电磁发射拦截系统电磁发射组件仿真研究
拦截弹电磁发射过程的控制与仿真
关 键词 ： 电磁发射 ； 场路耦合 ； 动态仿真
中 图分 类 号 ：Ｊ １ ＴＯ 文献 标 识码 ： Ｂ
Ｃｏ ｔｏ ｎ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｕ ｃ ｉ ｇ Ｐ ｏ ｅ ｓ ｎ ｒ ｌａ ｄ Ｓ ｍ ｌ ｔ ｆＬａ ｎ ｈ ｎ ｒ ｃ ｓ ｏ
ｏ ｅＩ ｔｒｅ ｔ ｎＰ ｏｅｔｅ ｆｔ ｎｅ ｃｐｉ ｒｊｃｉ ｈ ｏ ｌ
Ｓ ｐ ｒ的协 同仿 真对拦截 弹的电磁发射过程进行 了仿真研究 ， 到了发射 过程 中放 电 回路 的电流波形 、 ｉ ｌｅ ｍｏ 得 发射装 置的磁场
和涡流分布 ， 以及拦截弹所受 电磁力 、 拦截弹速度和位移随时间的变化规律。并 进行了拦截 弹发射实验 ， 实验结果与仿真数
据的一致性表 明所建立 的场路耦合模型是正确的 。
ＷＡ Ｇ Ｈ ｉ ｊ Ｃ Ｏ Ｙ ｎ— ｉ ， Ｎ ｕ — ｉ ， Ａ ａ ｊ ＷＡ Ｇ Ｃ ｅ ｇ—ｘ ｅ ｎ ｅ Ｎ ｈｎ ｕ
（ ａａ Ａ ｒｎｕｉ ｌ ｎ ｓ ｏ ａｔ ａ Ｕ ｉ ｒｉ ， ａｔ ｈｎ ｏｇ２４ ０ ， ｈｎ ） Ｎ ｖｌ ｅｏａｔ ａ ａｄＡ ｔ ｎｕｉ ｎｖ ｓ ｙ Ｙ ｎａ Ｓ ａｄｎ ６０ １ Ｃ ｉａ ｃ ｒ ｃ ｌ ｅ ｔ ｉ
Ａ Ｓ Ｒ Ｔ： ａｎｈｎ ｒｃｓ ｏ ｅ ｎｅｃｐｉ ｒ ｅｔｅｉ ａｃｍ ｌ ｙａ ｉ ｒｃｓ ｖｌｎ ｕｔ— ｅ ｓ Ｂ Ｔ ＡＣ Ｌ ｕ ｃｉｇｐｏｅｓ ｆｈ ｔ ｅ ｔｎｐｏ ｃｌ ｓ ｏ ｐｅ ｄｎｍ ｃｐｏｅｓｎ ｏ ｉｇｍ ｌ ｆ ｌ ｔ ｉ ｒ ｏ ｊ ｉ ｘ ｉ ｖ ｉ ｉ ｄ
的指导意义 。 利用 Ｓｍｐ ｒ ｉ ｌ ｅ与 Ｍａｗ ｌ对拦截 弹的发射 过程进行 协同 ｏ ｘｅ ｌ
式 （ ） 和 Ｌ分别 为源电流密度和 由于磁场 的时间变化 １ 中，
某磁阻型电磁防暴枪发射系统仿真
ｒ ｉ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｌ ｅ ｉ ｍ ｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｍ ｕ ｚ ｚ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｒ ｉ ｏ ｔ ｇ ｕ ｎ ， ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍ ｕ ｚ ｚ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ —
ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｓ ｔ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｍ ａ ｒ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｏ ｔ ｇ ｕｎ，ｔ ｈｉ ｓ ｐａ ｐｅ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｄ ｔ ｈｅ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｓ Ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐｏ ｓ ｉ —
ｔ ｙ ｐ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｒ ｉ ｏ ｔ ｇ ｕ ｎ ｓ ， ｉ ｔ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｅ ｘ ｐ ｏ ｌ ｆ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ —
ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｌ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｙ ｐ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｒ ｉ ｏ ｔ ｕｎ ｇ ｉ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ． Ｉ ｎ
方向可控电磁发射器拦截弹发射过程研究
摘
要 ：方 向可控 电磁发射技 术是主动 电磁装 甲防御体 系的关键技 术。文中分析 了方 向可控 电磁 发射 器的组成及 工
作原理 ，推导 了其工作过程 的电路方程 、拦截弹受力方程 和运 动学 方程 ，建立 了拦截 弹发射过程 的数学模 型，给出
了拦截弹加速过程分 析的数值 方法 ；编制有 限元分析程序对拦 截弹的发射过程进行 了仿真 ，得到 了加 载瞬 间拦截 弹 的速度和位移随时 间变化 的规 律。为了对仿真结果 进行 验证 ，进行 了拦截 弹发射 实验 ，测 得 了拦截 弹的发射初 速 ， 结果表 明：实验数据 与仿 真结果符 合较好 。 关键词 ：方 向可控 电磁发射器 ；数学模 型 ；发射过程 ；仿真 ；实验
Ｓ ｅ ｒ ｂ ｅ Ｅｌｃ ｒ ｔ ｅ ａ ｌ ｅ ｔ ｏ
Ｗ ＡＮＧ Ｃ ｅ ｇｕ ，ＸＵＥ Ｌ ｑａ ｇ ｈｎｘｅ ｕ ｉｎ ，ＣＨＥ Ｘｕ ｈ ｉ Ｉ ｎ ｂ Ｎ ｅ ｕ ，ＪＮ Ｈｏ ｇ ｏ
