单级感应线圈炮能量转换效率研究.doc

1、Comment 微微微微1: 大标题：方正黑体简体，二号，居中一级标题：方正黑体简体，四号二级标题：方正黑体简体，小四三级标题：方正黑体简体，五号Comment 微微微微2: 楷体_GB2312，小四Comment 微微微微3: 方正书宋_GBK，小五Comment 微微微微4: 提供相关中图分类号Comment 微微微微5: 正文：方正书宋_GBK，五号，中文标点符号Comment 微微微微6: 正文中英文双引号，英文括弧。中国 太原 第九届中国信息融合大会 Taiyuan China2019年 10月 The Ninth Chinese Information Fusion Confere

2、nce 1收稿日期：2010-12-28； 修回日期：2011-03-02基金项目：国家自然科学基金（No.61301074, No.61271107） ；国国防预研项目（91400C800501140C80340 ） 。单级感应线圈炮能量转换效率研究张 三 1a，李 四 2，赵大伟 1b，刘小虎 1c（1海军航空工程学院 a院务部；b新装备培训中心；c七系，山东 烟台 264001；2海军装备部，北京 100071）摘 要：在单级感应线圈炮的发射过程中，随着电容器组放电电压、电容量以及电枢初始位置的变化，弹丸出口速度和系统能量转换效率也将随之发生变化。为获得其中的规律，建立了单级感应线圈炮的

3、数学模型，仿真分析了电容器组放电电压、电容量以及电枢初始位置对弹丸出口速度及系统能量转换效率的影响。分析结果表明，随着放电电压增加弹丸出口速度几乎呈直线上升，而系统能量转换效率却先增加后减小，存在一个最佳放电电压使得系统能量转换效率最大；随着电容器组电容量增加，弹丸出口速度不断增大但增幅逐渐减小趋于饱和，而系统能量转换效率先增加后减小，存在一个最佳电容器组电容量使得系统能量转换效率最大；随着电枢初始位置沿弹丸发射方向移动，弹丸出口速度和系统能量转换效率都先增大后减小，存在一个最佳初始位置使得二者同时达到最大。关键词：单级感应线圈炮；电枢；能量转换效率中图分类号：O441.3 文献标志码：A0

4、引言要实现感应线圈炮的工程应用，如何提高其系统能量转换效率将是一个必须解决的问题。以美国为首的欧美发达国家正在致力于该问题的研究。美国桑迪亚国家实验室正在研制应用于未来战斗系统(Future Combat Systems，FCS)上的感应线圈迫击炮，其能量转换效率可达 22%1-7。国内研制的感应线圈炮发射装置能量转换效率相对较低，一般在 5%以内 8-10。而感应线圈炮的理论能量转换效率最高可达 100%11。由此，可以得出两个结论：一是无论国内还是国外的感应线圈炮能量转换效率都还有较大的提升空间；二是在感应线圈炮的能量转换效率上国内与国外相比存在一定的差距。文献12分析了单级线圈加速电枢的

5、机理，并且进行了单级线圈加速的实验研究。文献13分析了电枢初始位置对弹丸速度的影响，仿真求解了系统的最佳初始位置。文献14对单级感应线圈炮的工作过程进行了仿真，并计算了系统的能量转换效率。但总的来说，国内对单级感应线圈炮能量转换效率的研究较少。1 系统工作原理及数学模型1.1 工 作 原 理感应线圈炮早期被称为“同轴发射器”， “质量驱动器”，或者 “行波加速器”等，其原理是用脉冲或者交变电流产生磁行波来驱动带线圈的弹丸或者磁性材料弹丸 11,15。单级感应线圈炮是线圈炮的一个分支，一般由储能电源( 如电容器组) 、驱动线圈、发射组件(包括电枢和弹丸 )以及触发控制开关等组成，基本结构见图 1

6、。Comment 微微微微7: 图标：方正书宋_GBK，小五，英文标注必须添加Comment 微微微微8: 正文中公式 10号字，表格中公式 8.5号字，公式号用英文括弧。注：向量、矩阵粗斜体表示Comment 微微微微9: 表头：方正黑体简体，小五表头英文标注必须添加信息融合大会论文集 第九届2驱动线圈发射组件开关电源电枢图 1 单级感应线圈炮结构原理图Fig.1 Fused image of the source images1.2 数 学 模 型1.2.1 电路方程在单级感应线圈炮的发射过程中，对于圆筒形的铝电枢，感应电流沿轴向的分布是不均匀的。因此，把电枢进行离散，沿轴向均分为 m片，

