[發(fā)明專利]電磁軌道發(fā)射器電氣負(fù)載仿真系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310027492.2
• 申請(qǐng)日: 2023-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN116009423A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳少輝;徐偉東;嚴(yán)萍;曹逸婷;王炅;李濤;葉文怡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 北京三聚陽光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 朱惠琴

本發(fā)明公開了一種電磁軌道發(fā)射器電氣負(fù)載仿真系統(tǒng)，包括：依次串聯(lián)的動(dòng)生阻抗模型、軌道電感模型、軌道電阻模型、樞軌接觸電阻模型、電樞電感模型和電樞電阻模型；動(dòng)生阻抗模型基于系統(tǒng)的串聯(lián)回路電流，輸出發(fā)射載荷位移和樞軌接觸壓力；動(dòng)生阻抗模型還基于發(fā)射載荷速度以及串聯(lián)回路電流和軌道電感梯度，獲取動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，并反饋至仿真系統(tǒng)的串聯(lián)回路中；軌道電感模型基于發(fā)射載荷位移調(diào)整仿真系統(tǒng)的串聯(lián)回路電流；軌道電阻模型基于發(fā)射載荷位移獲取軌道電阻壓降并反饋至仿真系統(tǒng)的串聯(lián)回路；樞軌接觸電阻模型基于樞軌接觸壓力，獲取軌道與電樞之間的接觸電阻壓降并反饋至仿真系統(tǒng)的串聯(lián)回路。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確地模擬電磁軌道發(fā)射器的動(dòng)態(tài)耦合過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁發(fā)射建模與仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電磁軌道發(fā)射器電氣負(fù)載仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電磁軌道發(fā)射技術(shù)是利用脈沖大電流流過軌道和電樞時(shí)產(chǎn)生極高安培力作為推力，使電樞和有效載荷在毫秒量級(jí)時(shí)間內(nèi)加速至每秒幾千米的發(fā)射方式，擁有目前以火藥作為發(fā)射能源的傳統(tǒng)發(fā)射方式無可比擬的優(yōu)勢(shì)，在軍事、航天、科學(xué)研究等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在電磁軌道發(fā)射過程中，隨著電樞和有效載荷加速移動(dòng)，饋入系統(tǒng)電路的軌道長度不斷增加，同時(shí)電樞與軌道之間的接觸電阻和摩擦力隨電流大小、接觸狀態(tài)好壞等情況復(fù)雜變化，電磁軌道發(fā)射器的負(fù)載阻抗呈非線性變化，難以通過試驗(yàn)測(cè)試手段詳細(xì)描述電磁軌道發(fā)射器電氣負(fù)載特性。

仿真計(jì)算是研究電磁軌道發(fā)射過程的重要和必不可少的手段，目前國內(nèi)外仿真計(jì)算研究幾乎涉及到電磁軌道發(fā)射裝置的各個(gè)方面。對(duì)于電磁軌道發(fā)射器電氣負(fù)載，主要采用有限元或有限元結(jié)合邊界元等方法，通過數(shù)值模擬得到電磁軌道發(fā)射器靜態(tài)阻抗值，但未考慮由于電樞運(yùn)動(dòng)引起的電磁軌道發(fā)射器阻抗值變化情況，或者依據(jù)假設(shè)電流波形，通過集總電路數(shù)值模擬得到電磁軌道發(fā)射器變化阻抗值，但未考慮電流與電磁軌道發(fā)射器動(dòng)態(tài)耦合過程，因此上述兩種方法得到的仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況都存在一定偏差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電磁軌道發(fā)射器電氣負(fù)載仿真系統(tǒng)，以解決目前的電磁軌道發(fā)射器電氣負(fù)載仿真方法由于未考慮部分參數(shù)存在動(dòng)態(tài)變化的情況導(dǎo)致仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況之間存在偏差的問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電磁軌道發(fā)射器電氣負(fù)載仿真系統(tǒng)，包括：依次串聯(lián)的動(dòng)生阻抗模型、軌道電感模型、軌道電阻模型、樞軌接觸電阻模型、電樞電感模型和電樞電阻模型；

所述動(dòng)生阻抗模型基于所述仿真系統(tǒng)的串聯(lián)回路電流，輸出發(fā)射載荷位移和樞軌接觸壓力；所述動(dòng)生阻抗模型還基于計(jì)算得到的發(fā)射載荷速度以及所述串聯(lián)回路電流和軌道電感梯度，獲取動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，并反饋至所述仿真系統(tǒng)的串聯(lián)回路中；

所述軌道電感模型基于所述發(fā)射載荷位移調(diào)整所述仿真系統(tǒng)的串聯(lián)回路電流；

所述軌道電阻模型基于所述發(fā)射載荷位移獲取軌道電阻壓降并反饋至所述仿真系統(tǒng)的串聯(lián)回路；

所述樞軌接觸電阻模型基于所述樞軌接觸壓力，獲取電樞與軌道之間的接觸電阻壓降并反饋至所述仿真系統(tǒng)的串聯(lián)回路。

一些可選的具體實(shí)施方式中，所述動(dòng)生阻抗模型，基于所述串聯(lián)回路電流和所述軌道電感梯度確定電磁推力；和/或，基于所述電磁推力與軌道間距、電樞尾翼長度、電樞尾翼傾角、電樞過盈預(yù)緊壓力、有效載荷摩擦力和動(dòng)摩擦系數(shù)確定電樞和有效載荷的摩擦力；和/或，基于所述電磁推力、所述電樞和有效載荷的摩擦力和發(fā)射載荷質(zhì)量確定發(fā)射載荷加速度、所述發(fā)射載荷速度和所述發(fā)射載荷位移。

一些可選的具體實(shí)施方式中，所述動(dòng)生阻抗模型包括第一受控電壓源和第一運(yùn)算單元，所述第一運(yùn)算單元用于獲取所述動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，并輸入所述第一受控電壓源的受控端，以將所述動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)反饋至所述仿真系統(tǒng)的串聯(lián)回路中。

一些可選的具體實(shí)施方式中，所述電磁推力F是通過以下公式計(jì)算得到：

F＝L'I²/2，其中，L'為所述軌道電感梯度，I為所述串聯(lián)回路電流；