的能量转换效率。但总的来说，国内对单级感应线圈炮能量转换效率的研究较少。正文：方正书宋_GBK，五号，中文标点符号1系统工作原理及数学模型

5、1.1工作原理感应线圈炮早期被称为“同轴发射器”正文中英文双引号，英文括弧。，“质量驱动器”，或者“行波加速器”等，其原理是用脉冲或者交变电流产生磁行波来驱动带线圈的弹丸或者磁性材料弹丸[11,15]。单级感应线圈炮是线圈炮的一个分支，一般由储能电源(如电容器组)、驱动线圈、发射组件(包括电枢和弹丸)以及触发控制开关等组成，基本结构见图1。·3·2019张三，等：单级感应线圈炮能量转换效率研究图1单级感应线圈炮结构原理图Fig.1Fusedimageofthesourceimages图标：方正书宋_GBK，小五，英文标注必须添加1.2数学模型1.2.1电路方程在单

6、级感应线圈炮的发射过程中，对于圆筒形的铝电枢，感应电流沿轴向的分布是不均匀的。因此，把电枢进行离散，沿轴向均分为m片，每片为一圆环，认为其环向电流沿截面均匀分布[16]。经过上述处理，单级感应线圈炮的系统等效电路如图2所示。图2系统等效电路Fig.2Systemequivalentcircuit图2中：C为电容器组电容量；R为回路固有电阻，包括电容器组电阻、放电开关电阻和接线电阻；L为回路固有电感，包括电容器电感、放电开关电感和接线电感；R0、L0分别为驱动线圈的电阻和电感；和分别为电枢分片的电阻和电感；为驱动线圈和电枢分片之间互感；为电枢第i片和第j片之间的互感

7、；U0是电容器组充电电压。在某一t时刻时，a和b之间的电路断开，此时。对系统等效电路可建立如下方程：(1)正文中公式10号字，表格中公式8.5号字，公式号用英文括弧。注：向量、矩阵粗斜体表示(2)(3)(4)单级感应线圈炮的结构参数见表1。表1RMSE平均比较Tab.1ComparisonofRMSEaveragevalue表头：方正黑体简体，小五表头英文标注必须添加算法X轴位置平均RMSE(m)Y轴位置平均RMSE(m)X轴速度平均RMSE(m/s)Y轴速度平均RMSE(m/s)S-IMM512.493814.09082.32732.7796SD-VSMM10.

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