电磁轨道炮的电气参数特性研究及优化设计(运用MATLAB的电气工程课题设计).pptx

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西安交通大学电气工程学院XXX，XXX，XXX电磁轨道炮的电气参数特性研电磁轨道炮的电气参数特性研究及优化设计究及优化设计CONTENTSCONTENS一、引言二、电磁轨道炮工作原理分析三、电磁轨道炮等效电路分析四、电磁轨道炮simulink仿真分析五、总结引言XianJiaotongUniversity电磁轨道炮是利用电磁发射技术制造的一种先进的动能杀伤性武器，利用电磁力的作用对弹丸进行加速，其作用在弹丸时间比化学火药大的多，因此大大提高了弹丸的出膛速度和射程。

本设计通过对电磁轨道炮的工作原理及等效电路的理论分析，利用MATLAB中的simulink工具建模仿真，通过对电磁轨道炮电气参数特性及电源模块放电时序的研究，分析电磁轨道炮主要电气参数和电源放电时序对脉冲电流及弹丸出膛速度的影响，为电磁轨道炮的设计提供指导性依据。

电磁轨道炮工作原理分析XianJiaotongUniversity假设导轨内电流I（t）均匀分布，导轨中的体电流J=I（t）/（hw）。

其中：

h为导轨高度，w为导轨宽度，s为左右两导轨间距。

电枢内平均磁感应强度近似等于电枢中心P点的磁感应强度，由Boit-Savart定律得，P点磁感应强度为：

则电枢所受的安培力为：

其中：

Lr由导轨的材料、尺寸决定，即为导轨电感梯度。

XianJiaotongUniversity电枢的位移为：

轨道电阻为：

其中：

m为电枢质量，v0为电枢的初速度，x0为电枢的初始位置，Rr为轨道电阻梯度，Lr为轨道电感梯度。

轨道电感为：

轨道电动势为：

电枢的速度为：

电枢的加速度为：

可以得到：

电磁轨道炮等效电路分析XianJiaotongUniversity电磁轨道炮简化等效电路如图所示：

其中，电容C作为储能元件，Uc（t）为电容器两端电压，L0为串联电感，Rr（t）为轨道电阻，Lr（t）为轨道电感，Ra为电枢电阻，e（t）为电枢的感应电动势，D为续流二极管，RD为二极管内阻。

电路中电流的变化可分为两阶段，为了分析的简化，暂不考虑电枢感应电动势e（t）的影响。

电枢电流的变化规律为：

其中：

XianJiaotongUniversity通过理论分析可知，在电容器储存能量Wc不变的情况下：

1.电容器C的容量大小不影响脉冲电流峰值，脉冲电流的峰值时间随着C的减小而减小，脉冲电流前沿也越陡。

2.串联电感L0影响脉冲电流的峰值及峰值时间，L0越大，脉冲电流峰值越小，峰值时间越大，在下降阶段，电流下降的越慢，因此串联的电感称之为调波电感。

3.电枢的内阻Rr、二极管内阻RD，轨道电阻Ra的存在均增加脉冲电流的下降速度。

4.电枢的速度与轨道电感梯度、脉冲电流呈正相关，在脉冲电流不变的情下，电感梯度越大，电枢出膛速度越大。

电磁轨道炮simulink仿真分析XianJiaotongUniversity3.1电磁轨道炮的simulink建模根据以上分析，利用MATLAB中的动态仿真工具simulink，建立电磁轨道炮的轨道电阻、轨道电感、电枢感应电动势、脉冲形成网络（左下图）等模块的模型，最后搭建电磁轨道炮总体仿真模型（右下图）。

总体仿真模型脉冲形成网络模型XianJiaotongUniversity3.2电气参数特性仿真分析保持电容器存储的能量恒为250kJ，设轨道长度为10m，改变电磁轨道炮电气参数大小（如下表所示），通过仿真研究其对脉冲电流峰值时间、峰值、电枢速度和加速时间等的影响。

CUcL0RaRD80mF2.5kV10H500.1mRrLrv0x0m3.610-5/m4.610-7H/m00.5m0.1kg电磁轨道炮相关参数XianJiaotongUniversity电容C参数特性：

对速度的影响对电流的影响XianJiaotongUniversity调波电感L0参数特性：

对速度的影响对电流的影响XianJiaotongUniversity电阻梯度参数特性：

对速度的影响对电流的影响XianJiaotongUniversity电感梯度参数特性：

对速度的影响对电流的影响总结XianJiaotongUniversity本研究通过对电磁轨道炮的理论分析和simulink建模仿真，分析了电磁轨道炮中主要电气参数的特性以及电源模块放电时序对电枢出膛速度的影响。

根据本文的结论，提出了电磁轨道炮优化设计的一些原则：

1.适当减小电容器C及调波电感L0的大小、增大轨道电感梯度并减小电阻梯度，以提高电流峰值大小，减小电流峰值时间，最终提高弹丸出膛速度的同时减小弹丸的加速时间；2.电源采用时序控制放电模式，在满足弹丸出膛速度的同时，能有效的减少脉冲电流对轨道炮系统的冲击。

谢谢！