單級感應線圈炮能量轉(zhuǎn)換效率研究

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

2、海軍航空工程學院a院務部；b新裝備培訓中心；c七系，山東煙臺264001；2海軍裝備部，北京100071）摘要：在單級感應線圈炮的發(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，建立了單級感應線圈炮的數(shù)學模型，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，彈丸出口速度和系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率都先增大后減小，存在一個最佳初始位置使得二者同時達到最大。關(guān)鍵詞：單級感應線圈炮；電樞；能量轉(zhuǎn)換效率中圖分類號：O441.3文獻標志碼：A0引

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

5、論國內(nèi)還是國外的感應線圈炮能量轉(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[12]分析了單級線圈加速電樞的機理，并且進行了單級線圈加速的實驗研究。文獻[13]分析了電樞初始位置對彈丸速度的影響，仿真求解了系統(tǒng)的最佳初始位置。文獻[14]對單級感應線圈炮的工作過程進行了仿真，并計算了系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。但總的來說，國內(nèi)對單級感應線圈炮能量轉(zhuǎn)換效率的研究較少。1系統(tǒng)工作原理及數(shù)學模型1.1

6、工作原理感應線圈炮早期被稱為“同軸發(fā)射器”，“質(zhì)量驅(qū)動器”，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)動帶線圈的彈丸或者磁性材料彈丸[1115]。單級感應線圈炮是線圈炮的一個分支，一般由儲能電源(如電容器組)、驅(qū)動線圈、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]:大標題：方正黑體簡體，二號，居中一級標題：方正黑體簡體，四號二級標題：方正黑體簡體，小四三級

7、標題：方正黑體簡體，五號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Commented[微軟用戶微軟用戶5]:正文：方正書宋_GBK，五號，中文標點符號Commented[微軟用戶微軟用戶6]:正文中英文雙引號，英文括弧。2019張三，等：單級感應線圈炮能量轉(zhuǎn)換效率研究32.2電容器組電容量對

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，放電時電樞和驅(qū)動線圈的中心距為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感應線圈炮的數(shù)學模型，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。在單級感應線圈炮的發(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)換效率必須對系統(tǒng)進行優(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現(xiàn)。參考文獻：[1]CarterGC.Timedelayestimationfpassivesonarsignalprocessing[J].IEEETransactionsonAcousticsSpeechSignalPr

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15、onofquadraticoptimizationproblems[J].IEEESignalProcessingMagazine201027(3):2034.作者簡介：作者簡介：相片寬度為1.8cm，XXX(1987)，男，講師，博士學歷，研究方向：雷達數(shù)據(jù)處理、組網(wǎng)融合、情報體系評估等。Email:xxx@ResearchofEnergyConversionEfficiencyinSingleStageInductionCoilgu

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