多电极电磁仿真建模
电磁炮原理科普
电磁炮原理科普 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】
并不神秘的电磁炮 笔者混迹科吧数月，阅贴不少，多有受教于众吧友。常希望用自己所学回馈吧众。幸亏寸有所长，总算写成此科普拙文。笔者将使用不超过中学物理课本的知识对大家喜闻乐见的电磁炮的基本原理和技术做一介绍。因能力所限，时间所限（笔者马上要出差了），只能浮光掠影、走马观花，不足和不正确之处，请各位指正。 电磁炮是科幻迷们喜闻乐见的未来武器。也被各国军方所重视。它具有很多优秀特性。 1.速度常规火药发射的炮弹受火药气体燃烧速度的限制，初速度很难超过2km 每秒（根据具体的使用需要从某些迫击炮的不到200米每秒到坦克炮发射大口径穿甲弹时的接近2km每秒），即使加大装药量也无济于事。炮口动能则一般不超过10MJ。而电磁炮没有这个限制，它由电流与磁场的相互作用力提供动力而非高温气体膨胀，理论发射速度可达光速。考虑到空气的阻力，大气层内的实用初速也可以超过4km每秒。这样的速度无疑带来了巨大的摧毁能力和更远的射程。 2. 电磁炮没有后坐力，更小的震动使得它更加精确。基于更快的速度，它的弹道更加笔直，易于瞄准，大大提高了命中率。 3. 射击时没有爆炸的声音和火光，攻击更加隐蔽。 4. 因为炮弹没有发射药，更加轻便，可携带更多弹药，减轻后勤压力（不过这一点嘛，电源的重量可就另算了。。。。。。）。 5. 炮口初速度可以通过电流大小进行调整。 6. 电能比火药要便宜。
常见的电磁炮 1.轨道炮 结构和原理最简单的电磁炮，因而技术也越成熟，距离实用化越近。 此结构由两根平行导轨组成，带有电枢的炮弹在轨道上滑动。当大电流（可达数百万安培或更多）通过一根导轨经电枢流向另一根导轨时，在导轨间形成强磁场。电枢受洛伦兹力作用前进。多级导轨炮串联可获得更高初速度。单级的导轨电流毕竟有现实方面的限制，可以增加多级导轨，不管速度如何，只要这个电流还在，就能不断加速（火药炮就没这点好处）。 它的基本原理十分简单，就是左手定则和安培定则。 （1）左手定则 左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，手心面向N极（叉进点出），四指指向电流所指方向，则大拇指的方向就是导体受力的方向。 这个就很好理解了吧！ 好了，现在我们有了一个超级电源和能受得了超大电流的导轨。还有了能导电的炮弹。可磁场从哪里来呢要知道普通磁体产生的磁场可是不够的，能产生几个特斯拉强磁场的磁体都是巨无霸级别的，几吨重没压力。没关系，我们的安培定则出场了。 1、假设用右手握住通电，大拇指指向电流方向，那么弯曲的四指就表示导线周围的 磁场方向。 2、假设用右手握住，弯曲的四指指向电流方向，那么大拇指的指向就是通电螺线管内部的磁场方向。
电磁场与电磁波设计报告
电磁场与电磁波设计报告 题目：电磁场与电磁波设计报告 系别： 班级： 姓名： 指导老师：
目录： 静电场的基本概念------------------------------------------3 恒定磁场的基本概念----------------------------------------5 时变磁场的基本概念----------------------------------------6 电场和磁场之间的关系--------------------------------------7 电磁场应用之变频电磁场处理油田水防垢技术------------------8 背景---------------------------------------------------8 原理结构图--------------------------------------------11 除垢、防垢工作原理------------------------------------12 电磁场处理对溶液电导率的影响--------------------------13 电磁场对溶液表面张力的影响----------------------------13 电磁场处理对溶液pH值的影响---------------------------14 实验结果分析------------------------------------------16 从水分子的结构方面---------------------------------16 电磁场诱导微晶的形成-------------------------------18
电磁炮的基本原理及发展趋势(带图带公式)
随着材料科学的发展,复合装甲、高强度陶瓷装甲、贫铀装甲的使用,以及爆炸反应装甲的出现,大大提高了装甲的抗毁能力,对破甲技术提出更高的要求。为此,人们在相继研制出一系列新型破、穿甲战斗部的同时,也注意开发研究某些新概念超高速动能穿甲武器,电磁炮就是其中一种。 电磁炮的基本原理 电磁炮是利用物理学中运动电荷或载流导体在磁场中受到电磁力(即洛伦兹力) 作用的基本原理来加速弹丸的。根据加速方式,电磁炮可分为导轨炮和线圈炮。 图1 导轨炮工作原理 导轨炮导轨炮的工作原理如图1 所示。主要由一对平行导轨和夹在其间可移动的电枢及电源、开关等组成。当开关闭合时,向一条导轨输入强大的电流,经过电枢沿另一条导轨流回。载流电枢在导轨电流产生的磁场中受到洛伦兹力的作用而被加速,将弹丸射出。电枢弹丸所受的力可表示为 F = L′I2/ 2 , (1) 其中F 为洛伦兹力(N) 、L′为导轨电感梯度( H/m) 、I 为电流强度(A) 。弹丸的加速度则为
