中國電工技術學會主辦， 2017年8月19-21日在北京鐵道大廈舉辦， 本屆大會主題為“能源大變革時代——電工裝備行業創新與發展之路”。 流覽會議詳情和線上報名參會請長按識別二維碼。
中國電工技術學會主辦， 2017年6月21-24日在河北省張北縣舉辦， 大會圍繞新能源發展戰略、系統關鍵技術、微電網及儲能等重要議題展開交流。 流覽會議詳情和線上報名參會請長按識別二維碼。
文章正文開始
電力系統國家重點實驗室（清華大學）的研究人員劉旭、於歆傑、劉秀成、常馨月， 在2017年第3期《電工技術學報》上撰文， 為了研究電磁軌道炮運行階段關鍵參數對系統性能的影響， 基於發射過程快速求解方法和觸發策略自動計算方法， 採用參數掃描的方式分析系統發射效率和電樞出膛動能隨電樞品質、準備使用的脈衝形成單元（PFU）數、PFU電容預充電壓和軌道電流波動幅度的變化趨勢，
總體而言， 系統關鍵參數變化時， 發射效率和電樞出膛動能均呈單峰變化趨勢， 並且彼此制衡。 該研究方法和結論， 對於在不同發射需求（即不同系統參數）下研究系統性能的變化趨勢、實現發射效率和電樞出膛動能的雙目標最優， 有積極的指導意義。
電磁軌道炮是利用電磁發射技術發射超高速炮彈的動能武器系統， 其憑藉結構簡單、電樞出膛動能大、回應快和精確可控等優勢， 成為近年來國內外軍事裝備領域的研究熱點。
以儲能形式為劃分依據， 電磁軌道炮脈衝電源存在電容儲能、電感儲能和機械儲能3種類型。 電容儲能憑藉發展成熟、控制簡單和成本較低等優勢成為目前主流的儲能形式。
就目前而言， 制約我國電磁軌道炮發展的技術瓶頸之一是電源小型化。 電源小型化的水準直接決定電磁軌道炮系統的機動性和應用範圍。 相比于電感儲能和機械儲能， 電容儲能型脈衝電源的劣勢主要在於儲能密度低、系統體積大。 因此， 針對系統性能和發射效率的研究有較為重要的現實意義。
關於電容儲能型電磁軌道炮的理論分析和裝置構建， 目前已有較為豐富的研究成果。 但是， 站在整體系統層面、綜合考慮脈衝電源和軌道炮負載（即發射裝置）、針對系統性能和發射效率的研究卻較為欠缺。 對相關文獻進行概括， 可以總結出以下3種研究思路：
1）手動挑選若干組系統參數， 進行試驗或模擬， 獲得對應的發射效率， 簡要分析資料變化趨勢， 得到系統參數對發射效率的影響關係。 2）基於理論模型， 進行定性的理論推導與分析， 得到大致的系統參數對發射效率影響關係（如正比、負相關等）。 3）採用過程整合式軟體嵌套調用系統模擬軟體Simplorer的方式， 進行系統參數優化， 尋找電樞出膛速度或發射效率的最優解。
以往的研究成果， 缺乏詳細深入的量化分析結果， 原因在於：採用試驗或模擬的分析方式， 有限的資料點不足以對發射效率的變化趨勢進行全面細緻的分析；採用定性理論推導的分析方式， 只能得到大致的、粗略的結論， 並且只適用於簡化的理論模型，
研究系統性能和發射效率的技術瓶頸在於， 電磁軌道炮的發射過程是複雜的、含有人為控制因素的機電耦合過程。 具體的耦合關係如圖１所示。
圖1 電磁軌道炮機電耦合關係的示意圖
就軌道炮負載而言， 軌道電流和空間磁感應強度等電氣物理量會直接影響電樞加速過程， 電樞速度和電樞位移等力學物理量也會直接影響負載的電氣特性（如電阻、電感和電動勢等）。
就脈衝電源而言， 儲能單元並聯向負載放電， 由於存在觸發先後順序， 同一時刻儲能單元的狀態各不相同。因此，電磁軌道炮發射過程的求解難度很高，描述發射過程的關鍵物理量（如軌道電流、電樞速度、電樞位移等）的解析運算式難以獲得，發射效率的解析運算式亦難以獲得。
基於以Matlab數值計算軟體為平臺的電磁軌道炮發射過程快速求解方法和脈衝電源觸發策略自動計算方法，本文對電磁軌道炮運行階段系統性能進行研究，分析系統參數對發射效率和電樞出膛動能的影響關係。詳細的、量化的影響關係，對於具體的發射需求（如電樞出膛動能的需求、多次發射對發射效率的需求等）而言有較為重要的指導意義。
結論
本文基於發射過程快速求解方法和觸發策略自動計算方法，對電磁軌道炮運行階段系統性能進行了研究，分析了電樞品質ｍ、準備使用的PFU單元數ｎ、PFU電容預充電壓UO和軌道電流波動幅度ΔＩ對發射效率η和電樞出膛動能Ｅｋ的影響關係，最終得到以下結論：
1）固定系統初始儲能，其他參數不變，隨著ｎ的增大，η總體呈升高的趨勢。2）其他參數不變，隨著ΔＩ的減小，η總體呈升高的趨勢。3）其他參數不變，ｎ、UO自由變化，η和Ｅｋ總體呈單峰趨勢。4）其他參數不變，ｍ、UO自由變化，η和Ｅｋ總體呈單峰趨勢。5）其他參數不變，ｍ、ｎ、UO和ΔＩ自由變化，η和Ｅｋ存在峰值點，並且η和Ｅｋ相互制衡、需要進行權衡與折中。
上述研究方法及結論，對選取合適的系統參數、提高電磁軌道炮系統發射效率和電樞出膛動能，有積極的指導意義。
同一時刻儲能單元的狀態各不相同。因此，電磁軌道炮發射過程的求解難度很高，描述發射過程的關鍵物理量（如軌道電流、電樞速度、電樞位移等）的解析運算式難以獲得，發射效率的解析運算式亦難以獲得。基於以Matlab數值計算軟體為平臺的電磁軌道炮發射過程快速求解方法和脈衝電源觸發策略自動計算方法，本文對電磁軌道炮運行階段系統性能進行研究，分析系統參數對發射效率和電樞出膛動能的影響關係。詳細的、量化的影響關係，對於具體的發射需求（如電樞出膛動能的需求、多次發射對發射效率的需求等）而言有較為重要的指導意義。
結論
本文基於發射過程快速求解方法和觸發策略自動計算方法，對電磁軌道炮運行階段系統性能進行了研究，分析了電樞品質ｍ、準備使用的PFU單元數ｎ、PFU電容預充電壓UO和軌道電流波動幅度ΔＩ對發射效率η和電樞出膛動能Ｅｋ的影響關係，最終得到以下結論：
1）固定系統初始儲能，其他參數不變，隨著ｎ的增大，η總體呈升高的趨勢。2）其他參數不變，隨著ΔＩ的減小，η總體呈升高的趨勢。3）其他參數不變，ｎ、UO自由變化，η和Ｅｋ總體呈單峰趨勢。4）其他參數不變，ｍ、UO自由變化，η和Ｅｋ總體呈單峰趨勢。5）其他參數不變，ｍ、ｎ、UO和ΔＩ自由變化，η和Ｅｋ存在峰值點，並且η和Ｅｋ相互制衡、需要進行權衡與折中。
上述研究方法及結論，對選取合適的系統參數、提高電磁軌道炮系統發射效率和電樞出膛動能，有積極的指導意義。