（Ｎ ｖｌ ｅ ｎ ｕｉ ｌ ｎ ｓ ｏａ ｔａ ｎｖｒｔ ，Ｙ ｎａ Ｓ ａｄ ｎ ６ ０ １ Ｃ ｉ ａａ ｒ ａ ｔ ａ ａ ｄＡ ｔ ｎ ｕｉ ｌ ｉ ｓｙ ａ ｔｉ ｈ ｎ ｏｇ２ ４ ０ ， ｈｎ Ａ ｏ ｃ ｒ ｃ Ｕ ｅｉ ａ） Ａｂ ｔａｔ Ｓｅｒｂｅｅ ｃｒｍ ｇｅｉ Ｅ ｓ ｃ ： ｔ ａ ｌ ｌ ｔ ａｎ ｔ ｒ ｅ ｅ ｏ ｃ（ Ｍ）ｌｕ ｃ ｉｇｔｃ ｎｌｇ ｓ ｅ ｃｎ ｌ ｆｈ Ｍ ａ ｒ ｈ ａｎ ｈｎ ｈ ｏ ｙｉ ａｋ ｙｔ ｈ ｏｏ ｏ ｅＥ ｒ ．Ｔ ｅ ｅ ｏ ｅ ｙ ｇ ｔ ｍｏ ｐ ｎ ｉｌ ａ ｄｔｅｍａｅ ｐｏ ｅｓ ｅａｌ Ｅ ａｎ ｈ ｒ（ Ｅ ）ｗ ｒ ｔ ｄ ｃｄｉ ｔｉ ｐ ｐｒ ｈ ｅｃ ｃ ｉ ｉ ｒ ｃｐｅ ｎ ｋ ｕ ｆ ｈ ｔ ｒ ｅ Ｍ ｌ ｃｅ Ｓ ＭＬ ｅｅｉ ｒ ｕ ｅ ｓ ａ ｅ．Ｔ ｉ ｕｔ ｈ ｔ ｅ ｂ ｕ ｎｏ ｎｈ ｒ
一种新型磁阻型电磁发射器的数值分析
Ｎｕｍ ｅ ｉａ ｒ ｃ ｌＡｎａ ｙ ｉ ｆａ Ｎｅ Ｒ ｅｕｃ ａ ｃ ｅ ｔ ｏ ａ ｎｅ ｉ ｕｎ ｈ ｒ ｌ ｓｓ ｏ ｗ ｌ ｔ ｎ ｅ Ｅｌ ｃ ｒ ｍ ｇ ｔｃ Ｌａ ｃ ｅ
与 ＨＣ Ｅ Ｌ有所 不 同 ： Ｅ ＨＣ Ｌ利用 炮 管 线 圈 和 弹 丸 线
线 圈磁 场 建 立 的时 间 ， 因此 需 要 进 行 提 前 接 通 ， 而相 应 的提 前 量很难 控 制 。螺旋 线 圈型 电磁 发射器
收 稿 日期 ：０ ０ ０ 一 ６ ２１— ｌ０
圈之 间的作 用力 加 速 弹 丸 ， 新 型磁 阻型 电磁 发 射 而
Ｋｅ ｏｄ ：ｌ ｔ ｍ ｇｅｉ ｌ ｎｈｒ；ｅ ｃｌ ｏ ｌ ｔ ｍａｎｔ ｕ ｃｅ（ Ｅ ） ｎ ｍ ｒ ａ ａａ ｓ ｙｗ ｒ ｓｅｅ ｒ ａｎｔ ｕ ｃｅｓｈ ｌａ ｃｉｅ ｃ ｏ ｇ ｅｃｌ ｎ ｈｒＨＣ Ｌ ；ｕ ｅｉ ｌ ｎｌ ｉ ｃｏ ｃａ ｉ ｌ ｅｒ ｉ ａ ｃ ｙ ｓ
一
从 图 ７中可 以看 出 ， 随着 电流 的增 加 ， 大受力 最 处弹 丸和线 圈相 对距 离 Ｐ逐渐 增 大 ， 主要 是 由铁 这 磁质 材 料 磁 化 的 非线 性 所 致 ； 当 电 流大 于 ７ｋ 但 Ａ 时 ， 对位 置基 本 不 变 ， 是 由 于此 时 已达 到 磁 饱 相 这 和， 磁化 电流不 变 ， 线 圈磁 场 强度 与 电流成 正 比， 而 因此 最大 受力位 置不 再变化 。最 大受力位 置 的改变 不利 于弹丸 的加 速 ， 因此 新 型 磁 阻 型 电磁发 射 器需
电磁发射系统的脉冲成形网络建模与仿真分析
电磁发射系统的脉冲成形网络建模与仿真分析宋耀东;陈启明;孙德元;李振超;翟玉娟【摘要】电磁轨道发射的脉冲功率电源一般采用脉冲成形网络(PFN),为了探索电磁轨道发射器和电源的匹配关系,文章在对电磁发射过程中的电磁过程和物理过程进行研究和分析的基础上,建立了结合PFN电路和电枢运动过程于一体的仿真模型;该模型包括了发射过程中轨道的动态电阻和动态电感,利用该模型进行了单模块和6模块PFN仿真分析,结果表明仿真计算的数据与实验数据相吻合;利用该模型进一步计算分析了影响电磁发射效率的几种影响因素.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2014(022)004【总页数】3页(P1257-1259)【关键词】脉冲成形网络;电磁发射;仿真模型【作者】宋耀东;陈启明;孙德元;李振超;翟玉娟【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所,郑州 450047;中国电子科技集团公司第二十七研究所,郑州 450047;中国电子科技集团公司第二十七研究所,郑州 450047;中国电子科技集团公司第二十七研究所,郑州 450047;中国电子科技集团公司第二十七研究所,郑州 450047【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言随着现代脉冲功率技术的迅速发展，以脉冲功率技术为基础的电磁轨道发射技术近几十年也得到迅速发展［1］。
对电磁发射的仿真也在不断的进步中，目前大部分电磁发射的仿真分为电路仿真和运动仿真两部分分开进行。
在实际发射中，电磁过程和运动过程共同决定了发射的结果，因此若能在一个模型中同时反映电路过程和电枢的运动过程，这样既简化了仿真模型，又能准确直观计算出电枢出膛时的加速度、速度和位移等各项运动参数。
本文在分析PFN电路并结合电枢在炮膛中的运动过程的基础上，建立了合理的反映电枢在轨道中运动的模型，最终在PSCAD软件中建立了考虑电枢在轨道中运动过程的PFN仿真模型。
1 电磁轨道发射工作原理电磁轨道发射装置主要包括发射装置和脉冲成形网络（PFN），发射装置由两条平行的金属导轨和一个电枢（被发射物）组成，PFN回路电路图如图1所示，主要包括电容器C，开关K，调波电感L，续流二极管D。
一种强电磁脉冲模拟器的仿真及验证研究
现代电子技术Modern Electronics TechniqueNov. 2023Vol. 46 No. 222023年11月15日第46卷第22期0 引 言在当前电子信息科技飞速发展的时代，强电磁脉冲因其具备能量强度大、峰值强度高、作用范围极广、破坏力强大等特点，越来越受到国内外学者的广泛关注[1⁃6]。
为了进行电气电子产品、武器装备等抗电磁脉冲干扰能力的检验、考核和验收，美国率先在美军标MIL⁃STD⁃461E 中提出了辐射敏感度实验方法。
我国现有最新标准GJB 151B —2013中的RS105测试项也详细规定了电磁脉冲测试的方法和等级[7]。
