基于瞬态多物理场求解器的电磁轨道炮发射过程建模与仿真

发布时间：2021-11-17 18:23

　　为研究电磁轨道炮发射过程中瞬态多物理场的作用机制与内在规律,建立包含电路、电磁场、热场和结构场的数学模型。模型中计入材料非线性、结构变形、接触碰撞等实际因素。采用隐式有限元格式求解电磁场和热场以及显式有限元格式求解结构场,利用载荷传递和时间同步实现各物理场之间的耦合,发展出一种瞬态多物理场求解器。通过固体电枢型电磁轨道炮、同步感应式电磁线圈炮等算例,讨论了发射过程计算结果的合理性。结果表明,电磁炮的发射是多场耦合、多部件相互作用下的一个复杂动力学过程,存在电流和磁场扩散、温升、应力传播、接触碰撞等瞬态现象,发射性能与结构、材料和激励密切相关。该求解器可为电磁发射系统及其关键部件提供一种辅助设计手段。 

【文章来源】：兵工学报. 2020,41(09)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

求解器框架

在电磁炮导电路径的某个截面上，施加具有一定波形的电流作为激励条件，或者采用场路耦合的方式，获得激励电流。以脉冲电容器组驱动下的轨道炮发射系统为例，电路模型如图2所示。图2中，电源采用多模块并联方式，每个模块k(k=1,2，…，n)中包含电容Ck、电感Lk、硅堆Dk、开关Kk，并计入杂散电阻Rk和RDk;轨道炮负载可视作可变电阻RL、可变电感LL以及电枢与轨道间接触电压Ua的串联，负载电流i流过轨道和电枢，并在炮尾轨道两端产生电压Ub,ik为各模块电流，R0为连接电源与轨道炮的输电线电阻，L0为电感。当模块的电容器电压uCk>0 V时，电路的数学模型如下:

图3为计算模型的结构尺寸及有限元网格的示意图，模型中考虑了发射器及ILP的基本结构特征。图3(a)为发射器的截面，截面中心为ILP,D形轨道在其左右两侧相向布置，ILP上下两侧的矩形区域为绝缘体，发射器的外层为纤维缠绕层。图3(b)为ILP，由电枢、卡瓣、弹丸(内部装填炸药)组成。发射器长6.0 m，轨道表面之间的最短距离为90 mm.ILP整体质量约5.1 kg，其中弹丸质量3.1 kg，电枢、卡瓣等寄生质量为2.0 kg．在该算例中，轨道、绝缘体、卡瓣为弹性材料，电枢为弹塑性材料，发射器的缠绕结构为正交各向异性弹性材料(材料参数见文献[18])，装药为弹塑性流体动力材料(材料参数见文献[19])。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3501442