脉冲发电机轨道炮负载模拟的研究

发布时间：2021-09-07 05:37

　　电磁轨道炮作为一种新型武器受到各国军事专家的重视。但脉冲电源的庞大笨重一直是制约其陆基实战的重要因素。脉冲发电机具有较高的能量密度和功率密度，因此成为了轨道炮陆基实战理想的脉冲电源之一。为了对脉冲发电机驱动轨道炮负载的能力进行理论和实验验证，本文的研究工作主要围绕脉冲发电机驱动轨道炮系统的建模仿真和轨道炮的负载特性模拟进行展开。首先，从理论上对脉冲发电机驱动轨道炮系统的工作原理和运行特性以及能量转化过程进行详细分析。其次，在理论分析的基础上，将轨道炮等效为相互串联的电阻和电感，其阻感值均为关于导轨电流的非线性函数。根据等效电路和运动方程得到了系统的数学模型。在此基础上建立了考虑摩擦、空气和烧蚀阻力在内的轨道炮Simulink仿真模型，仿真结果和实验数据相吻合。利用Simplorer实现了脉冲发电机有限元模型与轨道炮电路模型的联合仿真。然后，给出了轨道炮核心部件的设计方法。建立了轨道炮二维有限元模型，采用母线阻抗涡流分析的方法对电感梯度进行求解。在此基础上考虑了导轨长度和电枢的影响，从静枢特性的角度利用数值计算与3D有限元相结合的方法对电枢处于不同位置下的电感梯度进行计算。最后，由于实验... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
    1.1 课题背景和意义
    1.2 轨道炮及其仿真技术的国内外研究现状
        1.2.1 轨道炮的国内外研究现状
        1.2.2 轨道炮建模仿真的国内外研究现状
        1.2.3 CPA 轨道炮系统建模仿真的研究现状
    1.3 电子模拟负载的发展现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 CPA 轨道炮系统的工作原理与运行分析
    2.1 轨道炮的工作原理
    2.2 CPA 驱动轨道炮系统的组成
        2.2.1 轨道炮
        2.2.2 脉冲电源
        2.2.3 触发控制系统和测试系统
    2.3 CPA 驱动轨道炮系统的工作过程分析
        2.3.1 CPA 的储能过程
        2.3.2 轨道炮的发射过程
        2.3.3 轨道炮的馈能过程
    2.4 本章小结
第3章 CPA 轨道炮系统的建模与仿真
    3.1 轨道炮仿真模型的建立
        3.1.1 轨道炮系统的电路模型
        3.1.2 轨道炮的运动学模型
            3.1.2.1 电磁驱动力模型
            3.1.2.2 空气阻力模型
            3.1.2.3 摩擦阻力模型
            3.1.2.4 烧蚀阻力模型
    3.2 轨道炮仿真模型的验证
    3.3 CPA 轨道炮系统的仿真模型
        3.3.1 基于 Ansoft 的 CPA 模型
        3.3.2 基于 Simplorer 的轨道炮模型
        3.3.3 CPA 轨道炮系统的联合仿真模型
        3.3.4 CPA 轨道炮系统的联合仿真结果
            3.3.4.1 CPA 空载时的仿真结果
            3.3.4.2 CPA 带轨道炮负载时的仿真结果
    3.4 本章小结
第4章 轨道炮设计与参数计算
    4.1 轨道炮结构
    4.2 轨道炮核心部件的设计
        4.2.1 导轨尺寸的选取
        4.2.2 电枢尺寸的选取
            4.2.2.1 电枢长度选取
            4.2.2.2 电枢尾部尺寸选取
            4.2.2.3 电枢高度选取
    4.3 轨道炮电感梯度的有限元计算
        4.3.1 二维有限元计算
        4.3.2 三维有限元计算
    4.4 本章小结
第5章 轨道炮负载特性的模拟
    5.1 轨道炮负载的模拟实现
        5.1.1 轨道炮负载模拟的实现方案
        5.1.2 轨道炮模拟方案的仿真验证
    5.2 硬件电路设计
        5.2.1 主电路参数选择
            5.2.1.1 电感选择
            5.2.1.2 电容选择
            5.2.1.3 功率器件选型
        5.2.2 控制电路
    5.3 软件设计
    5.4 实验测试
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁轨道发射器的应用优势及技术难题[J]. 陶青青,吕庆敖,杨勇.  装备环境工程. 2010(05)
[2]轨道炮动态负载特性的分析与仿真[J]. 杨玉东,王建新,薛文.  兵工学报. 2010(08)
[3]电磁轨道发射器的几何尺寸对电感梯度的影响[J]. 聂建新,韩晶晶,焦清介,金兆鑫,张锋.  高电压技术. 2010(03)
[4]美国海军电磁导轨炮发展综述[J]. 王慧锦,曹延杰,王成学.  舰船科学技术. 2010(02)
[5]封装对轨道炮电感梯度的影响[J]. 刘守豹,阮江军,黄道春,张亚东,张改杰.  电工电能新技术. 2009(04)
[6]基于时频分析的电磁轨道发射电感梯度研究[J]. 孙立强,袁伟群,严萍.  电工电能新技术. 2008(02)
[7]补偿脉冲发电机电流脉冲成形的分析[J]. 叶才勇,于克训,刘晓旭,潘垣.  高电压技术. 2008(02)
[8]电容驱动型轨道电磁炮电磁过程的计算机仿真[J]. 陈庆国,王永红,魏新劳,张海燕.  电工技术学报. 2006(04)
[9]电磁动能武器简介[J]. 王京,姜琛昱,何焰蓝.  大学物理. 2005(11)
[10]“503”轨道炮等离子体电枢发射的仿真计算[J]. 陶孟仙,任兆杏.  火炮发射与控制学报. 1999(04)

硕士论文
[1]电磁轨道发射系统动态性能研究[D]. 谌建民.西南交通大学 2010
[2]能馈式交流电子模拟负载的研究[D]. 王亚玲.山东大学 2009
[3]电磁轨道炮系统的建模与仿真[D]. 胡玉伟.哈尔滨工业大学 2007
[4]电磁轨道炮电气负载特性的理论与实验研究[D]. 陈立学.华中科技大学 2007
[5]电气负载模拟装置的研究[D]. 付俊华.山东大学 2006
[6]电力系统动态模拟中可控负载的研究[D]. 齐乐.天津大学 2006



本文编号：3388947