电磁发射膛内速度自动测量系统设计与实现

发布时间：2020-09-03 08:18

　　近年来,电磁发射技术快速发展,可应用于舰载武器、路基反坦克、航天运载等诸多领域。电枢速度是电磁发射效果的重要考量指标之一,电枢在膛内运动过程中速度的精准测量,对电磁发射技术的研究具有重要意义。本文从测量膛内电枢速度的需求出发,基于B探针测速原理,建立了膛内自动测速系统的仿真模型,搭建了B探针膛内自动测速系统的软硬件系统,对系统进行试验并与仿真进行对比,验证了系统设计的可行性。论文主要研究内容如下:首先,阐述了电磁发射技术及电磁发射膛内速度测量的研究意义与国内外研究现状,总结了现存B探针膛内测速存在的一些缺点,提出对完整的膛内自动测速系统的迫切需求。其次,对电枢膛内运动及B探针测速原理进行了理论分析,分别建立了电磁发射膛内运动速度模型与探针感应电压数学模型。对电枢过探针时刻进行推导,提出探针不同连接方式测速的方法和过探针时间间隔的不同算法。建立数学模型进行仿真,将测速方法测得的速度与系统速度波形进行对比,重合度较好。再次,基于B探针测速原理,搭建膛内自动测速系统。考虑到多探针阵列测速要求探针具有较好的一致性、便于安装等特点,使用自制PCB探针,与满足采集速度快,多通道同步采集的PCI1714数据采集卡构成硬件系统。上位机软件采用Visual C#对采集卡进行二次开发,并根据功能需求编写界面,完成膛内自动测速系统的软硬件搭建。最后,对搭建好的基于B探针的膛内自动测速系统进行调试与试验,将试验数据与仿真结果进行对比分析,结果表明本文设计的测速方法的正确性,该膛内自动测速系统可用于实际发射试验电枢膛内速度的测量。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TJ866
【部分图文】：

测试设备,研究人员,电磁炮

美国对电磁发射技术的研究一直处于国际领先水平。上世纪 70 年代，美国成立了专门研究电磁发射技术的相关部门，开始致力于对电磁炮的空间发射技术及应用的研究[21-23]。随后美国有关部门提出天基电磁炮的研究计划，尝试将电磁发射技术应用于导弹拦截。1985 年，美国国防高级研究规划局与美国陆军联合启动了陆基电磁炮项目，应用于反装甲。2010 年 12 月 10 日，美国海军电磁炮试验中炮弹速度达7 倍音速，射程可达 200 海里(大约 370.4km)。美国海军随后将试验场搬至室外，据其公布，电磁炮的炮弹初速可达 7000km/h 至 8000km/h，射程达 90km 至 180km。与传统火炮不同，电磁炮依靠电磁力而不是火药发射炮弹，成本大大减少。2014 年 7 月，据美国海军网报道，在圣迭戈基地，美国海军在一艘联合高速船米利诺基特号(JHSV3)上展示了由英国 BAE 系统公司研制的电磁轨道炮原型。图 1-1为研究人员在测试设备，图 1-2 为美国舰上电磁发射装置。2016 年 10 月 16 日美国海军最先进的朱姆沃尔特级隐形驱逐舰的入列仪式在美国马里兰州巴尔的摩港举行。据美国海军计划，电磁炮将被首先应用于这艘造价极高的驱逐舰上。

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第 1 章绪论除美国外，英国、德国、法国也为电磁发射技术的研究成立专门结构，法国在近期第 18 届 EML 会议上提出具有由高温超导体制成的增强线圈的轨道炮的设计标准，增加线圈来作为超导磁储能系统，利用低温恒温器降温。文献[24]提出为PEGASUS 发射器开发一个发射包如图 1-3，将铜刷电枢和 C 型铝电枢相结合用于电磁推动。为此法国建立了一个 40mm 宽口径的轨道炮发射包，用它将长 23cm、总重1.3kg 的大电枢进行加速，当发射包离开轨道后木盘打开，炮弹被释放，据法国研究人员介绍，10MJ 能量可将 230g 的炮弹加速至 2400m/s。10MJ PEGASUS 轨道炮如图 1-4。另外俄国、乌克兰、伊朗、韩国、土耳其、加拿大、印度、立陶宛等也在跟进电磁发射相关技术的研究。

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