概述
该程序适用于使用半桥拓扑的多级磁阻炮(也可用于单级)。仿真计算 了弹丸受力,线圈电流,以及电容器电压变化等。核心算法基于行波加速器的仿真计算流程 - 科创网 (XXXXXXXXXXXX) 中开源的算法,在这里非常感谢coulson21 大佬。
此仿真考虑或计算了以下效果:
1.线圈参数计算
2.线圈中轴线上的磁感应强度
3.弹丸受力 和 弹丸的感应电动势
4.关于电压,电流,弹丸位置与速度相关的空间域方程(为了模拟的方便放弃使用时域方程的方式)
本仿真最重要的几条近似如下
1、 磁饱和近似,即动子处于磁饱和状态,磁化强度在整个加速过程中保持不变。 (如,1010钢 饱和磁导设为2T, 磁化强度M=2T/u0 ) (饱和磁导参数可以在mode.csv中修改即 饱和磁导 那列 )
本仿真使用的线圈开启/关闭 策略 --使用位移控制模式
1.每级线圈的导通持续距离pw 。(对于单阵列来说pw=就是线圈长度+隔板长度)
( pw 可以在mode.csv中修改即 脉宽 那列)
2.线圈关闭时机: 在弹丸前端到达线圈中心时关断(这么做有利于防止反拉,目标是让弹丸中心和线圈中心重合时电流降到0)。通过pw和线圈关闭时机 可以算出 线圈导通时刻 td 。
( 线圈关闭时机 可以在mode.csv中修改即 关断策略偏移 那列)
程序的结构与使用方法
大致可以分为四部分组成,即 1.从mode.csv文件中进行数据输入 ,XXXXlculator_XXXXXX的模块计算线圈参数 3.仿真计算 4.数据使用plt 显示出来。
一.从mode.csv文件中进行数据输入
整个项目的数据是从mode.csv这个表格文件里输入的。
从漆包线材料到关断策略偏移的参数是线圈参数,可以填多行,数据空缺时会自动从上一行中补全。
漆包线材料(CuorAl) 可以填0或1,填0为铜线,1为铝线
匝数或外径模式选择(0or1) ,填0 表示匝径start里填充的是匝数, 1为外径
匝径start 填0时 启用匝数延续功能,填0处的匝数会从上一级延续过来
子弹质量填0时 启用自动计算质量功能
匝数幂衰减系数 默认0.8,这里 幂衰减的含义是:级数每翻一倍,匝数变为0.8倍。
使用 [var_start,var_end,num] 切分参数 或使用 (var_0,var_1,var_2,var_3 ...) 枚举参数 来启用参数扫描功能。
参数扫描结果图中会标红离鼠标最近的点 ,右键点击后对其仿真,参数扫描后的保存文件放在子文件夹(\scanResultFile)下,根据保存的结果,下次扫描时会进行接续,多次扫描的结果会合并在一起。
二.calculator_XXXXXX的模块计算线圈参数
1.计算线圈的自感,电阻等数据,详见参考文献中 线圈参数计算器
2.计算线圈的互感部分见参考文献中《空心圆柱线圈的电感计算》 的使用等效圆环法计算
三.仿真计算过程
1.计算线圈中轴线上的磁感应强度,详见参考文献中 根据线圈参数计算 磁感应强度分布曲线
2.计算单位电流下的弹丸受力 ,详见参考文献中 根据磁感应强度曲线来计算磁阻炮的弹丸受力
F=M*ΔΦ=M*ΔB*S
3.关于电压,电流,弹丸位置与速度相关的空间域方程 ,详见参考文献中的行波加速器的仿真计算流程
本程序的核心算法在这里,再次感谢coulson21大佬的贡献。 原文中是时域方程 ,即各变量是关于时间t的
微分方程。这样的缺点是整个加速时间在仿真前是不知道的,所以会预先设一个较大的Stop time 。所以改成了空间
域方程,因为整个加速距离是确定的。
四.数据使用plt 显示出来。
XXXXt图表
这里显示行波动画,以及线圈电流,弹丸受力,电容电压和速度的数据
五.数据保存
在完成仿真后,程序会将 弹丸速度和效率结果 保存至mode.csv的最后result那列。
笔者在完成这次仿真后在maxwell中进行了验证,发现误差较小。
贴出maxwell与本程序的电流结果:可以看到一致性很高
maxwell文件如下:
8_49.aedt
1.46MB
AEDT
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最后:
本程序使用pyinstaller进行了打包,读者可以方便的移到自己的电脑运行。位置 在dist文件夹下。压缩文件放在回复区。
最后在这里我非常感谢各位大佬的帮助!
参考文献:
1. 行波加速器的仿真计算流程 - 科创网 (XXXXXXXXXXXX)
2.
空心圆柱线圈的电感计算_吴素文.pdf
2.97MB
PDF
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