7、每片为一圆环，认为其环向电流沿截面均匀分布 16。经过上述处理，单级感应线圈炮的系统等效电路如图 2所示。C U0 L1R122LmRk RLR00M0iib1b1a ia ij图 2 系统等效电路Fig.2 System equivalent circuit图 2中：C 为电容器组电容量； R为回路固有电阻，包括电容器组电阻、放电开关电阻和接线电阻；L为回路固有电感，包括电容器电感、放电开关电感和接线电感；R 0、L 0分别为驱动线圈的电阻和电感； 和 分别为电枢分12,m m,21片的电阻和电感； 为驱动线圈和M,电枢分片之间互感；为电枢第 i片和第),(jijiMj j片之间的互感；U

8、0是电容器组充电电压。在某一 t时刻 时，a 和 b之间的电路断b开，此时 。0i对系统等效电路可建立如下方程：(1)00B01d()d()()miiitLRitUMt(2)11miiMt(3)2220()()ddii itit(4)1mimitRitit单级感应线圈炮的结构参数见表 1。表 1 RMSE平均比较Tab.1 Comparison of RMSE average value算法X轴位置平均RMSE(m)Y轴位置平均RMSE(m)X轴速度平均RMSE(m/s)Y轴速度平均RMSE(m/s)S-IMM5 12.4938 14.0908 2.3273 2.7796SD-VSMM 10.

9、0366 8.9900 3.0303 2.9274SA-VSMM 8.7902 11.2237 3.1351 3.7196SCD-VSMM 6.1403 6.2550 3.9425 3.9223在仿真过程中，将电枢沿轴向均分为 10片，每一片都可以看作是一个单匝空心圆柱线圈。驱动线圈采用扁平铜带密绕，绕制线圈的铜带横截面积为 0.510(矩形截面，单位 mm2)，线圈匝数为 33。弹丸的质量为 1.285 kg。电枢的初始位置用驱动线圈和电枢的中心距 s来度量，如图 3所示。驱动 线 圈sdDLd2D1(D2)d1L 2 L 1电枢x图 3 系统剖面图及结构参数Fig.3 Fused imag

10、e of the source imagesComment 微微微微10: 参考文献要求见附件Comment 微微微微11: 照片 1.8cm，参照表格填写个人信息。Comment 微微微微12: 英文标题：Times New Roman，三号2019 张 三，等：单级感应线圈炮能量转换效率研究 32.2 电 容 器 组 电 容 量 对 弹 丸 出 口 速 度 及 能 量转 换 效 率 影 响给定放电电压为 4 kV，放电时电枢和驱动线圈的中心距为 20 mm，取电容器组电容量在0, 10 000(单位 F)中变化，仿真得出的弹丸出口速度和能量转换效率随电容器组电容量变化的曲线如图 6和图 7

11、所示。3 结束语本文建立了单级感应线圈炮的数学模型，仿真分析了电容器组放电电压、电容量以及电枢初始位置对弹丸出口速度及系统能量转换效率的影响，获得了放电电压、电容容量以及电枢初始位置与弹丸出口速度及系统能量转换效率之间的规律。在单级感应线圈炮的发射过程中，通过增加电容器组放电电压、电容量以及寻找电枢最佳初始位置都可以提高弹丸出口速度。但是要提高能量转换效率必须对系统进行优化，通过配置最佳的电容器组放电电压、电容量以及电枢初始位置才能实现。参考文献：1 Carter G C. Time delay estimation for passive sonar signal processing J.

12、 IEEE Transactions on Acoustics, Speech, Signal Processing, 1981, 29(3): 462-470.2 Stoica P, Li J. Lecture notes-source localization from range difference measurements J. IEEE Signal processing Magazine, 2006, 23: 63-66.3 Ge S S, Zhao Z, He W, Choo Y S. Localization of Drag Anchor in Mooring Systems

13、 Via Magnetic Induction and Acoustic Wireless Communication Network J. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2014, 39(3): 515-525.4 Chan Y T, Ho K C. A simple and efficient estimator for hyperbolic location J. IEEE Transactions Signal Processing, 1994, 42(8): 1905-1915.5 Beck A, Stoica P, Li J. Exact