a = F/ m = L′I2/ 2 m , (2) 式中a 为加速度(m/ s2) 、m 为电枢与弹丸的质量之和(kg) 。由(2) 式可见,导轨中的电流强度越大,弹丸的加速度就越大,弹丸的运动速度越快。 导轨炮的导轨有单一、串联、并联和多层等不同结构形式,根据导轨的形式,炮口截面可选用方形、圆形和椭圆形等。电枢主要有固态金属电枢、等离子体电枢和混合型电枢等种类。提供脉冲功率的电源主要有电容器组、高性能蓄电池、各种单极发电机、脉冲变压器、强制发电机和爆炸发电机,以及计划研制的超导储能系统等。整个系统结构复杂,人工操作比较困难,通常由计算机控制。 线圈炮线圈炮的工作原理如图3 所示。主要由感应耦合的固定线圈、可动线圈、储能器以及开关等组成。固定线圈相当于炮身,可动线圈相当于弹丸。当固定线圈接通电源时,所产生的磁场与可动线圈上的感应电流相互作用,产生洛伦兹力,推动可动弹丸线圈加速射出。
武大电气工程电磁场仿真实验报告
武汉大学 工程电磁场及高电压综合实验
一、题目 有一极长的方形金属槽，边宽为1cm，除顶盖电位为100sinπxV外，其他三面的电位均为零，试用差分法求槽内电位的分布。 二、解题原理：均匀媒质中的有限差分法 我们在求解场的分布时，当边界形状比较复杂时，解析分析法不再适合了，我们可以采用数值计算的方法，数值计算法的基本思想，是将整体连续的场域划分为若干个细小区域，一般称之为网格或单元，如图1所示，然后用所求的网格交点（一般称为节点或离散点）的数值解，来代替整个场域的真实解。因而数值解，即是所求场域离散点的解。虽然数值解是一种近似解法，但当划分的网格或单元愈密时，离散点数目也愈多，近似解（数值解）也就愈逼近于真实值。 实解。在此处键入公式。 图1场域的剖分，网格节点及步长
(一）、场域的剖分、网格节点及步长 由边界Γ所界定的二维平行平面场（见图1），若采用直角坐标系则可令该场处在xoy 平面内。 所谓场域的剖分就是场域的离散化，即将场域剖分为若干个网格或单元。最常见最简单的剖分为正方形剖分，这种剖分就是在xy 平面上作许多分别与x 轴及y 轴平行的直线，称为网格线。网格线的交点称为节点或离散点，场域内的节点称为内节点，场域边界上的节点称为边界节点。两相邻网格线间距离称为步长，一般以h 表示。若步长相等则整个场域就被剖分为许多正方形网格，这就是正方形剖分。节点（离散点）的布局不一定采用正方形剖分，矩形剖分也常采用，正三角形剖分偶尔也被应用，不过最常见的最简单的仍然是正方形剖分。 （二）、差分与微分 从前面的分析可知，稳恒电、磁场的求解问题，归根到底是求解满足给定边界条件的偏微分方程（泊松方程或拉普拉斯方程）的解的问题所谓差分方法，就是用差商近似代替偏微商，或者说用差分代替微分，从而把偏微分方程转换为差分方程，后者实际上为代数方程。因此这种转化有利于方程的求解。 下面分别对一阶及二阶的差分公式进行推导。首先回顾有关偏导数的定义，有 00(,)(,)(,)(,) lim lim x x f f x x y f x y f x y f x x y x x x →→?+---==? (1) 因此当|x| 充分小时，可近似地用(,)(,)f x x y f x y x +- 或(,)(,) f x y f x x y x -- 代 替 f x ??，所谓差分公式，即是基于上述观点推得的。 设图1所示场域中的位函数为A ，任取一网格节点0，它在xy 平面上的坐标为（x ,i i y ），记节点0的矢量磁位为,i j A ，并把与节点0相邻的其他四个节点1、2、3、4的矢量磁位分别记为1,i j A +、,1i j A +、1,i j A -、,1i j A -，将节点0处函数A 的 一阶偏微商A x ??，用1、0两点函数值的差商1,,i j i j A A h +-近似代替，则有
电磁场HFSS实验报告
实验一? T形波导的内场分析 实验目的? 1、?熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。????? 2、?掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。?实验仪器 1、装有windows 系统的PC 一台 2、或更高版本软件 3、截图软件 实验原理 本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。 T形波导 实验步骤 1、新建工程设置： 运行HFSS并新建工程：打开 HFSS 软件后，自动创建一个新工程： Project1，由主菜单选 File\Save as ，保存在指定的文件夹内，命名为Ex1_Tee；由主菜单选 Project\ Insert HFSS Design，
在工程树中选择 HFSSModel1，点右键，选择 Rename项，将设计命名为 TeeModel。 选择求解类型为模式驱动（Driven Model）：由主菜单选HFSS\Solution Type ，在弹出对话窗选择Driven Model 项。 设置长度单位为in：由主菜单选 3D Modeler\Units ，在 Set Model Units 对话框中选中 in 项。。 2、创建T形波导模型： 创建长方形模型：在 Draw 菜单中，点击 Box 选项，在Command 页输入尺寸参数以及重命名；在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数Transparent（透明度）将其设为。Material（材料）保持为Vacuum。 设置波端口源励：选中长方体平行于 yz 面、x=2 的平面；单击右键，选择 Assign Excitation\Wave port项，弹出 Wave Port界面，输入名称WavePort1；点击积分线 (Integration Line) 下的 New line ，则提示绘制端口，在绘图区该面的下边缘中部即（2,0,0)处点左键，确定端口起始点，再选上边缘中部即(2,0,处，作为端口终点。 复制长方体：展开绘图历史树的 Model\Vacuum\Tee节点，右键点击Tee项，选择 Edit\Duplicate\Around Axis，在弹出对话窗的Axis项选择Z，在Angel项输入90deg，在 Total Number 项输入2，点OK，则复制、添加一个长方体，默认名为TEE_1。重复以上步骤，在Angel项输入-90，则添加第3个长方体，默认名Tee_2.
