电磁线圈炮,有限元瞬态仿真
st772013/07/05电磁炮 IP:湖南
电磁线圈炮发射弹丸的有限元瞬态仿真

目的:
在电磁分析计算技术中,目前最准确有效的方法为有限元法。为验证5.8mm口径电磁线圈 QIANG的主要技术特性,分析相关参数对射弹出口速度等参数的影响,采用场路结合的方法对,电磁线圈QIANG的发射过程进行仿真。
现列出一种典型情况的结果。


基本技术参数:
容器:800V/600uF
线圈匝数:50匝
弹丸质量:~5g
弹径:5.8mm
线圈长度:35mm


系统特点:
线圈带电流回收装置,发射电路如图:
FIg.jpg
其中,红色实线为发射主回路,绿色虚线是续流回路,蓝色虚线是能量回馈回路。
为提高出膛速度,要求放电电磁场迅速达到一定值,而后进入续流,保证射弹以最大速度加速,射弹到达线圈中点时要迅速撤去磁场以防止反拉。

线圈电流曲线为:

current.jpg

发射过程中电容器的电压曲线:

voltage.jpg
初始,电容对线圈放电,推动射弹,电容电压迅速下降至零;此后,发射进入续流状态,线圈磁能转换为射弹动能;射弹快进入中立点某一时刻,能量回收电路工作,线圈中的剩余电流快速反冲进电容中,完成发射。


射弹受力曲线如图:
force.jpg

射弹速度曲线和位移曲线:
position.jpg

射弹加速曲线:
velocity.jpg

射弹运动及线圈QIANG电磁场分布变化动画如下:
点击此处查看视频


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+100  科创币    delete    2013/07/05 对比一下其他软件再实测一下看看谁准、谁容易补偿+_+
+10  科创币    yurifreeman    2013/07/05 高质量发帖
+5  科创币    daxus    2013/07/06 不明觉厉。。。。。。
+49  科创币    jrcsh    2013/07/16
+50  科创币    10班陈大葱22号    2013/07/17 求电磁场仿真入门书籍淘宝链接...
来自:物理高能技术 / 电磁炮
12
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~~空空如也
whd1982
11年6个月前 IP:未同步
544018
电路复杂了点,要用4个管子。。。
其实要实现同样功能2个管子就够了
123.jpg
导通两个IGBT,开通发射回路
关闭任意一个IGBT,停止放电开始续流
关闭另一个IGBT,停止续流开始能量回收
+15
科创币
zw1235
2013-07-05
高质量发帖
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cdyqj
11年6个月前 IP:未同步
544042
igbt能够承受多大的瞬态电流,如果换成可控硅该如何做啊?
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st77作者
11年6个月前 IP:未同步
544069
回 1楼(whd1982) 的帖子
主要是考虑的这个发射的过程的实现和有限元的计算。
电路实现没有详细优化。
你这个电路很好,可以少用两个管子,实现起来比较好!





发这个帖子的目的是大概展示一下有限元方法在做线圈QIANG中的应用,


另外回复一下:目前,在电磁学业界,有限元方法是科学研究方法之一,目前应该是最方便且准确的方法
这个计算中,除一些简化外,准确性应该无疑问。在做电磁场计算时,这个方法我实践过。结果和实际测量的差异很小。



大家以后做电磁QIANG 时,可以用有限元方法先进行设计,一般能够比较准确预测你的设计。也就是说,你的出膛速度能达到多少,做之前就可以设计出来。
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st77作者
11年6个月前 IP:未同步
544079
回 2楼(cdyqj) 的帖子
可控硅关断是个问题。IGBT应该无问题,现在几千V,恒流几千A的用得很多。它的打开和关断时间都很短,很好用。

论坛里的小功率的电磁发射,一般电流是几千A以内,脉宽是ms级的,用个100A左右的管子应该就可以。
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虎哥
11年6个月前 IP:未同步
548489
di/dt是个问题,小管子虽然可以承受比较大的瞬态电流,但是这个电流上升率不能太快,具体需要完善设计规范。

仿真是检验设计的第一步,甚至本身就应该结合在设计之中。如果高手们能够向大家介绍一些这样的仿真方法,让更多人乐于使用,设计水平很快就提上去了。
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老兵
11年6个月前 IP:未同步
548527
Re:回 2楼(cdyqj) 的帖子
引用第4楼st77于2013-07-05 18:55发表的 回 2楼(cdyqj) 的帖子 :
可控硅关断是个问题。IGBT应该无问题,现在几千V,恒流几千A的用得很多。它的打开和关断时间都很短,很好用。

论坛里的小功率的电磁发射,一般电流是几千A以内,脉宽是ms级的,用个100A左右的管子应该就可以。


前面论坛某人实验IGBT不是没有问题,而是根本吃不消,一坏几十个,问题很大。


到目前为止还是可控硅安全可靠。
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.........
11年6个月前 IP:未同步
548530
很好奇用的是什么有限元软件?
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jrcsh
11年6个月前 IP:未同步
548903
。1 作为入门理解,理论示例可以。  但和实际有出入。

其它的 只能说感觉有问题,但要去查证数据才能确定,以下就只当猜测了。欢迎~~~没事干的去查证一下。

600uf 的放电  以1200A   放电,需要多少时间,求 理论值   图上 1~2ms 放完感觉不大对路。

电流曲线上, 1200A   我总觉得这货还没磁饱和反应出现.

射弹受力曲线图,有争议。“与磁场的特性”  速度积,相符,加速度与受力加速度不符。
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liy
11年6个月前 IP:未同步
548909
Multisim电路仿真可以用吧
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10班陈大葱22号
11年6个月前 IP:未同步
548910
求电磁场仿真入门书籍淘宝链接...
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st77作者
11年5个月前 IP:未同步
552309
引用第8楼jrcsh于2013-07-17 02:24发表的  :
。1 作为入门理解,理论示例可以。  但和实际有出入。

其它的 只能说感觉有问题,但要去查证数据才能确定,以下就只当猜测了。欢迎~~~没事干的去查证一下。

600uf 的放电  以1200A   放电,需要多少时间,求 理论值   图上 1~2ms 放完感觉不大对路。
.......






计算机有限元方法是目前电磁计算和设计最好的方法。 设计时用有限元方法是很科学的方法,现在美国人做电磁发射都是这么做的,(比如CEM-UT),只是我的这个有一些简化,只是顺便做做玩玩。


没太明白你的几个问题的意思


这个1200A的梯形波,看间平顶部分是线圈续流,这个放电时间跟你的线圈初始放电储能和你的开关时间有关,时间还可以做得更长;
最大放电的时候,包括中间平顶波部分,射弹已经饱和,材料是10#钢,表面磁密超过了2T;
这个是用的商业软件Ansoft做的,也可以用ANSYS做,如果基础好可以自己用Matlab编程做。这个是把电路,电磁场和机械动力过程耦合求解的,你看那个速度的加速过程,和受力过程是一直对应的,受力过程和弹丸的运动,电流波形都是对应的,不知道哪里不对?
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