国内近些年来在强电磁脉冲领域，特别是关于强电磁脉冲模拟器的课题有很多的研究成果。
康宁等人利用电磁仿真软件CST 仿真了锥形结构电磁脉冲模拟器试验装置中场的分布，通过仿真DOI ：10.16652/j.issn.1004⁃373x.2023.22.006引用格式：王鹏飞，刘恩博，李贤灵，等.一种强电磁脉冲模拟器的仿真及验证研究[J].现代电子技术，2023，46（22）：28⁃32.一种强电磁脉冲模拟器的仿真及验证研究王鹏飞， 刘恩博， 李贤灵， 王海星， 张宗兵， 田清文（广州广电计量检测股份有限公司 电磁兼容研究所， 广东 广州 510656）摘 要： 用于GJB 151B —2013中RS105测试项目的平面金属板有界波模拟器，其过渡段上下对称能保证产生快前沿脉冲，并使得测试系统所占空间相对较小；且该模拟器中的平行板段会使得有效测试空间相对较大。
为实现GJB 151B —2013中RS105项目测试虚拟化、便捷化，文中基于有限积分技术算法（FIT ）的电磁仿真软件CST ，通过仿真与实测相结合的方法，对平面金属板有界波模拟器的仿真进行研究，提出一种与该脉冲模拟器等比例的仿真模型，并对该模拟器仿真模型的电场分布特性进行分析。
结果表明，所提模型的仿真结果与实测结果非常接近，RS105试验设备测试空间中的电场分布基本均匀，沿传播方向电场逐渐减小，而且电场关于测试系统中心的轴线呈对称分布。
电磁发射复合型结构拦截弹的3维电磁场有限元建模与仿真
电磁 发 射 复合 型 结构 拦截 弹 的 ３维 电磁 场 有 限元 建模 与仿 真
孙 鹏， 雷 彬， 李治源， 郭春龙
（ 械 工 程 学 院 弹药 工 程 系 ，石 家庄 ０ ０ ０ ） 军 ５ ０ ３
摘 要 ： 为 了 达 到拦 截 弹 的 连 续 发 射 、 高 拦 截 效 果 和 加 固 驱 动 线 圈 的 目 的 ， 出 了一 种 复 合 型 结 构 的 提 提
第 ２ 卷第 １ ３ Ｏ期 ２１ ０ １年 １ ０月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＩＡ Ｓ Ｇ ＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ ＲＴ ０
Ｏｃ ．，２ １ ｔ Ｏ１
文 章 编 号 ： １ ０—３ ２ ２ １ ）０２ １－６ ０ １４ ２ （ ０ １ １ —８ １０
进 。法～ 德圣 路 易斯研 究所是 最早 开展 线 圈感 应 式 主动 电磁 装 甲研 究 的 ， 究 结果 表 明 ： 研 以一 定速 度 和角 度
发射 的铝 金属 板可 以在很 大 程度上 降低来 袭 目标 的穿 甲和 破 甲深 度［ 。从 这些 资 料来 看 ， 用 电磁 发 射拦 截 ５ ］ 利 弹 的方式 确实 可 以起到有 效拦 截和 干扰来 袭 目标 的作 用 ， 降低 了被 防护 目标 的毁伤 机 率 ！ 。但 通过 现有 的 电 磁 发射方 式实 现拦 截弹 的连续 发射 是极其 困难 的 Ｊ而要想 真正 将 电磁发 射主 动防护 系统应 用于 装 甲车辆 的 ， 防护 ， 且在 现有 的火控 系统探 测精 度上 提高 拦截概 率 ， 并 必须要 解决 的就 是拦 截弹 的连续 发射 问题 。本文基 于 新 型拦截 弹 的结构 模型 ， ］ 建立 了新 型拦截 弹 ３维 涡流 场 的理 论 模 型 ， 利 用 工程 电磁 场分 析 软件 Ａｎｏｔ中 并 ｓｆ
电磁发射拦截系统拦截效应仿真
第20卷第3期2008年9月弹道学报Jour nal of BallisticsVo l.20N o.3Sep.2008收稿日期:2007 07 10作者简介:邓启斌(1963-),男,副研究员,博士研究生,研究方向为电磁发射技术.电磁发射拦截系统拦截效应仿真邓启斌1,3,夏智勋1,王成学2,张鹏翔3(1.国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073;2.海军航空工程学院研究生队,山东烟台264001;3.北京特种机电研究所,北京100081)摘要:介绍了电磁发射拦截系统的组成和工作过程,分析了影响动能穿甲弹穿甲能力的因素.以拦截弹与穿甲弹相碰撞的物理过程为例,建立了拦截弹和穿甲弹的三维有限元模型;对拦截弹与穿甲弹在穿甲弹与拦截弹侧面平行、穿甲弹与拦截弹大圆孔轴线共面和穿甲弹在接触面上的投影与拦截弹接触面长边的夹角为45 这3种情况下的碰撞过程进行了有限元仿真,分析了拦截弹与穿甲弹碰撞后的速度变化及状态改变情况,结果表明,拦截弹与穿甲弹相碰后,穿甲弹对装甲车辆的破坏力明显降低.关键词:电磁发射;拦截弹;主动防护中图分类号:T M 303.1 文献标识码:A 文章编号:1004 499X(2008)03 0049 04Simulation of Intercepting Efficiency of the ElectromagneticLaunching Interception SystemDENG Qi bin 1,3,XIA Zhi x un 1,WANG Cheng x ue 2,ZH ANG Peng x iang 3(1.S chool of Aerospace an d M aterial Engineerin g,National U niversity of Defens e Techn ology,Changs ha 410073,C hina;2.Gradu ate Student Brigade,Naval Aeron autical Engin eering Ins titu te,Yantai 264001,China;3.Beijing