基于有限元的电磁场仿真与数值计算介绍
鼠笼异步电动机磁场的有限元分析 摘要 鼠笼异步电动机具有结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便等一系列的优点，在国民经济中得到广泛的应用。工业、农业、交通运输、国防工程以及日常生活中都大量使用鼠笼异步电动机。随着大功率电子技术的发展，异步电动机变频调速得到越来越广泛的应用，使得鼠笼异步电动机在一些高性能传动领域也得到使用。 鼠笼异步电动机可靠性高，但由于种种原因，其故障仍时有发生。由于电动机结构设计不合理，制造时存在缺陷，是造成故障的原因之一。对电机内部的电磁场进行正确的磁路分析，是电机设计不可或缺的步骤。利用有限元法对电机内部磁场进行数值分析，可以保证磁路分析的准确性。本文利用Ansys Maxwell软件，建立了鼠笼式异步电机的物理模型，并结合数学模型和边界条件，完成了对鼠笼式异步电动机的磁场仿真，得到了物理模型剖分图，磁力线和磁通分布图，为电机的进一步设计研究提供了依据。 关键词：Ansys Maxwell；鼠笼式异步电机；有限元分析
一、前言 当电机运行时，在它的内部空间，包括铜与铁所占的空间区域，存在着电磁场，这个电磁场是由定、转子电流所产生的。电机中电磁场在不同媒介中的分布、变化及与电流的交链情况，决定了电机的运行状态与性能。因此，研究电机中的电磁场对分析和设计电机具有重要的意义。 在对应用于交流传动的异步电机进行电磁场的分析计算时，传统的计算方法因建立在磁场简化和实验修正的经验参数的基础之上，其计算精度就往往不能满足要求。如果从电磁场的理论着手，研究场的分布，再根据课题的要求进行计算，就有可能得到满意的结果。电机电磁场的计算方法大致可以分为解析法、图解法、模拟法和数值计算法。数值解法是将所求电磁场的区域剖分成有限多的网格或单元，通过数学上的处理，建立以网格或单元上各节点的求解函数值为未知量的代数方程组。由于电子计算机的应用日益普遍，所以电机电磁场的数值解法得到了很大发展，它的适用范围超过了所有其它的解法，并能达到足够的精度。对于电机电磁场问题，常用的数值解法有差分法和有限元法两种。用有限元法时单元的剖分灵活性大，适用性强，解的精度高。因此我们采用有限元法对电机电磁场进行数值计算。 Maxwell2D 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件。在这里，我们利用Ansys的Maxwell2D 有限元分析工具对一个三相四极电机进行有限元分析，构建鼠笼式异步电机电动机的物理模型，并结合电机的数学模型、边界条件进行磁场分析。
电磁炮的原理与技术发展(1)
电磁炮的原理与技术发展 黄 强 郭东桥 卞光荣 随着材料科学的发展,复合装甲、高强度陶瓷装 甲、贫铀装甲的使用,以及爆炸反应装甲的出现,大大提高了装甲的抗毁能力,对破甲技术提出更高的要求。为此,人们在相继研制出一系列新型破、穿甲战斗部的同时,也注意开发研究某些新概念超高速动能穿甲武器,电磁炮就是其中一种。 一、电磁炮的基本原理 电磁炮是利用物理学中运动电荷或载流导体在磁场中受到电磁力(即洛伦兹力) 作用的基本原理来加速弹丸的。根据加速方式,电磁炮可分为导轨炮和线圈炮。 图1 导轨炮工作原理 导轨炮 导轨炮的工作原理如图1所示。主要 由一对平行导轨和夹在其间可移动的电枢及电源、开关等组成。当开关闭合时,向一条导轨输入强大的电流,经过电枢沿另一条导轨流回。载流电枢在导轨电流产生的磁场中受到洛伦兹力的作用而被加速,将弹丸射出。电枢弹丸所受的力可表示为 F =L ′I 2/2, (1)其中F 为洛伦兹力(N )、L ′为导轨电感梯度(H/m )、I 为电流强度(A )。弹丸的加速度则为 a =F/m =L ′I 2 /2m , (2)式中a 为加速度(m/s 2)、m 为电枢与弹丸的质量之 图2 和(kg )。由(2)式可见,导轨中的电流强度越 大,弹丸的加速度就越大,弹丸的运动速度越快。 导轨炮的导轨有单一、串联、并联和多层等不同结构形式,根据导轨的形式,炮口截面可选用方形、圆形和椭圆形等。电枢主要有固态金属电枢、等离子体电枢和混合型电枢等种类。提供脉冲功率的电源主要有电容器组、高性能蓄电池、各种单极发电机、脉冲变压器、强制发电机和爆炸发电机,以及计划研制的超导储能系统等。整个系统结构复杂,人工操作比较困难,通常由计算机控制(见图2)。 图3 线圈炮工作原理 线圈炮 线圈炮的工作原理如图3所示。主要 由感应耦合的固定线圈、可动线圈、储能器以及开关等组成。固定线圈相当于炮身,可动线圈相当于弹丸。当固定线圈接通电源时,所产生的磁场与可动线圈上的感应电流相互作用,产生洛伦兹力,推动可动弹丸线圈加速射出。弹丸所受的力可表示为 F =I f ?I p ?d M /d x ,(3)其中F 为洛伦兹力(N )、I f 为固定线圈中的电流强 度(A )、I p 为弹丸线圈中的电流强度(A )、M 为固定与可动线圈的互感(H )、d M /d x 为互感梯度(H/m )。由(3)式可知,固定线圈中的电流强度越大,弹丸线圈中的感应电流强度就越大,弹丸所受的电磁力就越大。 线圈炮的结构有同轴式、扁平式、滑动接触式和磁性加速体式等。电磁炮从原理上讲主要有上述两种类型,但在结构上可以采用混合方式。 二、电磁炮的主要特点 超高速、大动能 采用物理学电磁推进原理的电磁炮,弹丸速度突破了普通火炮(弹丸速度在 ? 34?19卷1期(总109期)
中国电磁炮发展历程.
