电磁轨道炮膛内强磁场屏蔽与磁保险引信样机设计

发布时间：2017-10-09 14:46

  本文关键词：电磁轨道炮膛内强磁场屏蔽与磁保险引信样机设计

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【摘要】：电磁发射技术符合现代战争对弹丸超高速的需求,越来越得到世界各国的重视,轨道炮作为目前技术最为成熟的电磁炮,是国内外电磁发射技术研究的重点。相对于常规炮弹引信,轨道炮智能弹药引信的研究比较薄弱,已有的研究也一直侧重于动能弹引信。轨道炮弹丸发射过程具有发射过载高、电磁干扰强等特点,其引信设计尤其是智能模块抗干扰方面设计存在诸多技术难题,解决这些技术难题,对于推动目前国内电磁技术的发展和提高我国超高速武器的装备水平具有重要的现实意义。本文在国内外轨道炮智能弹药引信研究现状的基础上,从理论和仿真相结合研究了轨道炮弹丸发射过程中的磁环境和后坐环境,由于电磁发射过程中产生的脉冲强磁场对发射包内电子器件产生较强干扰,首先采用COMSOL中PDE模块对电磁发射过程中的速度趋肤效应进行仿真计算,建立轨道炮的面电流分布模型；然后基于此模型,针对轨道炮弹丸所处强磁场环境设计不同的屏蔽方案,对不同屏蔽材料、不同屏蔽体结构、多层屏蔽体以及增加屏蔽体厚度等情况下的屏蔽效果进行了研究；仿真结果显示：轨道炮磁场的低频特性使得导电材料的屏蔽效能较低,高磁通密度使得导磁材料的屏蔽效能较低,得出弹丸内智能电子元器件应置于远离电枢的弹头。针对轨道炮弹丸特有的发射环境,借助现有引信设计技术,设计了轨道炮智能弹药的引信,该引信采用后坐保险机构和磁场保险机构作为冗余保险,滑块隔爆机构作为隔爆机构,其中磁场保险机构采用电路控制,电拔销作为执行机构。针对轨道炮强磁场,对控制模块设计了屏蔽体,仿真结果符合设计要求。最后,通过对磁场保险引信原型样机的各种静态实验研究,验证了智能引信的抗干扰能力、磁场保险功能和精确定时的可行性,实验结果符合设计要求。
【关键词】：电磁轨道炮 低频强磁场 磁场屏蔽 磁保险引信
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ866
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 电磁发射技术研究现状10-11
• 1.2.2 电磁轨道炮速度趋肤效应和膛内环境分析研究现状11-13
• 1.2.3 电磁轨道炮膛内强磁场屏蔽研究现状13-14
• 1.2.4 电磁轨道炮弹丸引信安全系统设计研究现状14-15
• 1.3 主要内容与行文结构15-17
• 2 电磁轨道炮膛内强磁场仿真模型的建立17-29
• 2.1 电磁轨道炮发射原理17-18
• 2.2 导轨与电枢上的速度趋肤效应分析18-23
• 2.2.1 导体中的磁扩散方程18-19
• 2.2.2 电磁轨道炮速度趋肤效应19-23
• 2.3 电磁轨道炮面电流模型23-24
• 2.4 电磁轨道炮脉冲电流特性24-28
• 2.4.1 脉冲电流曲线25-27
• 2.4.2 脉冲电流频率特性分析27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 轨道炮弹丸所处强磁场环境和力学环境仿真29-37
• 3.1 轨道炮发射过程膛内强磁场环境29-34
• 3.1.1 轨道炮膛内脉冲强磁场的计算原理29-30
• 3.1.2 膛内强磁场的空间分布30-32
• 3.1.3 薄导轨模型计算考察面磁通密度32-33
• 3.1.4 脉冲强磁场时域变化33-34
• 3.2 轨道炮弹丸发射过程中的力学环境分析34-36
• 3.2.1 轨道炮弹丸发射过程中所受后坐力的理论分析34-35
• 3.2.2 轨道炮弹丸发射过程中所受后坐力的仿真分析35-36
• 3.3 本章小结36-37
• 4 轨道炮膛内强磁场被动屏蔽仿真分析37-53
• 4.1 电磁轨道炮膛内强电磁屏蔽机理分析37-42
• 4.1.1 被动屏蔽原理37-39
• 4.1.2 电磁屏蔽分类39-40
• 4.1.3 半主动屏蔽原理40-41
• 4.1.4 主动屏蔽原理41-42
• 4.1.5 屏蔽效能评估方法42
• 4.2 被动屏蔽体方案设计42-43
• 4.3 单层屏蔽体屏蔽效果比较43-49
• 4.3.1 导电材料屏蔽仿真43-45
• 4.3.2 导磁材料屏蔽仿真45-48
• 4.3.3 不同材料的单层屏蔽体屏蔽效能比较48
• 4.3.4 屏蔽体内部不同位置处的屏蔽效能比较48-49
• 4.4 被动屏蔽优化49-51
• 4.4.1 多层组合屏蔽49
• 4.4.2 增加屏蔽体厚度49-50
• 4.4.3 长屏蔽体的屏蔽性能研究50-51
• 4.5 本章小结51-53
• 5 轨道炮弹丸磁保险引信样机设计53-67
• 5.1 原理样机控制电路设计54-60
• 5.1.1 控制电路总体方案设计54
• 5.1.2 主控芯片设置54-56
• 5.1.3 电源模块设计56
• 5.1.4 磁传感器电路设计56-58
• 5.1.5 执行电路设计58-59
• 5.1.6 控制电路的原理样机59
• 5.1.7 程序设计59-60
• 5.2 原理样机控制模块的被动屏蔽设计60-62
• 5.3 原理样机机械保险与隔爆模块设计62-66
• 5.3.1 后坐保险机构设计63-64
• 5.3.2 磁场保险执行机构设计64-65
• 5.3.3 滑块隔爆机构设计65
• 5.3.4 原理样机机械结构模块原理样机65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 6 系统调试与实验67-73
• 6.1 实验内容及设备67-69
• 6.1.1 实验内容67
• 6.1.2 模拟强磁场发生器67-69
• 6.2 引信控制板抗强磁场干扰能力研究69
• 6.3 引信磁场保险机构解除保险功能和精度实验69-71
• 6.4 引信定时精度实验71-72
• 6.5 本章小结72-73
• 7 总结与展望73-76
• 7.1 工作与总结73-74
• 7.2 论文创新点74
• 7.3 展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 附录81

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本文编号：1000781