影响电磁线圈炮磁场强度因素探究.doc

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1、影响电磁线圈炮磁场强度因素探究摘要：利用ANSYS软件，对包括空气、线圈、导磁物质三个部分的截面进行建模，通过截面上三者相对位置的变化的方法来分析研究影响磁场强度的因素，以及清楚这些因素如何影响磁场强度以使改变关键因素增强磁场强度来达到电磁发射的技术要求，研究结果表明通过改变导磁物质的位置和增加线圈两种方法可以增强感应线圈附近的磁场强度，实验结果与研究分析结论相吻合。关键词：ANSYS；磁感应强度；导磁物质中图分类号：TJ03文献标志码:A电磁炮按其结构不同可分为线圈炮、轨道炮和重接炮三种。线圈炮是电磁炮发展的最早形式，它由固定线圈和弹丸线圈组成。固定线圈相当于炮管，通电后会

2、形成运动磁场，并在弹丸线圈中产生感应电流。线圈炮就是利用磁场和感应电流相互作用的电磁力加速弹丸线圈而使炮弹高速射出。目前国内外对电磁线圈炮最佳初始位置[1],弹丸结构，固定线圈的优化，单级及多级整体结构的原理和性能进行了相关研究[2-3],对影响电磁线圈炮线圈中的磁场强度变化的因素很少做相关研究，因此本文通过ANSYS仿真和实验相结合的方式对此问题做分析，目的是利用分析结果指导相应的结构改进以此来达到电磁发射的要求。1电磁感应线圈炮的发射原理电磁线圈炮早期称为“同轴发射器”、“质量驱动器””或“行波加速器”等。所谓电磁线圈发射器，一般是指用脉冲或交变电流产生运动磁场（磁行波）

3、从而驱动带有线圈的或磁性材料发射体的发射装置。由于其工作机理是利用驱动线圈和被加速物体之间的耦合磁场，因此电磁线圈炮的本质可以理解成直线电动机[4]o线圈型电磁炮是圆筒状的直线电机，它由若干个驱动线圈和一个或多个发射线圈组成，驱动线圈与电源连接。它包括同步感应线圈炮和异步感应线圈炮两种。原理上来说，两者的区别主要在于电源电流，同步感应线圈炮的电枢电流是由单相的驱动线圈同步脉冲放电产生，异步感应线圈炮的电枢电流是由三相电源产生。单级与多级相比，要想获得相同的弹丸出口速度，需要更大的驱动电流，而电流的增大，驱动线圈上消耗的焦耳热就会成平方增长，从而降低能量利用效率。因此，要想获得

4、更大的出口速度，需采用多级发射装置。对于单级同步感应线圈炮，发射系统主要由脉冲电容器、闭合开关、二极管、驱动线圈、抛体电枢、位置传感器以及检测控制芯片组成。2研究问题的描述2.1研究的内容及目的此次研究基于电磁投射原理实验样机方案设计与实现的课题，通过相关方法研究和分析感应线圈炮线圈周围磁场强度的变化情况，其研究目的是：研究影响磁场强度的因素,以及清楚这些因素如何影响磁场强度以使改变关键因素增强磁场强度来达到电磁发射的技术要求。2.2研究的思路及方法通过ANSYS软件对线圈炮的纵截面进行建模，其截面基本包括空气、线圈、导磁物质三个部分，通过截面上三者相对位置的变化来分析对线圈

5、周围磁场强度的影响［5］。上述图中A区域为空气，B区域为感应线圈，C区域为导磁物质，D区域为驱动线圈，E区域为导磁物质。3研究仿真方案利用ANSYS软件按照2.2节中提到的研究思路进行实体建模仿真，仿真计划从三个单元、四个单元、五个单元三个方面进行仿真。其中三个单元仿真模型包括空气、驱动线圈、导磁物质（边界）；四个单元仿真模型包括空气、导磁物质、驱动线圈、导磁物质（边界）；五个单元仿真模型包括空气、感应线圈、导磁物质、驱动线圈、导磁物质（边界）。3仿真结果分析与实验对比3.1结果分析利用ANSYS软件按照上述研究思路进行建模仿真，在驱动线圈上加载电流密度40A/进行仿真求解，

6、其仿真分析结果如下：当感应线圈附近没有导磁物质时，感应线圈附近的最大磁场强度为0；当感应线圈附近有导磁物质时，感应线圈附近的最大磁场强度为3.854T；当感应线圈附近有导磁物质同时也增加线圈时，感应线圈附近的最大磁场强度为3.924TO仿真结果说明增大感应线圈附近的磁场强度可以通过在其附近增加导磁物质和线圈两种方法实现。3.2实验对比实验结果如下：感应线圈套在木棒上时，开通电源，感应线圈动作不明显，感应线圈套在金属棒上时，开通电源，感应线圈出现跳动，感应线圈附近没有线圈时，开通电源，感应线圈动作不明显，感应线圈附近有线圈时，开通电源，感应线圈出现滑动。从中可知仿真结果与实验结

7、果相吻合。结论通过ANSYS软件对感应线圈炮进行二维建模并对其模型进行仿真求解，求解结果表明通过改变导磁物质的位置和增加线圈两种方法可以增强感应线圈附近的磁场强度，此结果与实验结果相吻合。这一结果对改进电磁感应线圈炮结构来达到电磁发射要求提供了有利借鉴。参考文献[1]曹延杰，刘文彪，张媛•单级感应线圈炮最佳初始位置仿真研究，海军航空航空工程学院学报2009,24(1)[2]古刚，向阳，张建革.国际电磁发射技术研究现状[期刊论文]-舰船科学技术(增刊)2007(29)[3]ZHANGJ.KIMKStudy