中国电磁炮发展历程 经过17年的研究和实验，中国的新概念武器“超高速动能电炮”的研制已经到了最后阶段，即将问世，2007进入局部试用阶段。据透露，现在世界一些主要的国家如美、俄等，都在研究这种新概念武器，中国虽起步稍晚，但有长足的进展，电磁发射技术并不比先进国家落后，更有可能首先拥有这种超高速动能武器。 电炮分为“电磁炮”和“电热炮”两类。电磁炮是利用电磁力推进弹头到每秒50公里的超高速状态，常规武器望尘莫及，具有战略性武器的功能，分轨道炮、线圈炮和重接炮三种形式。电热炮是利用电热能量来推动弹头，最高射速每秒约3公里左右(传统火炮每秒2公里)，可作为战术武器使用，分直热式和间热式两种形式。 我国的电磁炮的理论论证在上世纪80年代中期就基本完成，从那时起就开始进行实用化的研究，经过近20年的努力，已经结出丰硕的成果，2007年进部分装备部队进行量产前的定型试用。 一种电磁炮是口径20MM左右的车载反坦克电磁炮（也可能实现机载），该炮的核心设备包括**MW级的高脉冲发电机、超导线圈和高速装弹机，可以把超过120g的实心穿甲弹加速到3.5km/s以上,射速在10发/分到15发/分之间(射速和弹头初速要求有关)。实验表明，弹头虽小，但是由于初速高，完全击穿现役所有主战坦克装甲，效果就和用AK47扫射本田轿车一样。 这使人们不禁联想到在伊拉克战争中一辆M1A2侧甲上的神秘弹孔，该孔的直径和一发12.7MM弹丸类似。虽然这肯定不是中国电磁炮的杰作，但是我们可以猜想，其他国家的类似装备已经进入使用阶段的研究。
另有资料表明，我国高脉冲发电机的研究，已经为激光武器的实用提供了保证。与上述反坦克电磁炮采用相同发电机的高功率战术激光器已经达到了车载的水平，可以有效攻击近距离的空中飞行目标。 另外一种更具战略价值的电磁炮，口径在250MM-280MM之间，核心设备高脉冲发电机达到了**MW的水平，超大孔径超导磁体的储能达到了**兆焦耳以上，可以把超过150kg的弹丸加速到**km/s以上，射程超过300公里。 该炮在研制过程中，遇到了许多技术难题，在解决电磁发射的实现及可靠性方面的问题后，一个重大的课题就是研制与之配套的弹丸，需要解决的问题就是消除强电磁场和高温（弹丸高速运动时产生）对弹丸内部设备的影响。最后研制出了特殊的高分子材料解决了这一问题，由这种材料制作的外壳可以保护弹丸内部。同时，弹丸装药的配方也进行了改进。 超高速弹丸的弹道特性我们也已经掌握，弹丸在发射后接近目标区时，屏蔽外壳脱落，打开尾翼以实现减速和姿态控制，进入滑翔状态，此时可以利用卫星定位信息进行精确打击。显然，在这时我们遇到了另外的瓶颈---卫星导航，这只有等“伽利略”或“北斗2”了解决了。 毫无疑问，在本世纪的头十年以后，战争的模式将发生根本的变化。那时，美国DDX上的155MM超级大炮将实现200公里以上的射程，而我们的“超级大炮”也没有落在后面。
电磁场仿真软件简介
电磁场仿真软件简介 随着电磁场和微波电路领域数值计算方法的发展，在最近几年出现了大量的电磁场和微波电路仿真软件。在这些软件中，多数软件都属于准3维或称为2.5维电磁仿真软件。例如，Agilent公司的ADS（Advanced Design System）、AWR公司的Microwave Office、Ansoft公司的Esemble、Serenade和CST公司的CST Design Studio等。目前，真正意义上的三维电磁场仿真软件只有Ansoft公司的HFSS、CST公司的Mafia、CST Microwave Studio、Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE。从理论上讲，这些软件都能仿真任意三维结构的电磁性能。其中，HFSS（HFSS是英文高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator）的缩写）是一种最早出现在商业市场的电磁场三维仿真软件。因此，这一软件在全世界有比较大的用户群体。由于HFSS进入中国市场较早，所以目前国内的电磁场仿真方面HFSS的使用者众多，特别是在各大通信技术研究单位、公司、高校非常普及。 德国CST公司的MicroWave Studio（微波工作室）是最近几年该公司在Mafia软件基础上推出的三维高频电磁场仿真软件。它吸收了Mafia软件计算速度快的优点，同时又对软件的人机界面和前、后处理做了根本性的改变。就目前发行的版本而言，CST 的MWS的前后处理界面及操作界面比HFSS好。