In stitu te of Special Electr om ech nical Technology,Beijin g 100081,China)Abstract:T he makeup and the w o rking principle o f the electromag netic launching interception system (EM LIS)w ere presented,and the factor of influencing the ability o f kinetic ener gy ar m our piercing shell w as analy zed.Taking the physical process of intercepto r im pacting on ar m our piercing shell as an ex am ple,a 3D finite elem ent model (FEM)o f intercepto r and armo ur piercing shell w as set up.The finite element simulatio n o f inter ception projectile impacting ar m our pier cing shell w as per for med w hen armo r pier cing shell is parallel to the side of interception pro jectile,ar mor piercing shell is coplanar to the big hole axes of interceptio n pro jectile and pro jection o f ar mor piercing shell at interface m ake an ang le of 45 w ith the long side o f interception pro jectile inter face.T he variatio n of velocity and state were analyzed after the interception pro jec tile impacting against armour piercing shell.T he results reveal that damage o f arm our piercing shell piercing armo r v ehicle is reduced obviously.Key words:electrom ag netic launching ;inter ception projectile;active protection 电磁发射拦截技术是一种用于拦截、摧毁敌方攻击弹药的主动防护技术.该技术能极大地提高重点防御目标及坦克等装甲车辆的生存能力,因而,目前世界很多军事强国都在积极开展电磁发射拦截技术的研究.电磁发射拦截技术又称为超近程反导技术,与传统的近程拦截技术相比,它具有能源简易、反应速度快及方向可控等优点,在军事领域有着良好的应用前景.随着对电磁发射拦截技术研究的逐步深入,关于电磁发射拦截效应的研究也日益受到许多国家的重视.例如,近年来,法德联合实验室加弹道学报第20卷强了对电磁拦截效应的研究工作,并取得了显著成绩.荷兰国防与安全部也开始了对三维电磁拦截防护的研究,并在二维和三维电磁拦截效应仿真方面取得了一定的研究成果.为了探索拦截弹与动能弹相碰撞时的作用机理,本文用数值仿真技术对拦截弹与穿甲弹的碰撞过程进行了仿真.1 电磁发射拦截系统电磁发射拦截系统(Electro magnetic Launch ing Interception Sy stem,EM LIS)的组成如图1所示[1].该系统主要由探测系统、控制系统、电源(脉冲电容器组)、开关、驱动线圈、绝缘材料、底座和拦截弹组成.当探测系统探测到来袭的目标,控制系统判断出来袭目标的类型,计算出来袭目标的方向、速度和距离,确定拦截弹的发射时刻,瞬间闭合开关,将拦截弹发射出去,拦截弹与来袭目标碰撞,使来袭目标改变飞行方向或丧失破坏能力,从而确保受保护装备的安全[2].图1 电磁发射拦截系统的组成2 影响动能穿甲弹穿甲能力的因素2.1 动能穿甲弹速度对穿甲能力的影响动能穿甲弹的破坏威力与触靶速度密切相关.图2所示为长杆形穿甲弹(L /d =10)射击半无限均质装甲钢板所得的弹坑相对直径d/D 及相对穿深H /L 与入射速度v 之间的关系曲线[3],其中,H 为装甲钢被穿入深度(拉伸强度900M Pa ),D 为弹坑平均直径,L 为弹体长度,d 为弹体直径, =L /d 为长径比,H *=H /L 为相对穿深.由图2可以看出,对于钨合金长杆形穿甲弹L/d =10,穿入深度H 与弹长相同时(H /L =1)的触靶速度约为1600m/s.目前动能弹的速度约1700~1800m/s,对初速为1700m/s 的动能穿甲弹来说,在2000m 处的速度约为1580~1600m/s;而对初速为1800m/s 的动能穿甲弹来说,在2000m 处的速度约为1680~1700m /s.从图2还可以看出,在着靶速度约为1700~1800m /s 的范围内,曲线的斜率很大,这表明如果穿甲弹的速度有少量降低,其穿甲厚度将会降低许多.若用电磁发射拦截系统发射拦截弹,使拦截弹在离被防护目标一定距离上与穿甲弹相碰撞,则穿甲弹的速度会降低更多,穿甲深度也会大大降低.