14、 and Approximate Solutions of Source Localization Problems J. IEEE Transactions on Signal Processing, 2008, 56(5): 1770-1778.6 Lui K, Chan F, So H C. Semidefinite programming approach for range-difference based source localization J. IEEE Transactions on Signal Processing, 2009, 57(4): 1630-1633. 7

15、Yang L, Ho K C. An approximately efficient TDOA localization algorithm in closed-form for locating multiple disjoint sources with erroneous sensor positions J. IEEE Transactions on Signal Processing, 2009, 57(12): 4598-4615.8 Sun M, Ho K C. An asymptotically efficient estimator for TDOA and FDOA pos

16、itioning of multiple disjoint sources in the presence of sensor location uncertainties J. IEEE Transactions on Signal Processing, 2011, 59(7): 3434-3440.9 Luo Z Q, Ma W K, So A M, Ye Y Y, Zhang S Z. Semidefinite relaxation of quadratic optimization problems J. IEEE Signal Processing Magazine, 2010,

17、27(3): 20-34.作者简介：相片宽度为1.8cm， XXX(1987-)，男，讲师，博士学历，研究方向：雷达数据处理、组网融合、情报体系评估等。Email: Research of Energy Conversion Efficiencyin Single Stage Induction CoilgunXIN Qing-wei1a，CAO Wan-ping2，SHANG Chong-wei1b，LIU Wen-biao1c（Naval Aeronautical and Astronautical University a. Department of General Affairs；b

18、. New Equipment Training Center；c. Graduate Students Brigade，Yantai Shangdong 264001，China；Comment 微微微微13: 英文摘要：Times New Roman，小五信息融合大会论文集 第九届42Naval Equipment Department，Beijing 100071，China ）Abstracts: During the launch of single stage induction coilgun, the change of the initial position of the

19、armature, the discharge voltage and the capacitance of capacitors will affect the electrical-to-kinetic energy conversion efficiency of the system. In order to gain the rule between them, the mathematic model of single stage induction coilguns was built, and the influence of the initial position of

20、armature, the discharge voltage and the capacitance of capacitors on the muzzle velocity of projectile and the electrical-to-kinetic energy conversion efficiency of the system was simulated and analyzed. Results of investigation showed that the muzzle velocity of projectile almost linearly increased

21、 with the discharge voltage of capacitors increasing. However, the energy conversion efficiency increased at first and decreased later with the discharge voltage of capacitors increasing. There was a best discharge voltage with which the maximum energy conversion efficiency was obtained. With the ca

22、pacitance of capacitors increasing, the muzzle velocity of projectile gradually increased and leveled off at last. While the energy conversion efficiency also increased at first and decreased later with the capacitance of capacitors increasing. There was a best capacitance which could maximize the e

23、nergy conversion efficiency. With the initial position of the armature moving towards the launch direction of projectile, the muzzle velocity of projectile and the energy conversion efficiency both increased at first and decreased later. There was a best initial position of the armature which could

24、maximize the muzzle velocity of projectile and the energy conversion efficiency at the same time.Key words: single stage induction coilgun; armature; energy conversion efficiency附件：参考文献严格按国标文后参考文献录著标准录著，顺序编码法标注（从引言到结语中按照引文出现的先后顺序依次编码） ，应选最必要、最新的文献，数量不少于 10篇，中文文献应提供对应的英文信息。如：（1）专著：序号著者. 书名M. 版本（第一版部著

25、录）.译者. 出版地：出版者，出版年：起止页码.（2）期刊：序号作者. 题名J. 刊名，年，卷（期）：起止页码.（3）会议论文集：序号作者. 题名C/文集名. 出版地：出版者，出版年：起止页码.（4）学位论文：序号作者. 题名D. 保存地点：保存单位，年份.（5）专利文献：序号专利申请者. 专利题名：专利国别，专利号 P. 出版日期.（6）报纸：序号作者. 题名N. 报纸名，年-月-日（版次）.（7）技术标准：序号标准名称：标准代号标准顺序号-发布年S. 出版地：出版者，出版年.（8）科技报告：作者. 题名：报告编号R. 出版地：出版者，出版年.（9）电子文献的著录格式：序号 主要责任者. 题名文献类型/载体标志. （更新或修改日期）引用日期. 电子文献的出处或可获得的地址. 其中：文献类型标志为 M、C、D、R、J、S、P、DB （数据库） 、CP（计算机程序） 、EB（电子公告） ；载体类型标志为 MT（磁带） 、OK（磁盘） 、CD（光盘） 、OL （联机网络） 。