Ansoft也意识到了自己的缺点，在刚刚推出的新版本HFSS（定名为Ansoft HFSS V9.0）中，人机界面及操作都得到了极大的改善。在这方面完全可以和CST媲美。在性能方面，两个软件各有所长。在速度和计算的精度方面CST和ANSOFT成绩相差不多。值得注意的是，MWS采用的理论基础是FIT（有限积分技术）。与FDTD（时域有限差分法）类似，它是直接从Maxwell 方程导出解。因此，MWS可以计算时域解。对于诸如滤波器，耦合器等主要关心带内参数的问题设计就非常适合；而HFSS采用的理论基础是有限元方法(FEM)，这是一种微分方程法，其解是频域的。所以，HFSS如果想获得频域的解，它必须通过频域转换到时域。由于，HFSS是用的是微分方法，所以它对复杂结构的计算具有一定的优势。 另外，在高频微波波段的电磁场仿真方面也应当提及另一个软件：ANSYS 。ANSYS是一个基于有限元法(FEM)的多功能软件。该软件可以计算工程力学、材料力学、热力学和电磁场等方面的问题。它也可以用于高频电磁场分析（应用例如：微波辐射和散射分析、电磁兼容、电磁场干扰仿真等）。其功能与HFSS和CST MWS类似。但由于该软件在建模和网格划分过程中需要对该软件的使用规则有详细的了解，因此，对一般的工程技术人员来讲使用该软件有一定困难。对于高频微波波段通信、天线、器件封装、电磁干扰及光电子设计中涉及的任意形状三维电磁场仿真方面不如HFSS更专业、更理想。实际上，ANSYS软件的优势并不在电磁场仿真方面，而是结构静力/动力分析、热分析以及流体动力学等。但是，就其电磁场部分而言，它也能对任意三维结构的电磁特性进行仿真。 虽然，Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE也可以仿真三维结构。
电磁场的Matlab仿真.
Matlab 与电磁场模拟 一单电荷的场分布： 单电荷的外部电位计算公式： q φ= 4πε0r 等位线就是连接距离电荷等距离的点，在图上表示就是一圈一圈的圆，而电力线就是由点向 外辐射的线。 MATLAB 程序： theta=[0:.01:2*pi]'; r=0:10; x=sin(theta*r; y=cos(theta*r; plot(x,y,'b' x=linspace(-5,5,100; for theta=[-pi/4 0 pi/4] y=x*tan(theta; hold on ; plot(x,y; end grid on 单电荷的等位线和电力线分布图： 二多个点电荷的电场情况： 模拟一对同号点电荷的静电场 设有两个同号点电荷, 其带电量分别为 +Q1和+Q2(Q1、Q2>0 距离为 2a 则两 电荷在点P(x, y处产生的电势为: 由电场强度可得E = -?U, 在xOy 平面上, 电场强度的公式为: 为了简单起见, 对电势U 做如下变换:
。 Matlab 程序： q=1; xm=2.5; ym=2; x=linspace(-xm,xm; y=linspace(-ym,ym; [X,Y]=meshgrid(x,y; R1=sqrt((X+1.^2+Y.^2; R2=sqrt((X-1.^2+Y.^2; U=1./R1+q./R2; u=1:0.5:4; figure contour(X,Y,U,u grid on legend(num2str(u' hold on
plot([-xm;xm],[0;0] plot([0;0],[-ym;ym] plot(-1,0,'o' , 'MarkerSize' ,12 plot(1,0,'o' , 'MarkerSize' ,12 [DX,DY] = gradient(U; quiver(X,Y,-DX,-DY; surf(X,Y,U; 同号电荷的静电场图像为： 50 40 30 20 10 0-2 2
工程电磁场实验报告
实验一 实验目的和要求：学习矢量的定义方法(例A=[1,2,3])，加减运算，以及点积dot(A,B)、叉积cros s (A,B)、求模运算n orm(A)。 实验内容： 1、通过调用函数，完成下面计算【p31，习题1.1】。 给定三个矢量A 、B 和C 如下： 23452x y z y z x z A e e e B e e C e e =+-=-+=- 求（1）A e ；（2）||A B -； （3）A B ?； （4）AB θ （5）A 在B 上的投影 （6）A C ?； （7）()A B C ??和()C A B ??； （8）()A B C ??和()A B C ?? 程序如下： A=[1,2,-3]; B=[0,-4,1]; C=[5,0,-2]; ea=A/norm(A) T2=norm(A-B) T3=dot(A,B) theta=acos(dot(A,B)/(norm(A)*norm(B))) theta*180/pi T5=norm(A)*cos(theta) T6=cross(A,C)
