摘要
电磁发射技术是近年来提出的新研究方向，该论文是利用电磁发射技术对电磁枪械的有关问题进行探索。论文中概述了电磁发射技术及其在国内外的发展情况介绍了三种不同结构类型的电磁发射器的基本工作原理和应用前景。并选择磁阻式的线圈型电磁发射作为研究方案，利用磁阻式线圈发射器特殊的加速机理，建立计算模型，对研究方案的主要部件进行了设计分析。利用有限元软件对计算模型进行了电磁场域分析，获得了电磁力、磁链、电感与发射体在定子线圈内不同轴向位置时的变化关系，分析了影响电磁力大小的因素，对模型中的线圈和发射体尺寸进行了优选。使用Simulink对研究方案进行了建模与运动仿真，分析了系统的动态特性，揭示了发射体初始位置、电容器充电电压和电容容量与出膛速度的关系。在以上的研究基础上，设计了一种基于单片机控制关断时间的发射电路，构思了电磁枪械试验系统。所讨论的模型可供电磁枪械的后续研究作参考。
The electromagnetic launching (EML) technology is the research direction which is proposed newly in the recent years. This paper is about some issues of electromagnetic gun(EMG) for a exploration by using the EML technology.
The paper outlines the EML technology and its development in domestic and abroad, introduces three different types of EM launchers and their basic working principle, prospects the application forground of the EML technology. The research choose the coil-type EM launcher as the research plan. By using reluctance coil launcher' s special acceleration mechanism, computation model is built and the main components of reluctance coil EMG is analyzed. By using finite element software for the research plan' s electromagnetic field analysis, the relations between the EM force, flux and inductance of the coil with projectile, which is at different axial position, is studied. The factors what affect the generated EM force is analyzed, and the computation model is optimized on its size and structure by using finite element analysis. Research plan' s modeling and simulation is made on the use of Simulink, analysis of the dynamic characteristics is did to find the relations between projectile' s initial position, charging voltage and capacity with the speed of the projectile, and the necessary efficiency analysis. According to the above study, a single-chip microcomputer-based launch model circuit on the control of turn-off time is designed in the end, including the charging section, discharging section and measure of variables. The designed EMG model will provide a reference in the future.
引文
1 杨世荣，王莹，徐海荣，骆颖．电磁发射器的原理与应用．物理学与高新技术．2003年，第4期：253
2 王莹，肖峰．电炮原理[M]．国防出版社，1994：5～7，93～178
3 P. Mongeau, F. Milliams. Helical Rail Glider Launcher. IEEE Trans on MAG. 1982, 18(1): 190～193
4 W. Ying, R. A. Marshall. Physics of Electric Launch. Science Press. 2004: 11～19
5 H. Kolm, P. Mongeau. An Alternation Launching Medium. IEEE Spectrum, 1982, 18(4): 30～36
6 J. G. Baker. Electromagnetic Compatibility in Europe. IEEE Proc-Sci. Means Technol, 1994, 141(4): 238～244
7 李立毅，程树康，刘宝廷直线电磁发射技术的发展现状及前景．微电机．1999，32卷第2期：29
8 A. L. Brooks. Design and Fabrication of Large and Small Bore Rail guns. IEEE T rans on MAG 1981, 18(1): 68～72
9 卫锦萍．电能武器的最新进展与应用前景[J]．国外兵器动态．1999(41)：25～27