图2 穿甲弹相对穿深与触靶速度的关系2.2 动能穿甲弹入射角度对穿甲能力的影响外挂反应装甲结构的坦克车辆的反应装甲板块形成的倾斜间隙会使穿甲弹侵彻姿态发生变化.变化规律近似满足Recht Ipso n 理论:sin (2 ) {(v 250/v 20)/[1+(1-v 250/v 20)1/2]}(1)式中, 为穿甲弹斜侵彻时弹体入射方向与出靶方向间的角度,即偏斜角;v 0为穿甲弹的入射速度;v 50为穿甲弹的极限穿透速度.若取穿甲弹穿透30mm /68装甲板的v 50为600m/s,则当着靶速度从1600m/s 降低至1400m/s 时,偏斜角 将增加约0.4 (从1.6 增加到2.0 ),按偏斜角 为2.0 时侵彻能力降低6%计,速度降低200m/s ,使侵彻能力显著下降.同时穿甲弹入射角度增加,等同于装甲的防护厚度增加,这将大大增加坦克车辆的防护能力.2.3 动能穿甲弹弹头状态对穿甲能力的影响若拦截弹在离被防护目标一定距离的范围内与穿甲弹相碰撞,可使穿甲弹偏离轨迹或者被损坏,从而减小对被防护目标的毁伤能力.另外,拦截弹与穿甲弹相碰撞后,会使弹头产生钝化,从而使穿甲弹的作用效果大大降低.3 仿真实例以装甲车辆电磁发射拦截系统的拦截弹与穿甲50第3期邓启斌,等 电磁发射拦截系统拦截效应仿真弹相碰撞的物理过程为例,用某结构动力有限元分析软件,对拦截弹的电磁拦截效应进行仿真.3.1 仿真方案由于拦截弹与穿甲弹碰撞时的姿态及相对空间位置存在随机性,分析中假设拦截弹与穿甲弹相碰撞的姿态如图3所示.从图3可以看出,穿甲弹与拦截弹接触面的夹角为45 ,在此前提下,选取3种情况(如图4所示)进行了仿真: 穿甲弹与拦截弹侧面平行; 穿甲弹与拦截弹大圆孔轴线共面; 穿甲弹在接触面上的投影与拦截弹接触面长边的夹角为45.图3拦截弹与穿甲弹的碰撞姿态图4 拦截弹与穿甲弹的碰撞3.2 仿真模型拦截弹与穿甲弹的仿真模型如图4所示.穿甲弹弹芯直径25mm,杆长700mm,材料为钨合金;拦截弹端面为梯形,长边170mm,短边30mm,高度80mm,厚度100mm,中心大孔直径40mm,小孔直径20mm ,材料为铝合金.模型的材料特性参数如表1所示.表中, 为材料的密度,E 为弹性模量, 为材料的屈服强度,G 为剪变模量, 为泊松比.表1 模型材料参数/(g cm -3)E/GPa /M Pa G/GPa 拦截弹 2.6972380260.36穿甲弹芯1830016000.650.32对于第 、第 种情况采用1/2模型,这样既能满足分析需要,又使模型单元数量减半,缩减计算时间.对第 种情况采用全模型.给模型赋予相应的材料特性后,选择六面体单元进行划分,生成拦截弹和穿甲弹的有限元模型,其中拦截弹1/2模型的单元数为491120个,穿甲弹1/2模型的单元数为1480个.全模型的单元数量为第 、第 种情况的2倍.对穿甲弹模型划分单元时,沿轴向实行单元渐变处理,即头部(球形端部)单元密度较大,尾部单元较疏.采用此措施的目的是既能保证穿甲弹头部有较大的单元密度,确保计算精度,又能减少模型单元的总体数量,减小计算时间.图5所示为拦截弹和穿甲弹1/2模型的局部单元划分情况.分析中,在碰撞初期假设拦截弹的速度为200m/s,高速动能穿甲弹的速度约为1720m/s.图5 拦截弹与穿甲弹1/2模型的局部单元划分情况3.3 仿真结果分析1)第 种碰撞情况.图6(a)、6(b)分别为第 种情况下拦截弹与穿甲弹碰撞后的状态及碰撞后穿甲弹头部的变形.碰撞后拦截弹与穿甲弹的速度v i 、v p 变化如图7所示.图6 第 情况下拦截弹与穿甲弹碰撞后的状态从图6、图7可以看出,穿甲弹弹芯与拦截弹碰撞后,产生了破碎钝化现象,穿甲弹杆前部发生弯曲,杆头部变为墩粗墩扁,且速度由1720m/s 减至1671m /s,降低49m/s.同时,穿甲弹的运动方向偏转2.9 ,穿甲弹的穿甲能力受到较严重的影响.51图7 第 情况下碰撞后速度变化拦截弹碰撞后在侵彻部位产生大变形并贯穿成孔,拦截弹的速度减小,方向改变.穿甲弹弹芯与拦截弹碰撞,速度降低,再碰撞到装甲车辆钢板后,穿甲深度大大降低.另外,对于200mm 厚的装甲钢板,穿甲弹以65 着角时,穿甲厚度是473.5mm,拦截弹使穿甲弹的运动方向偏转2 9 ,穿甲弹的穿甲厚度变为531.6mm,相当于装甲的防护厚度增加58.1mm,防护厚度增加12.3%.假设拦截弹在距装甲车辆10m 处与穿甲弹相碰撞,拦截弹使穿甲弹的运动方向偏转2.9 ,那么穿甲弹在触及装甲车辆时将偏转0.5m,使穿甲弹偏离装甲车辆的可能性增大.2)第 种碰撞情况.图8(a)、8(b)分别为第 种情况下拦截弹与穿甲弹碰撞后的状态及碰撞后穿甲弹头部的变形.碰撞后拦截弹与穿甲弹的速度如图9所示.图8 第种情况下拦截弹与穿甲弹碰撞后的状态图9 第 种情况碰撞后速度变化从图8、图9可以看出,穿甲弹芯与拦截弹碰撞后,弹芯头部变为墩粗状,杆前部发生弯曲,速度由1720m/s 减小到1701.7m /s,降低18.3m/s.同时,穿甲弹的运动方向偏转4.5 ,穿甲弹的穿甲能力削弱.拦截弹碰撞后在侵彻部位产生大变形,并被贯穿产生孔,速度先减小后增大,方向改变.穿甲弹弹芯与拦截弹碰撞后,产生了钝化现象,最后碰撞到装甲车辆钢板,穿甲深度大大降低.另外,对于200m m 厚的装甲钢板,穿甲弹以65 着角时,穿甲厚度是473.5mm ,拦截弹使穿甲弹的运动方向偏转4.5 ,穿甲弹的穿甲厚度变为571.1mm,相当于装甲的防护厚度增加97.8mm,目标的防护厚度增加20.7%.假设拦截弹在距装甲车辆10m 处与来袭穿甲弹相碰撞,碰撞后,拦截弹使穿甲弹的运动方向偏转4.5 ,则穿甲弹在触及装甲车辆时将偏转0.79m,使穿甲弹偏离装甲车辆的可能性大大增加.3)第 种碰撞情况图10(a)、10(b)分别为第 种情况下拦截弹与穿甲弹碰撞后的状态及碰撞后穿甲弹头部的变形.