T71=dot(A, cross(B,C)) T72=dot(cross(A,B), C) T81=cross(cross(A,B),C) T82=cross(A,cross(B,C)) 运行如图： 结果如下：
2、三角形的三个顶点位于A(6,-1,2), B(-2,3,-4), C(-3, 1,5)点，求（1）该三角形的面积；（2）与该三角形所在平面垂直的单位矢量。 程序如下： A=[6,-1,2]; B=[-2,3,-4]; C=[-3, 1,5]; n=cross(B-A, C-A); S=1/2*norm(n)
工程电磁场实验报告
工程电磁场仿真实验 报告 ——叠钢片涡流损耗Maxwell 2D仿真分析（实验小组成员：文玉徐晨波葛晨阳郭鹏程栋）
Maxwell仿真分析 ——二维轴向磁场涡流分析源的处理在学习了Ansoft公司开发的软件Maxwell后，对工程电磁场有了进一步的了解，这一软件的应用之广非我们所想象。本次实验只是利用了其中很小的一部分功能，涡流损耗分析。通过软件仿真、作图，并与理论值相比较，得出我们需要的实验结果。 在交流变压器和驱动器中，叠片钢的功率损耗非常重。大多数扼流线圈通常使用叠片，以减少涡流损耗，但这种损耗仍然很大。特别是在高频情况下，交变设备由脉宽调制波形所产生的涡流损耗不仅降低了设备的整体性能，也产生了热，因此做这方面的分析十分有必要。 一、实验目的 1)认识钢的涡流效应的损耗，以及减少涡流的方法； 2)学习涡流损耗的计算方法； 3)学习用MAXWELL 2D计算叠片钢的涡流。 二、实验模型 实验模型是4片叠钢片组成，每一篇截面的长和宽分别是12.7mm和 0.356mm，两片中间的距离为8.12um，叠片钢的电导率为2.08e6 S/m， 相对磁导率为2000，作用在磁钢表面的外磁场H z=397.77A/m，即B z=1T。 考虑到模型对X，Y轴具有对称性，可以只计算第一象限的模型。 三、实验步骤
一．单个钢片的涡流损耗分析 1、建立模型，因为是单个钢片的涡流分析，故位置无所谓，就放在中间， 然后设置边界为397.77A/m，然后设置频率，进行求解。 2、进行数据处理，算出理论值，并进行比较。 二、叠钢片涡流损耗分析 1、依照模型建立起第一象限的模型，将模型的原点与坐标轴的原点重 合，这样做起来比较方便。设置钢片的材质，使之符合实际要求。然 后设置边界条件和源，本实验的源为一恒定磁场，分别制定在上界和 右边界，然后考虑到对偶性，将左边界和下界设置为对偶。然后设置 求解参数，因为本实验是要进行不同的频率下，涡流损耗的分析，所 以设定好Frequency后，进行求解。 2、将Frequency分别设置为1Hz、60Hz、360Hz、1KHz、2KHz、5KHz、 10KHz，进行求解，注意每次求解时，要将Starting Mesh设定为 Initial，表示重新开始计算求解。记录下不同频率下的偶流损耗值和 最低磁通密度B min。 3、进行数据处理，把实验所得数据和理论值进行比较。得出实验结论。 四、仿真图样 叠钢片涡流分析 1、f=1HZ时 P=1.92719e-006 W
电磁轨道原理要求
电磁轨道原理要求 电磁炮的关键技术主要有：电源技术、电磁发射器设计技术、材料技术、以及系统总体设计技术等. 3.1电源技术 由于电磁炮发射时需要非常大的脉冲电功率(要求电源功率在吉瓦数量级，脉冲持续时间在毫秒数量级)，普通电源满足不了这一要求.因此，通常的作法是先将初级电源的功率传递给储能系统，将能量储存起来，后者在适当的时机以适当的方式将能量转换到脉冲形成网络中，以适应负载的要求.目前电磁炮原理试验样机使用的电源主要有：电容器组、电感储能系统、磁通压缩发生器、蓄电池组、脉冲磁流体发电装置、单极脉冲发电机和补偿型脉冲交流发电机等七种形式.每种电源都有其自身的特点和使用价值.从目前研究和试验情况来看，研究的重点是：高能量高储能密度的电容器组、单级发电机、补偿型交流发电机.这几种电源发展比较迅速，应用也日趋成熟.电源技术的难点在于缩小其体积.
