电枢外置线圈感应型电磁发射器磁场分布与运动特性

摘要

为强化线圈感应型弹射器对弹射体外形的适应性，提升弹射器的空间利用率，提出了电枢外置式线圈感应型电磁发射器，建立了6组不同条件的发射器模型，通过数值计算求解驱动线圈的磁场分布，通过静态有限元仿真计算驱动线圈和电枢的耦合情况，理论分析了电枢的受力情况，进行了瞬态有限元仿真验证，研究了驱动线圈内径和电枢相对位置对发射器的影响。磁场计算结果表明，驱动线圈内部径向磁感应强度与外部径向磁感应强度近似相等，外置电枢包围的轴向磁通为5.51×10^-5～22.04×10^-5 Wb,内置电枢包围的轴向磁通为2.81×10^-5～17.39×10^-5 Wb,驱动线圈外部的磁感应强度峰值为5.38×10^-3～7.32×10^-3 T,内部磁感应强度峰值为1.57×10^-2～1.93×10^-2 T。静态有限元仿真结果显示，外置电枢与驱动线圈的互感和互感梯度大于内置电枢约1.5倍～3倍。瞬态有限元仿真结果表明，内置结构的效率为2.96%～17.57%,外置结构的效率为4.94%～19.76%。证明了外置电枢包围的磁通约为内置电枢包围磁通的1.27倍～1.96倍，因此在径向磁感应强度接近的情况下，外置电枢可以获得更大的加速力；驱动线圈外部的磁感应强度大约是内部磁感应强度的1/3,因此外置结构具有更好的电磁防护能力；外置结构的能量转换效率比内置结构的效率高12.5%～66.6%,因此外置结构具有更高的能量转换效率。

关键词

电磁发射系统 / 线圈感应型 / 电枢外置 / 电磁防护 / 有限元仿真