电磁轨道炮初速误差分析及指标分配.docx

电磁轨道炮初速误差分析及指标分配
 
 
 
 
 
   
 
 
 
陈丽艳+杨帆+王端
摘 要：为了研究电磁轨道炮的射弹初速误差源以及各误差源对初速的影响，基于MATLAB建立了电磁轨道/4周期内，电路方程可以写为
因此
式中，Uc为电容器组的电压，Rp为固体射弹的电阻。
初始条件为t=0，i=0，Uc=U0。
当t=T/4时，电容器电压Uc过零开始反向时，将电容器组支路被短路掉，此时变成L-R放电回路，此时电路方程变为
式中，Lt为系统总电感，由电容器电感Lc和负载电感Lr组成，U为电容器放电电压。
摩擦阻力Ffri的表达式为：
Ffri=？滋FN
式中，？滋为摩擦系数，FN为射弹对轨道的压力，包括由于射弹过盈、轨道形变引起的机械压力FN，mech和电磁力的法向分量FN，EN（与电磁力成正比）。，随着速度的增加摩擦系数下降很快，[3]。
考虑摩擦力的射弹初速Vout的表达式为：endprint
仿真流程
基于MATLAB软件建立了电磁轨道炮的内弹道模型，进行发射初速精度蒙特卡洛仿真，软件流程如图3所示。
3 仿真结果分析
电磁轨道炮内弹道仿真
在MATLAB仿真中，系统电源由6个模块组成，单模块放电电压为4kV，电容为2500uF，射弹质量为10g。系统电感和系统电阻分别为11uH和9mΩ。电磁轨道炮主要参数如表1所示。
图4为发射过程中总放电电流和射弹速度的变化曲线，，，%。图5为射弹在膛内运动速度的仿真值和实测值对比曲线，初速偏差为
2%，初速实测值与仿真值偏差较小。
电磁轨道炮随机过程模拟
采取单因素模拟来分析放电电压、电容量、系统电阻、系统电感、射弹质量五个随机变量对初速精度的影响。单因素模拟指的是在模拟过程中，只对一个变量随机抽样，该变量服从正态分布，其余的四个变量保持定值不变。
按照参量精度依次为1‰，2‰，3‰，4‰，5‰，6‰，7‰，8‰的变化进行单因素随机波动的模拟计算。
参量精度？滓的定义为：
其中？滓x定义为：
x0为参量均值，定义为：
误差源敏感性分析
根据蒙特卡洛随机模拟数据，将五个参量的精度与初速精度的关系绘制成图，如图6所示。当放电电压、电容量、系统电感、系统电阻、射弹质量五个参量的随机误差在1‰～8‰范围内波动时，各参量的精度与初速精度近似为线性关系，其中放电电压和电容器的电容量对初速影响最为明显，而系统电感的随机波动对初速精度的影响最小。当系统电感的精度为8‰时，‰。各参量对初速的影响水平由高到低为：放电电压、电容量、射弹质量、系统电阻、系统电感。
4 误差分配
采用综合因素模拟的方法进行随机模拟仿真，分析全系统参数的随机波动对初速精度的综合影响，依此作为误差分配的依据。综合因素模拟是指在模拟仿真的过程中，对所有变量进行随机抽样，所有变量服从正态分布。
以电磁轨道炮允许的初速精度不超过1%为目标，根据多因素随机模拟仿真结果，如果按照平均分配的方法进行误差分配，则分配给各参量的精度为4‰。考虑到发射器的加工工艺复杂、进行高精度装配存在较大的难