一種新型同步線圈型電磁發射器研究
魏登武，劉少克
(國防科技大學，湖南長沙410073)
摘要：基于電磁場有限元分析軟件，對同步線圈電磁發射器的結構參數進行了仿真分析，根據仿真結果和相關理論，設計了一種新型發射器結構，該結構能使彈丸在整個發射過程中，一直處于電磁加速力****的相對位置。
關鍵詞：電磁發射；磁場分析；仿真
中圖分類號：TM35 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018f2008)08—0005—03
0引 言
同步線圈電磁發射器是由兩種線圈構成的，一種是固定的驅動線圈，另一種是被驅動的彈丸線圈。彈丸線圈中的電流可以是被感應出的，也可以是外部提供的。
本文設計的發射器驅動線圈和彈丸線圈由外部同一電源供電。電流在一對相互連接的線圈中產生吸引或排斥的磁場，從而產生彈丸加速力。理論上，精確的解析方法求解加速力有一定的困難，因為其中有橢圓積分的計算，故必須采用基于有限元的數值計算方法。
1理論分析
同步線圈發射器一般采用分立的驅動線圈，單相激勵工作．如圖l所示，當彈丸到達某驅動線圈的特定位囂時，使該線圈和彈丸線圈同步放電，以此產生加速力。這種線圈炮的明顯特點是，需要開關動作與彈丸位置精確的同步，這就增加了控制和功率調節系統的復雜性。
新型同步線圈發射器的結構如圖2所示[1]，彈丸和驅動線圈同軸排列，彈丸在驅動線圈的外面。外部電源通過導軌和電刷1～3給驅動線圈和彈丸線圈供電，電刷1、2與驅動線圈滑動接觸，且相對位置關系不變；通過電刷2將驅動線圈與彈丸線圈電路上串聯在一起。在彈丸發射過程中，驅動線圈與電刷滑動接觸，故驅動線圈的通電部分是不斷變化的。如果把兩個線圈看成是單一導體，那么其工作原理類似于傳統的導軌炮[1]。
忽略電阻壓降損失，假設驅動線圈和彈丸線圈中的電流為I，發射囂中的感應電勢為：
式中：Le為發射器總的等效電感。
式(1)中的第一項是與機械運動有關的動生電動勢，第二項為感生電動勢。發射器總的等效電感是彈丸位置的函數，可以表示為：
式中：Lr(x)為導軌自感，La為彈丸線圈自感，Ls為驅動線圈自感，時(x)為驅動線圈和彈丸線圈之間的互感。
由圖l結構可知，La和Ls為常數。如果驅動線圈和彈丸線圈產生的磁場是相加的，互感項M(x) 為正；如果驅動線圈和彈丸線圈產生的磁場是相減的，互感項M(x)為負。
式中：v為彈丸(線圈)速度，L(x)為導軌的電感梯度，M(x)為驅動線圈和彈丸線圈的互感梯度。
可以用如下公式估算兩線圈之間的互感[2]：
式中：n1、n2為兩線圈的匝密度；rn、Bn是與兩線圈的形狀和相對位置有關的參數，n=1，2，3，4。
加速彈丸的力是發射器電感儲存能量的梯度，可以表示為[4]：
由式(5)可看出，在電流一定的條件下，增大導軌的自感梯度或者驅動線圈和彈丸線圈的互感梯度，能夠提高彈丸的加速力。在實際中Lr(x)要比M(x)小得多，故此由導軌自感梯度引起的作用力遠小于由驅動線圈和彈丸線圈的互感梯度引起的作用力[4]。
2仿真與設計
2．1仿真模型的建立
考慮發射器主體為圓柱形，用二維R-Z柱坐標系進行分析較為合適。由圖2可知在發射的過程中，驅動線圈只 |
