金属发射管的涡流影响
锦瑟听弦2012/09/25电磁炮 IP:上海
对线圈缠绕在ABS管和缠绕在壁厚0.5mm铜管上的效果做了采样。实验的结论是:


涡流在一定程度上影响效率,会损失超过5%的能量。


实验步骤:


首先将0.5mm的漆包线缠绕在外径6mm的ABS管上,1层。用小刀刮开漆层,烙铁迅速上锡。模拟内6mm,外7mm铜管:
DSC_0887.jpg



然后搭建实验用的放电线圈,参数如下:
发射管:内7.5mm,外9.5mm碳纤维管。
线圈:2.0cm长,0.63mm漆包线5层共计150圈整。
电容:450V,270uF。充电至460V以上,在电压缓慢降至450V整时触发。
采样电阻:串联在线圈上,电阻2.5mOhm。


采样分为2组,第一组不插入模拟的铜管,第二组插入模拟的铜管。每组采样3次,以50ksps采样率采集0.6ms的30个点电流值。
对于每个时间点的3个电流值,去除1个最大值,取剩余2个值的平均值。下面是结果。B列是无涡流的曲线,C列是有涡流的曲线。
EddyCurrentsOfPipe.png

涡流的影响主要在于线圈电流急速变化的上升段,符合涡流正比于电流变化率的原理。
最后在上升段电流对时间的数值积分分别是:3064.5(无涡流)和3000(有涡流)。
涡流产生的磁场在上升段时和线圈产生的磁场方向相反,但由于涡流较小且只有1匝,这里忽略不计。
剩下的主要影响就是对加速线圈放电曲线的干扰,下面是估算干扰值的步骤:


已知:对于给定的线圈和电容,在除了电容电压不同,其余参数均相同时。放电电流曲线的幅度正比于电容电压。
故:对本实验中几乎只有幅度差异的两条放电电流曲线,可以认为是电容电压不同时的情况。
那么:两次放电释放的能量比值应该等于电容电压不同时的电容储能之比:
E1 / E2 = pow(3000, 2) / pow(3064.5, 2) = 0.958。即由于涡流损失了4.2%的能量。


考虑到:
1、实验中的模拟铜管较短(~15mm)
2、模拟铜管外径为7mm,线圈内径为9.5mm。之间有一定的空隙。
所以实际使用0.5mm铜管时损失的效率应该大于4.2%,可能会有1到2倍的增长,但不会超过甚至接近1个数量级。
故作出一开始的结论:涡流在一定程度上影响效率,会损失超过5%的能量。


最后附上实验数据,已经转换为excel格式。请见sheet2:EddyCurrents(sheet1:TMP是之前一个无关实验……请忽略好了)


编辑更新:
仔细看了曲线对比,发现在下降段可以认为噪声干扰下曲线接近一致,故把数值积分的定义域由0~0.6ms改为0~0.2ms。
attachment icon EddyCurrentsOfPipe.zip 4.58KB ZIP 26次下载
+25  科创币    着迷者1    2012/09/26 高质量发帖
+50  科创币    量子隧道    2012/09/26 不错。鼓励探索型实验
+25  科创币    MicroSound    2012/09/26 鼓励测试,只是对数值大小有待于进一步确认
+100  科创币    潜伏者    2012/09/26 支持理论实验
+25  科创币    w_b_b_w    2012/09/26
+50  科创币    10班陈大葱22号    2012/09/26
来自:物理高能技术 / 电磁炮
7
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~~空空如也
vocal@ミク
11年8个月前 IP:未同步
454622
楼主应该进一步试验一下   不同金属之间的能量损失差别.......找出来损耗最小的[s:274]
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liyiem
11年8个月前 IP:未同步
454756
ABS管是不是上锡后要取出来。
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华蓥
11年8个月前 IP:未同步
454768
我觉得最好的是不锈钢,其实5%又算得了什么,7.5mm直径面积和9.5mm直径面积相差多少?这个才是最大的损失
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spyaw
11年8个月前 IP:未同步
454879
我们常见的关于涡流的实验是一个磁体在金属管中运动受到阻力,其原因是磁体中有环形电流而金属管中没有。所以金属管切割磁感线产生反向电流进而产生阻力。
在CG中,金属管和炮弹同样受到线圈作用,如果金属管是顺磁质会感生与炮弹同向电流和磁场,也与线圈电流同向。所以未必会产生阻力。感觉还有可能会有加强效果也不一定。谁能定量测试一下效果。
还有就是楼主的测试并不能说明问题啊。要是搁一铁磁性炮弹进去,上升时间和积分的影响会比5%大的多。那是因为有负载以后整体电感变大了。并不能说明效率降低。
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jrcsh
11年8个月前 IP:未同步
454906
如果你的"模拟金属管" 只焊了一面,是相当于多层分割法消减涡流,换成真正的铜管时涡流因当会更大


我觉得缺少了组装好后的图和测试的电路图。


加油多测试一些,这方面的基础实验还是比较缺乏的
+1
科创币
MicroSound
2012-09-27
呵呵,小会会分析的比较细
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三水合番
8年10个月前 IP:黑龙江
776445
楼主实验的应该是弹丸的涡流损耗,而不是炮管的涡流损耗,那1mm多的间隙对耦合的影响非常大。
另外,涡流损耗才5%,小口径耦合这么差,让做感应式的情何以堪[s::L]
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