碰撞后拦截弹与穿甲弹的速度如图11所示.图10 第种情况下拦截弹与穿甲弹碰撞后的状态图11 第 种情况碰撞后速度变化从图10、图11可以看出,穿甲弹芯与拦截弹碰撞后,头部变成墩粗墩扁,并出现弯回现象,杆前部发生弯曲;穿甲弹的速度由1720m/s 减小至1671.1m/s,降低了48.9m/s,同时,穿甲弹运动(下转第58页)H UA NG Ku n,LIU Rongzhong.A duty cycle optimiz ationand captu re probab ility calcu lation of termin al sensitive projec tiles[C].27th Annual Amm unition Academ ic Symp os ium.Beijing:China Ordnance Society,1998.(in Ch ines e)[2]黄鹍,刘荣忠.末敏弹系统效能灵敏度分析[J].兵工学报,2001,22(3):412-415.H UA NG Ku n,LIU Rongzh on g.Sen sitivity an alys is of sys temefficien ab ou t term inal s ensitive projectiles[J].Acta Arma m entarii,2001,22(3):412-415.(in C hinese)[3]蔺飞燕,陈智锋.计算中心区敏感系数的数值仿真[C].第十二届引信学术年会论文集.北京:中国兵工学会.2001:43 -46.LIN Feiyan,CHE N Zhifeng.Nu merical simulation for cen ter r egion s s ens itive coefficient calculation[C].12th Annual Fuz e Academic Sym posium.Beijin g:Ch ina Ordnance S ociety, 2001:43-46.(in Chines e)[4]肖业伦.航天器飞行动力学原理[M].北京:中国宇航出版社,1995:18-20.XIAO Yelun.Fligh t dynamics mechanics for spacecraft[M].Beijing:Ch ina Astronautic Publis hing H ou se,1995:18-20.(in Chinese)[5]刘记军.E FP成型飞行及侵彻钢靶特性的数值模拟分析[J].弹箭与制导学报,2006,26(1):71-73.LIU Jijun.Numerical s imulation and analysis of charateristic of EFP formin g flying and penetrating steel target[J].J ou rnal of Projectiles,Rockets,M issiles an d Guidance,2006,26(1): 71-73.(in Chines e)[6]杨冬梅,陈惠武.EFP飞行及威力实验研究[J].弹道学报,2000,12(4):82-85.YANG Don gmei,CH EN H uiw u.Ex perim ental s tudy of flight characteristics and pen etration ability of EFP w arh ead[J].Journ al of Ballistics,2000,12(4):82-85.(in Chinese)(上接第52页)方向偏转4.5 ,较严重地影响穿甲弹的穿甲能力.拦截弹碰撞后在侵彻部位产生大变形,出现撕裂、破碎现象,速度先减小后增大,方向改变.穿甲弹弹芯与拦截弹碰撞后,产生了破碎、钝化现象,最后碰撞到装甲车辆钢板,穿甲深度大大降低.由于穿甲弹与拦截弹碰撞后的偏转角度与第 种情况相同,所以对相同厚度的装甲钢板和相同距离外的装甲车辆来说,穿甲弹与拦截弹相碰撞后,其穿甲厚度的改变量和对装甲车辆的偏移距离也相同.此外,从穿甲弹的偏转角度和速度降低来看,这种情况下,拦截弹的拦截效果要好于第 、第 种情况.4 结论本文介绍了电磁发射拦截系统的组成及工作过程,分析了影响动能穿甲弹穿甲能力的因素,以拦截弹与穿甲弹相碰撞的物理过程为例,在穿甲弹与拦截弹接触面的夹角为45 的前提下,对拦截弹与穿甲弹相碰撞时,穿甲弹与拦截弹侧面平行、穿甲弹与拦截弹大圆孔轴线共面和穿甲弹在接触面上的投影与拦截弹接触面的长边的夹角为45 这3种情况时的碰撞效果进行了仿真,结果表明,拦截弹与穿甲弹相碰后,穿甲弹对装甲车辆的破坏力将明显降低.这对进一步工程发展具有一定指导意义.参考文献[1] 王成学,王向阳,曹延杰.电磁发射拦截装置中驱动线圈的结构分析[J].海军航空工程学院学报,2005,(3):389-392.WANG Ch engxu e,WANG Xiangyan g,CAO Yanjie.Struc tural analysis of launch coil in electromagnetic launch intercep tion system[J].J ournal of Naval Aeronautical Engineering In stitute,2005,(3):389-392.(in Chinese)[2]KLAUS S,VOLKER B.Active armor pr otection conceptionand design of steerable launcher systems fed by m odu lar pulsed pow er sup ply units[J].IE EE T rans on M ag,2001, 37(1):238-241.