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电磁轨道炮弹引信所处强磁场环境分析、屏蔽及利用

作　者: 汤铃铃
导　师: 李豪杰
学　校: 南京理工大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 电磁轨道炮脉冲强磁场低频磁场屏蔽引信电子元器件
分类号: TJ866
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

电磁轨道炮具有超高速发射特点,可用于反导与发射小型卫星等。电磁轨道炮弹正在从传统动能弹丸向智能弹药方向拓展,这对电磁轨道炮弹引信提出需求。电磁轨道炮弹引信在轨道炮发射过程中所承受的特殊强电磁环境,会对引信电子元器件造成干扰、失效甚至损毁。本文基于此研究背景,对电磁轨道炮发射过程中引信所处强磁场环境进行分析、屏蔽及利用,主要涉及以下几项工作：首先根据磁扩散理论,分析电磁轨道炮发射过程的速度趋肤效应,建立轨道炮的面电流几何模型与薄导轨几何模型,并分析轨道炮脉冲电流时频特性。利用面电流几何模型分析引信电子元器件在膛内位置处的脉冲强磁场空间分布规律与时频特性,利用薄导轨模型计算电磁发射过程的后坐过载力学环境。然后对轨道炮膛内强磁场开展被动屏蔽与半主动屏蔽研究。被动屏蔽选择开口圆筒屏蔽体,优化屏蔽体材料、相对弹底位置及厚度,由于轨道炮磁场的低频特性与高磁通密度特点,被动屏蔽在远离弹底2倍导轨间距处,采用导电材料与导磁材料交替的组合屏蔽方式,屏蔽后的考察点处磁通密度小于0.01T,考察面平均屏蔽效能为25.79dB。半主动屏蔽选择阻抗优化的电感线圈,利用电感线圈中感应电流相对于轨道炮磁场的相位滞后,产生的反相磁场抵消原轨道炮磁场。受弹丸壳体尺寸限制,半主动屏蔽仅在局部点有较好的屏蔽效能。在此基础上,利用稳态强磁场发生装置产生1T稳态磁场,模拟轨道炮脉冲电流平台阶段的强磁场,考察对引信典型电子元器件的影响。针对常用电阻、电感、电容、晶振、二极管、稳压管、MOS管及单片机与铁电存储器等,进行了失效模式分析,并进行磁场暴露实验,结果表明1T稳态磁场对以上元件性能影响较小。最后,结合膛内强磁场环境与后坐过载环境,开展引信安全系统的解保方案初步设计,对后续电磁轨道炮弹引信设计提供参考。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-16
1 绪论  16-27
  1.1 研究背景  16-17
  1.2 国内外现状  17-25
    1.2.1 电磁发射环境分析  17-22
    1.2.2 轨道炮强磁场屏蔽  22-23
    1.2.3 强磁场对电子元器件影响  23-24
    1.2.4 电磁轨道炮引信安全系统  24-25
  1.3 主要研究内容及行文结构  25-27
2 电磁轨道炮几何模型与电流特性  27-39
  2.1 电磁轨道炮发射原理  27-28
  2.2 电磁轨道炮几何模型  28-35
    2.2.1 导体中的磁扩散方程  28-29
    2.2.2 电磁轨道炮速度趋肤效应  29-34
    2.2.3 电磁轨道炮面电流几何模型  34-35
    2.2.4 电磁轨道炮薄导轨几何模型  35
  2.3 电磁轨道炮脉冲电流特性  35-38
    2.3.1 脉冲电流曲线  35-37
    2.3.2 脉冲电流频率特性分析  37-38
  2.4 本章小结  38-39
3 电磁轨道炮弹引信所处膛内环境分析  39-47
  3.1 膛内脉冲强磁场环境  39-43
    3.1.1 膛内脉冲强磁场计算原理  39-40
    3.1.2 脉冲强磁场空间分布  40-41
    3.1.3 脉冲强磁场时域变化  41-43
  3.2 膛内力学环境  43-46
  3.3 本章小结  46-47
4 电磁轨道炮膛内脉冲强磁场被动屏蔽  47-68
  4.1 被动屏蔽原理  47-49
    4.1.1 导电材料屏蔽机理——涡流消除  47-48
    4.1.2 导磁材料屏蔽机理——磁通分流  48
    4.1.3 组合屏蔽机理  48
    4.1.4 屏蔽效能评估模型  48-49
  4.2 被动屏蔽效果  49-58
    4.2.1 导电材料屏蔽  49-51
    4.2.2 导磁材料屏蔽  51-54
    4.2.3 组合屏蔽  54-58
  4.3 被动屏蔽优化  58-67
    4.3.1 导磁材料优化  59-60
    4.3.2 屏蔽体相对弹底距离  60-66
    4.3.3 屏蔽体厚度  66-67
    4.3.4 屏蔽后的最优位置确定  67
  4.4 本章小结  67-68
5 电磁轨道炮膛内脉冲强磁场半主动屏蔽  68-92
  5.1 半主动屏蔽原理  68-72
  5.2 半主动屏蔽设计  72-90
    5.2.1 单匝线圈  72-81
    5.2.2 多匝线圈  81-90
    5.2.3 外部电感场路耦合  90
  5.3 本章小结  90-92
6 典型电子元器件在强磁场环境下失效分析  92-114
  6.1 实验强磁场环境产生  92-94
  6.2 典型电子元件及其失效模式  94-100
    6.2.1 基本元件  94-96
    6.2.2 半导体元件  96-98
    6.2.3 控制与存储器件  98-99
    6.2.4 其他元件  99-100
  6.3 失效实验分析  100-113
    6.3.1 基本元件  101-110
    6.3.2 半导体元件  110-112
    6.3.3 控制与存储器件  112
    6.3.4 其他元件  112-113
  6.4 本章小结  113-114
7 引信安全系统初步设计方案  114-119
  7.1 总体方案设计  114-115
  7.2 电磁轨道炮引信后坐环境解保方案  115-116
    7.2.1 后坐弹簧设计  115-116
  7.3 电磁轨道炮引信强磁场环境解保方案  116-118
    7.3.1 磁传感器的选择  116-117
    7.3.2 解保电路设计要求  117-118
    7.3.3 强磁场环境解保过程  118
  7.4 本章小结  118-119
8 论文的总结与展望  119-121
  8.1 论文主要研究工作总结  119-120
  8.2 论文工作展望  120-121
致谢  121-122
参考文献  122-128
附录  128

电磁轨道炮弹引信所处强磁场环境分析、屏蔽及利用

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