10 Gennady, A. Shvetsov. Electric Launch in Russia. A Review of Recent Results. IEEE Trans on MAG. 1999, 35(1): 37～43
11 Aaron Michael Still. Electromagnetic Launchers for Use in Aircraft Launch at Sea. 1998: 55～81
12 黄莹，赵佳．电磁炮的基本原理及其在军事上的应用．现代物理知识．2000，16卷6期：38～39
13 庄国臣，远文山，电磁发射器及其应用．1997，第6期：21～22
14 于杰．电磁发射技术的军事应用前景．现代物理知识．2000(增刊)：79～80
15 Fi Lcho, M. F. Rose. Limiting factors in the performance of rail guns[C]. 4th IEEE Pulsed Power Conference
16 P. R. Berning, C. R. Hummer. Magnetic Induction Launcher Models. Army Research Laboratory report[J], ARL-TR-1384. 1997: 1～8
17 孙百瑜．三级电磁发射器的建模及仿真优化．哈尔滨理工大学．硕士论文．2006年3月
18 程健，任兆杏．单级线圈加速电枢的机理分析．电工技术杂志，1997，5：29～31
19 高顺受．60mm口径电磁感应线圈炮的试验研究．高压物理学报．1996，10(3)：190～198
20 曹鸿钧．线圈炮电枢(圆柱壳)的屈曲分析[[J]．应用力学学报，1998，15(4)：37～42
21 王德满，王跃进，谢慧才．线圈炮—电磁同轴发射器及其系统分析[J]．宇航学报．17(4)：79～90
22 李小鹏，李立毅，程树康，罗光耀，孙传民．重接式电磁发射技术的现状及应用前景[J]．微电机．2002，35(4)：39～41
23 王宝，马富．新概念武器原理[M]．兵器下业出版利．1997
24 李勇，李立毅．电磁弹射技术的原理与现状．微特电机，2001，5：3～5
25 崔鹏，刘少克．磁阻型线圈发射器弹丸速度与截面积关系．兵工自动化．2006，25卷12期：39～41
26 林福昌，李劲，姚宗干．电磁发射兵器用电容器的选取．兵工学报．2003，8．24卷3期：416～418
27 王京，肖华，何焰蓝．自控式电磁线圈炮．物理实验．2004，10．24卷10期：43～46
28 柴猛，高俊山，孙百瑜．小型电磁发射模型的设计及线圈参数寻优．工业控制与应用．2006，25卷4期：61～63
29 刘延贤．发展中的电磁炮．大学物理．1998，17(4)：44～46
30 黄中．电磁炮技术的重大突破．世界发明．2002，第7期
31 潘彩娟，覃焕昌，黄红强．电磁炮基本原理的教学与实验模拟．广西民族学院报．2002，第8卷第4期：74～76
32 张海燕，魏新劳，王永红，陈国庆．磁性抛体电枢单级线圈炮电感梯度的计算哈尔滨理工大学报．2005，6，第10卷第3期：121～124
33 谭国贞，付志红，周雒维，罗强．瞬变电磁发射机控制系统设计术．电测与仪表．2006，43卷483期：8～12，52
34 张朝伟，李治源，程树康，王莹．线圈式电磁发射中的涡流分析．微电机．2005，38卷1期：19～22
35 柏兴林，廖敏夫，赵纯，邹积岩．三级重接炮点火控制系统设计．高压电器．2005，10．
36 高俊山，黄海，杨嘉祥．电磁发射系统初级能源与Pspice仿真．电机与控制学报．2007，1，第11卷，第1期：45～49
37 聂剑红，孙力，高晗璎，王有琨．电感储能与充磁线圈的能量转换．电机与控制学报．2003，9，第7卷，第3期：198～201
38 李漫华，邵可然．电感储能型高功率脉冲电源断路开关的最新发展．电机电器技术．2006，第6期：24～28
39 Alv Egeland. Brikeland's Electromagnetic Gun: AH is to rical Review[J]. IEEE Transact ions on Magnetic, 1989, 17(2): 73～82
40 R. Mcnab. Early Electric Gun Research[J]. IEEE Transactions on Magnetic. 1999, 35(1)：250～261
41 王京，姜琛昱，何焰蓝．电磁动能武器简介．大学物理．2005，11期：59～63
42 李金伴，陆一心．电气材料手册．工业装备与信息工程出版中心．化学工业出版社．71～97
43 沈鸿．电机工程手册①②⑦．北京：机械工业出版社，1982
44 谭慧修，邵定坤等．电工手册②．北京：水利水电出版社，1991
45 钱棣华，戴超仁，黄正鹏．电气工程原理．上海交通大学出版社
46 杨尔滨，杨欢红，刘蓉晖，陆文雄．工程电磁场基础与应用．北京：中国电力出版社，2005
47 [美]J．R．Cogdell著．贾洪峰译电气工程学概论．北京：清华大学出版社，2003
48 阎照文．ANSYS10.0工程电磁分析技术与实例详解．中国水利水电出版社，2006
49 黄永安，马路，刘慧敏．MATLIB 7.0／Simuink 6.0建模仿真开发与高级工程应用．清华大学出版社
50 石辛民，郝整清．基于MATLAB的适用数值计算．清华大学出版社．北京交通大学出版社
51 薛定宇，陈阳泉．基于MATLAB／Simulink的系统仿真技术与应用 北京：清华大学出版社，2002
52 [德]Alfio Quarteroni，Fausto Saleri著．李敏波 译．MATLAB科学计算．清华大学出版社
53 王增福，魏永明．新编线性支流稳压电源．北京：电子工业出版社，2004
54 杨晶琦．电力电子器件原理与设计．北京：国防工业出版社，2002
55 郭继忠，黄继昌等．控制专用集成电路．北京：人民邮电出版社，2006
56 张烽生，龚全宝．光电子器件应用基础．北京：机械工业出版社，1993
57 蔡美琴．MCS-51系列单片机系统及其应用．北京：高等教育出版社，1992
58 范寿康，王宁．单片微型计算机的应用开发技术．北京：人民邮电出版社，1993
59 李广弟．单片机技术．北京：中央广播电视大学出版社，2001