[3]张自强.装甲防护技术基础[M].北京:兵器工业出版社,2000:68-71.ZH ANG Ziqiang.Basic tech nology of armor protection[M].Beijin g:Publishing Hou se of Ordance In dustry,2000:68-71.(in Chinese)[4]赵国志.穿甲工程力学[M].北京:兵器工业出版社,1992:103-108.ZH ANG Guozhi.Engin eering mechanics of arm or piercin g [M].Beijing:Publis hing H ouse of Ordance Indus try,1992: 103-108.(in Chinese)。
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电磁发射拦截技术是 在电磁发射技术基础上 衍化出的一种新型主动防护技术。它是重要目标 近程防御体系和主动电磁装甲的 核心技术。与传 统近程拦截技术相比, 电磁发射拦截技术具有防护 力强、能源简易、反应速度快及方向可控等优点, 在 军事领域有着良好的应用前景[ 1] 。
对电磁发射拦截系统而言, 拦截弹的发射初速 是一个重要的性能指标, 而拦截弹受力的大小是决 定拦截发射初速的重要因素。影响拦截弹发射初 速的因素很多, 除了电压( 电流) 和 载荷的大小外, 电磁发射组件( 包括驱动线圈、绝缘体、基座和拦截 弹 4 部分) 基座的材料特性和结构参数变化对拦截
驱动线圈 1. 7e- 8
1. 0
绝缘材料 1. 0
基座 -
拦截弹 2. 8e- 8
1. 0
选择六面体网格对电 磁发射组件模型进行单 元剖分[ 9210] , 生成电磁发射组件的有限元网格模型 的单元总数为 229 234 个, 其中驱动线圈有限元模
型的单元数为 68 725 个。图 4 所示为电磁发射组
Abstr act: In t he elect romagnet ic launcher ( EML) , bot h t he mat erial char act erist ic and t he st ruct ural pa2 r amet er of it s pedestal have influence on the elect romagnet ic force acting on the int erception project ile and then t he launching velocit y of t he projectile ar e also effect ed. In t his art icle, t he equat ion of t he elect ro2 magnet ic force acting on t he int ercept ion project ile is est ablished through analyzing t he wor king pr inciple of t he elect romagnet ic launcher. T hen finit e element analysis codes are progr ammed to describe the 3D solid model and finit e element model and t he electr omagnetic field of t he EML are simulat ed. T he result shows t hat when t he pedest al of EML is made up of magnet ic mat erial lost of magnet ic energy can be re2 duced and the elect romagnet ic force act ing on t he int erception project ile can be increased. At t he same time st ruct ural parameters of t he pedest al can also have effect on t he elect romagnet ic for ce. In pract ice sect ion dimension of t he pedest al should be chosen appropriately according t o it s mat erial charact erist ics. Key words: elect rical engineering; elect romagnet ic launch; drive coil; int ercept or
弹受力的影响, 只能通过数值计算方法来完成。
2 电磁发射组件的有限元仿真
用有限元分析软件编制参数 化的仿真程序, 建 立电磁发射组件的三维模型, 并对所建模型进行仿真。
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火炮发射 与控制学报
2. 1 电磁发射组件的实体模型 电磁发射组件的实体模型如图 3 所示, 具体情
