电磁抛投器结构仿真分析与设置.pdf

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1、第32卷第11期大学物理V01．32NO．112013年11月COLLEGEPHYSICSNOV．2013电磁抛投器结构仿真分析与设置耿勇，陈晓宁，赵金龙，张彬(中国人民解放军理工大学国防工程学院，江苏南京210007)摘要：论文首先介绍了目前抛投器发展现状，根据现有抛投器的技术参数，提出了一种采用电磁力给抛投器提供动力的新方式．综合分析电磁发射技术3种经典方式，选取线圈型电磁发射方式应用于电磁抛投器结构设计．最后利用COMSOLMuhiphysics软件对这种新型电磁抛投器的次级抛体壁厚、孔径和初始发射位置3个基本结构参数进行仿真分析，优化电磁抛投器结构设置．关键

2、词：抛投器；电磁发射技术；有限元仿真；结构参数中图分类号：TM359．4文献标识码：A文章编号：1000—0712(2013)11—0045—06抛投器是开展救援工作常用的一种重量要工间释放产生的高速气流的推动作用发射的一种抛投具．目前抛投器采用的动力源主要有气动和火药两装置．使用时可以反复充气，该发射方式，工作压力种．与传统的发射动力源相比，电磁发射具有动力低，弹头初速高．火药式抛投器通过击发火箭弹，火大、效率高、便于维护和隐蔽性好等优点¨’，因此药燃烧后喷发的高压高温气体，不断推动弹头向前本文提出采用电磁能为抛投器提供动力的方式，应运动，达到抛投的目的．也可以用

3、空包弹为动力源，用电磁发射技术基本原理，建立电磁抛投器二维仿通过击发空包弹，产生的高压气体把抛投体利用惯真模型，对这种新型电磁抛投器次级抛体壁厚、孔径性发射出去，达到发射的目的．和初始发射位置3个基本结构参数进行仿真分析，现有的一些抛投器产品有SQS一75救生抛投优化了电磁抛投器结构设置．器、ZHPTQ多功能气动式抛投器、锚钩发射器PT抛投器等，产品如图1所示，其主要发射技术参数有两1抛投器发展现状个，一是抛投器的抛投质量，一般为0．5～3．5kg不抛投器的动力源目前有气动式和火药式两种．等；二是抛投器的抛投距离，一般为0—150m．气动式抛投器是以高压空气为动力，

4、以高压空气瞬(a)便携救生抛投器SQS一75(b)ZHPTQ多功能气动式抛投器(c)PT抛投器图1几种抛投器产品2电磁抛投器基本原理和结构设计羹鑫2．1电磁抛投器基本原理合应用于抛投器的发射，重接型电磁发射技术需要电磁发射可以分为三大类型：电磁轨道型、线圈有复杂的控制技术，不符合抛投器简单便捷的要求，收稿日期：2012—11—23；修回目期：2013—04—28作者简介：耿勇(1984一)，男，江苏南京人，中国人民解放军理工大学国防工程学院硕士研究生，研究方向：军用电气系统仿真理论与技术第11期耿勇，等：电磁抛投器结构仿真分析与设置47注：⋯／’作为分隔符，表中“2

5、0／30／40／50”表示20mm、30ITlm、40mm和50lllm四种情况，以此类推3．2控制方程和边界条件套筒的壁厚、孔径和初始发射位置3个基本结构参3．2．1控制方程数进行仿真分析，分析对比这些结构因素对抛体位本模型采用的控制方程有3类：电磁场控制方移、受力及出口速度的影响，为电磁抛投器的结构参程、电磁力控制方程和抛投体运动控制方程．数优化设置提供参考．由于本模型中介质满足线性、均匀和各向同性3．3．1抛体套简壁厚对抛投效果的影响的条件，可得电磁场的控制方程’为考虑到次级抛体套筒需要一定的强度，防止套E=一Vr筒由于筒壁过薄而导致在使用过程中产生变形或者2

6、【VA=(1)出现裂缝等现象，次级套筒壁需要有一定的厚度，根B：VxA据对铝制套筒的实际考察，分别选取壁厚3mm、5式中E为电场强度；为标量电势；A为矢量磁势；mm、7mm、10mm铝制套筒进行仿真，仿真结果如为磁导率；．，为电流密度；B为磁通密度．依据麦克图6所示．斯韦应力法，电磁力可以借助于电磁场计算结果来由图6可以看出，铝制次级套筒壁厚为3mm求得，电磁力的控制方程为时可以获得较好的抛射效果．同一时刻壁厚分别为F=JxBdV(2)3mm、5mm、7mm、10mm的次级抛体位移依次减小，但4种壁厚的次级抛体受力依次增大，抛体的出电磁抛投器抛体为中空的套型结构，截

7、面积较小，口速度以3mm壁厚的次级抛体套筒最大．由此可受空气阻力的影响小，此外抛体受到径向的电磁悬浮见，次级抛体套筒壁厚增加，虽然抛体平均受力增力，抛体与导管的摩擦力小，如果不考虑抛体行进过程大，但是质量因素不可忽略，可以总结为：抛体套筒中空气阻力和摩擦力的影响，则运动控制方程为壁厚越小，抛体效果越好，但是壁厚太小，抛体强度。0=——=—㈩jJ减弱，易造成变形和破裂损坏；抛体套筒壁厚越大，mtit一抛体受力越大，但也要综合考虑集肤深度的影响，当其中n表示加速度，F表示抛体受到的轴方向的壁厚大于集肤深度时，抛体受力将不会有明显增大，电磁力，表示抛体中心点在z轴方向