3.2电磁发射器设计技术 电磁发射器是电磁炮的核心部件.首先必须根据武器系统的使用要求，研究确定采用哪种发射原理和方式，能够满足性能的要求；其次要根据已确定的弹丸动能，推算所需电源的脉冲功率，来确定最佳的供电方式和采用的电源形式；再次，要研究用于试验的发射器结构形式，包括炮身、供弹系统以及能量储存转换方式；最后，要组成在实验室或试验场条件下，能够实现发射循环的原理样机或试验装置，进行发射试验，测试有关数据.并根据试验数据修改和完善原理样机，为全武器系统的设计提供必要的参数和依据. 3.3材料技术 由于电磁炮发射时是在强脉冲电流的条件下加速弹丸的，其工作条件极为恶劣.因此，对其所用材料的要求就很高.目前对材料的研究主要是对轨道材料、绝缘材料、弹丸材料等的研究. 轨道炮的导轨是在兆安级的电流下工作的，材料要经受瞬时极大的热流冲击，容易造成导轨的严重烧
电磁炮的原理与技术发展
电磁炮的原理与技术发展 电磁炮是一种无需火药瞬间爆发出冲击能量的一种最新火炮。美国己试验成功。电磁炮的主要工作原理雷同磁悬浮列车的直线平面电机。但在电磁炮里用的是多个大功率聚能偏转线圈将磁弹发送出去。比炮好处是无汚染。优奌是电磁炮能做到连续发射，如同机枪、航炮。每分钟可发N次到数千次。某种意义上耒讲一门电磁炮将大于一个炮兵团以上发送的能量。电磁炮耗能非常可观。 目前，以美国为代表的许多发达国家正在针对电磁炮研究中存在的问题，有计划地开展电磁炮实用性研究和野外试验。具体的研究方向有以下几个。 能源小型化 体积和重量是电磁炮武器化和战术应用的主要障碍之一，而这两者主要由脉冲功率源及功率调节装置的能量密度和功率密度所决定。要减小体积、降低重量，必须实现能源小型化。因此，今后将进一步开发高能量密度和高功率密度材料，以研制小型轻质脉冲功率源。 采用高新技术、提高系统效率 高新技术的发展为电磁炮的研制提供了条件，将超导材料用于电磁炮是新的发展趋势。超导材料的电流密度和储能密度极高，储能效率达60％～90％，将其用于储能线圈、发电机、磁体和开关等，不仅有利于电磁炮小型化、提高射速，而且可减小能量损失、大大提高系统效率。另外，采用多级、多层、多段（节）和分布电源多模块结构的导轨也是一条重要途径。多模块结构可以减小导轨的能量损失，提高系统的能量转换效率至两倍左右。 加紧新材料的研究、提高系统寿命与性能 新型材料的研究主要有：电池用新型电化学材料，电容器用聚合物电介质材料，脉冲发电机储能用石墨-环氧等复合材料，耐高温、高强度、高能量密度电感储能材料；高强度、耐烧蚀、耐腐蚀的导轨、电枢和电极材料，石墨、陶瓷等耐高温、耐烧蚀炮管绝缘材料；大载流、高强度、高频率开关和大功率脉冲固态开关材料。 经过近20年的研究，电磁炮技术在理论上已基本成熟，开始向武器化、实用化发展。电磁炮的穿甲能力已被实验所证实，武器化的电磁炮可以击毁火炮所不能击毁的新型坦克装甲。预计在不远的将来电磁炮将会作为新一代重要的穿甲武器出现在战场上，在未来战争中起到极其重要的作用，并产生深远的影响。 自动化2班0905010213 夏博洋
电磁场实验报告
实验一：静电场的分析与求解 1.求二维标量场u（r）=y^2-x的梯度 [x,y]=meshgrid(-2:.2:2,-2:.2:2); z=y.^2-x; [px,py]=gradient(z,.2,.2); contour(z) hold on quiver(px,py) hold off title('等值线与梯度'); 2.2个等量同号点电荷组成的点电荷系的电势分布图clear v='1./((x-3).^2+y.^2).^0.5+1./((x+3).^2+y.^2).^0.5'; xmax=10; ymax=10; ngrid=30; xplot=linspace(-xmax,xmax,ngrid); [x,y]=meshgrid(xplot); vplot=eval(v); [explot,eyplot]=gradient(-vplot); clf; subplot(1,2,1),meshc(vplot); xlabel('x'); ylabel('y'); zlabel('电位');
subplot(1,2,2),axis([-xmax xmax -ymax ymax]); cs=contour(x,y,vplot); clabel(cs); hold on quiver(x,y,explot,eyplot) xlabel('x'); ylabel('y'); hold off 3.电偶极子的场（等位线和梯度） clear; clf; q=2e-6; k=9e9; a=1.5; b=-1.5; x=-6:0.6:6; y=x; [X,Y]=meshgrid(x,y); rp=sqrt((X-a).^2+(Y-b).^2); rm=sqrt((X+a).^2+(Y+b).^2); V=q*k*(1./rp-1./rm); [Ex,Ey]=gradient(-V); AE=sqrt(Ex.^2+Ey.^2); Ex=Ex./AE; Ey=Ey./AE; cv=linspace(min(min(V)),max(max(V)),49);
电磁轨道炮反后坐装置研究
电磁轨道炮反后坐装置研究 马新科，邱群先，何 行，高 博，耿 昊，岳海波 (中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南 郑州 450015) 摘要: 随着电磁轨道炮发射能级越来越大，发射装置后坐力也越来越大，为改善炮架受力，使用反后坐装置成为必要。本文以某电磁轨道炮为研究对象，建立了发射系统简化实体模型和动力学模型，在相同发射工况下，分别对采用3种不同类型反后坐装置的发射系统在0°和45°射角状态下的后坐复进运动规律进行仿真计算，得出在宽射角范围条件下，采用两复进机和两驻退机均匀对称布置方式的反后坐装置，反后坐综合效能更优的结论。本研究对大能量、宽射角电磁轨道炮的发射系统总体设计具有一定的参考价值。 