况为: 驱动线圈横截面为 20 mm @4 mm 的矩形, 基 圆半径为 10 mm, 匝间距为 1. 5 mm, 线圈总匝数为 10, 材料为铜; 拦截弹为圆盘形, 高和半径分别为14 mm和 55 mm, 材料为铝合金; 绝缘材料为弹性浇注材料, 驱 动线圈与拦截弹之间绝缘材料的厚度为 2 mm。
Simulation of Electromagnetic Launcher in the Electromagnetic Launching Interception System
DENG Qi2bin1, 2 , XIA Zhi2xun1, WANG Cheng2xue3 , WANG H ui2jin3
收稿日期: 2007208206; 修回日期: 2008204212 作者简介: 邓启斌 ( 1963- ) , 男, 副研究员、博土研究生, 主要从事电磁发射技术研究。E2mail: wcx _ 2008369@ 1631 com
第3期
邓启斌, 等: 电磁发射拦截 系统电磁发射组件仿真研究
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弹的受力也有一定影响。为了选择合理的基座材 料特性参数和尺寸结构参数, 提高电磁发射组件的 发射效率, 笔者用数值计算方法对电磁发射组件进 行了仿真。
1 电磁发射拦截系统
1. 1 电磁发射拦截系统组成 电磁发射拦截系统( elect romagnet ic launching
int ercept ion syst em, EMLIS ) 的 组 成 如 图 1 所 示[ 2] 。从图 1 中可以看出, 电磁发射拦截系统主要 由探测系统、控制系统、电源( 脉冲容器组) 、开关和 电磁发射组 件( elect romagnet ic launcher, EML) 组 成。工作时, 由探测系统发现、跟 踪和识别来袭目 标, 并将所探测的来袭目标信息及时、准确地传递 给控制系统; 控制系统根据来袭目标的信息, 计算出 来袭目标的方位、速度和距离, 确定电磁发射组件的发 射时间、能量和方向, 准确地向电磁发射组件发出触发 信号, 使开关闭合, 及时准确地将拦截弹发射出去, 拦 截弹与来袭目标相碰撞, 将来袭目标摧毁或使其航迹 改变, 从而确保要防护的设施的安全[3- 5] 。
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火炮发射 与控制学报 JOUR NAL OF GUN LAUNCH & CONT ROL
2008 年 9 月
电磁发射拦截系统电磁发射组件仿真研究
邓启斌1, 2 , 夏智勋1 , 王成学3 , 王慧锦3
( 11 国防科技大学, 湖南 长沙 410073; 21 63961 部队, 北京 100081; 31 海军航空工程学院, 山东 烟台 264001)
R R F ( t) = dF ( t) = I ( t) @B ( t) dl
L
L
( 2)
式中: L= L1 + L2 + L3 + , + Ln ( n y ] ) 。 由于驱动线圈的电流随时间不断变化, 线圈产生
的磁场在时间和空间上都是非均匀的, 拦截弹内的涡
流和拦截弹所受的电磁力分布也不均匀, 用解析的方 法难以定量分析基座材料变化和结构参数变化对拦截
使拦截弹受 到很大的电磁力, 在电 磁力的作用下, 拦截弹瞬间飞离基座去撞击来袭弹丸[ 627] 。
驱动线圈的几何形状及与拦 截弹的相对位置 决定其间的电磁耦合, 从而影响驱动线圈的磁场分 布与拦截弹内的感应电流。为了提高发射效率, 将 驱动线圈设计为平面螺旋状线圈, 拦截弹设计为圆 盘状的非磁性金属实体, 并且这种金属是电的良导 体。驱动线圈与拦截弹同轴且外径相等。
1. 3 拦截弹的受力方程
拦截弹在发射过程中所受电 磁力的大小取决
于拦截弹所在位置的磁感应强度矢量 B 和拦截弹
内的感应电流密度矢量 J 。在加载过程的某一时刻 t, 若在拦截弹中取任意一电流元 I ( t) dl, 该电流元
所在位置的磁感应强度矢量为 B( t) , 则 t 时刻该电 流元所受电磁力[ 8] dF ( t) 为:
的电磁发射组件能够减小磁能损失 , 增大拦 截弹的受力; 磁性材料基座的结构参数对拦截弹的受 力也有影响,
故实用中应依据基座材料 的特性, 合理选择基座的截面尺寸。
关键词: 电气工程; 电磁发射; 驱动线圈; 拦截弹
中图分类号: TM 3031 1
文献标志码: A
文章编号: 167326524 ( 2008) 0320090204
1. 2 电磁发射组件工作原理 电磁发射组件的工作原理如图 2 所示。从图 2
可看出, 驱动线圈的两端分别同高功率脉冲电容器 组、放电开关相连, 当放电开关闭合后, 电容器组、 放电开关和驱动线圈构成一个闭合回路, 回路中将 产生幅值很高的脉冲电流。该脉冲电流要在驱动 线圈周围建立脉冲强磁场, 变化的磁场能够在拦截 弹中产生感应电流, 该感应电流 与磁场相互作用,
从图 6 可以看出, 当 基座为非磁性材料 时, 由 于驱动线圈、绝缘弹性体和基座均 为非磁性材料, 整个电磁发射组件的导磁性能与周围的空气相同, 驱动线圈产生的磁场穿过 绝缘体和基座后向周围 的空间扩散, 磁能的很大一部分散失在周围的空气 中, 拦截弹底部磁感应强度较小。
2008的有限元模型 根据电磁发射组件的实体模型, 对模型各部分
赋予的有关材料特性参数如表 1 所示。
表 1 拦截弹发射器及拦截弹材料 特性参数 Tab1 1 The mater ial par ameter of EML
性能
Q/ ( 8 # m) Lr / 1
摘 要: 电磁发射组件基座的 材料特性和结构参数变化会影 响拦截 弹的受 力, 进而影 响拦截 弹的发 射速