最佳触发位置有限元仿真结果与分析

最佳触发位置有限元仿真结果与分析

最佳触发位置与电枢固有的速度有关，即进人本驱动线圈时的速度，或称为注入速度。下面利用有限元软件Ansofi瞬态场与电路耦合对不同注人速度的电枢进行了仿真，以分析最佳触发位置对应的中心距s的变化规律。定义驱动线圈中心面到电枢中心面之间的距离为中心距s，并规定沿电枢运动方向为正方向。

由于驱动线圈和电枢都是轴对称结构，因此选择轴对称模型建立的计算模型剖分后如图5所示。模型结构参数为：驱动线圈轴向长度80mm；径向厚度20mm；电枢的轴向长度为60mm；径向厚度为20mm；电枢的材料选择为铝，驱动线圈的材料选择为铜。外边界条件设为长300mm、高1300mm，并设为气球balloon边界，电枢和发射载荷总质量为3kg，驱动线圈匝数设为30匝。

仿真中的激励源由外挂激励电路提供，实际线圈炮电路中，为防止电容反向充电而降低使用寿命，通常在电容两端并联续流二极管。因此设计的外挂电路如图6所示。电容值c为2000IxF，初始电压设为10000V，驱动线圈回路总电阻100mIl。

对图5所示的模型在电枢注入速度为0、50、100、150、200、250m／s时，分别进行了仿真计算，得到的触发位置(中心距)S与电枢入口速度之间的关系如表1所示(部分结果)。

从表1可以看出，当电枢初速为0、50、100、150、200、250m／s时，最佳触发位置s分别为36、8、一l4、一54、一64，电枢最佳触发位置与电枢注入速度之间的关系曲线如图7所示。

从图7可以看出，在驱动线圈各级参数相同的情况下，随着电枢速度的提高，最佳触发点的位置逐渐提前，甚至出现驱动线圈到电枢之间的中心距为负值的情况，这表明最佳触发位置使得电枢的中心面位于驱动线圈中心面的后面，即高速运动的电枢先经过一段时间制动、再加速，反而会获得更高发射效率，仿真结果映证了理论分析得出的结论。

通过理论和仿真分析可知，对于一个确定的多级线圈发射装置，不同的电枢人口速度对应驱动线圈的不同最佳触发位置，因此可以利用驱动线圈的最佳触发位置与人口速度之间的对应关系来实现多级感应线圈炮的同步触发。

从图7可以看出，电枢的注入速度V和最佳触发位置s之间存在一定函数关系，可以表示为

对于不同的发射系统或不同结构驱动线圈，具有不同的函数关系g。通过对图7所示的数值关系进行曲线拟合可以得到g函数关系式。理论上，只要数据量足够，可以得到比较准确的函数关系g。

因此可以采用硬件测速加软件延时相结合的方法来实现同步触发。其具体思路为：在每相邻两级驱动线圈之间安装速度传感器，实时测得电枢进入驱动线圈的速度，触发系统中的微处理器如单片机利用．厂函数就可以计算得到下一级驱动线圈的触发位置s，并将触发位置s转换为下一级驱动线圈放电开关的延迟触发时间，利用单片机延时触发，延时完毕，开关闭合，实现驱动线圈在最佳触发时刻触发放电，达到同步触发。

多级同步感应线圈炮的每一级驱动线圈都存在一个最佳触发位置，深圳电感http://www.ruishen.net/而且随着电枢注入速度的增加，最佳触发位置不断提前。因此，对于某个特定的发射系统，可以通过仿真或试验得到电枢的入口速度与最佳触发位置之间的对应关系，然后利用硬件测速与软件延时相结合的方法，测得电枢速度，并将驱动线圈的最佳触发位置转化为驱动线圈的放电延时时间，可以消除延迟时间和电枢速度的累积误差，实现同步触发。

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