关键词：电磁轨道炮；射角；反后坐装置；后坐复进规律 中图分类号：TJ02 文献标识码：A 文章编号： 1672 – 7649(2019)03 – 0137 – 05 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2019.03.027 Research on recoil mechanism of electromagnetic rail gun MA Xin-ke, QIU Qun-xian, HE Hang, GAO Bo, GENG Hao, YUE Hai-bo (The 713 Research Institute of CSIC, Zhengzhou 450015, China) Abstract: With the increasing energy level of the electromagnetic rail gun, the recoil of the launcher is getting bigger and bigger. In order to improve the force of the carriage, it is necessary to use the recoil device. In this paper, an electromag-netic rail gun was taken as the research object, and the simplified model and dynamic model of launch system were estab-lished. Under the same launching conditions, the recoil law of the launching system with three different types of recoil mech-anism at 0°and 45°elevating angle , was simulated respectively. It is concluded that under the condition of wide angle of fire, the comprehensive efficiency of the recoil mechanism with two reentry machine and two recoil machine in symmetrical ar-rangement is better than two others. This study has a certain reference value for the overall design of the launch system of the electromagnetic rail gun with large energy and wide angle of fire. Key words: electromagnetic rail gun；angle of fire；recoil mechanism；recoil law 0 引 言 电磁轨道炮是一种靠电磁力将弹丸加速到超高速度的新概念武器，由于在军事领域具有广阔的应用前景，目前已有多个国家对这一电能武器开展研究[1]。由牛顿第三定律，电磁轨道炮推动弹丸向前运动时，炮身会受到一个反方向的后坐力[2 – 3]。美国ISL研究中心和TEXAS研究中心在试验中也验证了电磁轨道炮存在后坐力[4 – 5]。从美国公开的其位于达尔格伦海军水面作战武器中心进行的32 MJ电磁轨道炮发射试验视频资料中可以看出，在发射过程中，装置存在明显的后坐运动，同样验证了后坐力的存在。 随着研究的进展，电磁轨道炮的发射能级将不断提高，炮口动能越来越大，发射装置的后坐力也将越来越大。如果身管与炮架刚性连接，则将对炮架形成很大的冲击，为保证结构稳定，炮架需要设计的很大[6]，这将不利于后续工程化应用。因此，为改善炮架受力，缩小架体结构尺寸，需在身管与炮架间设置起缓冲作用的反后坐装置，使二者间成为弹性连接方式。目前，常规火炮使用的反后坐装置已较为成熟，发展过程中形成了多种结构类型和布局方式的反后坐装置，如某57G火炮采用的是与身管同心的弹簧式复进机和带针式复进节制器的节制杆式制退机，某85J火炮采用的是液体气压式复进机和带沟槽式复进节制器的节制杆式制退机，上述2种火炮的复进机和制退机 第41 卷 第 3 期舰 船 科 学 技 术Vol. 41, No. 3 2019 年 3 月SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Mar. , 2019 收稿日期: 2018 – 07 – 27 作者简介: 马新科(1986 – )，男，工程师，主要从事电磁发射技术研究。
电磁炮原理
1.炮筒上绕上线圈，炮筒内装上铁芯。线圈得电后，使铁芯迅速上移，推动弹丸（或者弹壳本身就是导磁材料，则不需另外的铁芯）射出炮筒。 2. 一、电磁炮的结构和原理 电磁炮听起来很神秘，其实它的结构和原理很简单．电磁炮是利用电磁力代替火药曝炸力来加速弹丸的电磁发射系统，它主要由电源、高速开关、加速装置和炮弹四部分组成．目前，国外所研制的电磁炮，根据结构和原理的不同，可分为以下几种类型： （一）线圈炮：线圈炮又称交流同轴线圈炮．它是电磁炮的最早形式，由加速线圈和弹丸线圈构成．根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作的．加速线圈固定在炮管中，当它通入交变电流时，产生的交变磁场就会在弹丸线圈中产生感应电流．感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场互相作用，产生洛仑兹力，使弹丸加速运动并发射出去． （二）轨道炮：轨道炮是利用轨道电流间相互作用的安培力把弹丸发射出去．它由两条平行的长直导轨组成，导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸．当两轨接人电源时，强大的电流从一导轨流入，经滑块从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，通电流的滑块在安培力的作用下，弹丸会以很大的速度射出，这就是轨道炮的发射原理． （三）电热炮：电热炮的原理完全不同于上述两种电磁炮，其结构也有多种形式．最简单的一种是采用一般的炮管，管内设置有接到等离子体燃烧器上的电极，燃烧器安装在炮后膛的末端．当等离子体燃烧器两极间加上高压时，会产生一道电弧，使放在两极间的等离子体生成材料（如聚乙烯）蒸发．蒸发后的材料变成过热的高压等离子体，从而使弹丸加速． （四）重接炮：重接炮是一种多级加速的无接触电磁发射装置，没有炮管，但要求弹丸在进入重接炮之前应有一定的初速度．其结构和工作原理是利用两个矩形线圈上下分置，之间有间隙．长方形的“炮弹”在两个矩形线圈产生的磁场中受到强磁场力的作用，穿过间隙在其中加速前进．重接炮是电磁炮的最新发展形式． 二、电磁炮的特点及用途 电磁泡与常规火炮相比，有以下特点： 电磁炮利用电磁力所作的功作为发射能量，不会产生强大的冲击波和弥漫的烟雾，因而具有良好的隐蔽性．电磁炮可根据目标的性质和距离，调节、选择适当的能量来调整弹丸的射程． 电磁炮没有圆形炮管，弹丸体积小，重量轻，使其在飞行时的空气阻力很小，因而电磁炮的发射稳定性好，初速度高，射程远．由于电磁炮的发射过程全部由计算机控制，弹头又装有