摘要：线圈炮是直线电机的一种，和直线电机一样同样存在端部效应。该文从理论上分析r单级感应线圈炮的纵向动态端部效应，发现端部效应所产生的后退衰减行波磁场是产生电枢截获现象的源头，为了避免或减少端部效应的影响，该文采用了补偿线圈的方法对单级驱动线圈进行补偿，其优点是提高了感应线圈炮的效率，并且提出一种带补偿新型多级感应线圈炮思路。

关键词：单级感应线圈炮；边端效应；补偿措施

中图分类号：Ti\iI359. 4    文献标志码：A    文章编号：1001-6848（2010）06-0013-03

  从物理结构上来看，线圈炮是直线电机的一种和直线电机一样同样存在端部效应，在文献

中将这种电磁场边端的畸变分成的哪类端部效应。分别是笫一类纵向边端效应，第二类纵向边端效应，第一类横向边端效应，第二类横向边端效应。但是由于单级感应线圈独特的结构和能量供给方式，所以上述的四类边端效应只存在两类：即第二类纵向边端效应。也被称为动态纵向边端效应。第二类纵向边端效应由于电枢进入或离开驱动线圈而造成的瞬态边端效应。当电枢的速度小于驱动线圈产生行波磁场的速度时，这时回路中除了产生同电机同样的磁场外，还会产生另部分感应电流，由愣次定律可知，这部分感应电流会削弱气隙中的磁场，同样在闭合回路的出端也会产生一个加强气隙中磁场的感应电流，它们是由寄生性质的，就是说当电枢运动时候，此现象才会产生，冈此又称为动态纵向边端效应。下面就从理论上定量来分析线圈炮纵向边端效应的影响，并给出相应补偿措施。

  感应线圈炮的磁场与电枢电流分布属于三维问题，对于高速感应线圈炮，在气隙不太大的情况下，可以考虑用一维模型，并采用一些合理的假设，分析纵向边端效应与横向边端效应对气隙磁场的影响：

  基本假设：①各场量足时间的正弦函数；②用修正系数K1>1来体现电枢的集肤效应；并且由于横向端部效应的影响，磁化屯抗按系数K考虑；③有电流仪有z分量；④可用等值的电流层代替载流的驱动线圈；⑤用系数K考虑气隙漏磁场的影响，它使线圈炮有效气隙减小。

    考虑到驱动线圈和电枢存在相对运动，用于感应线圈炮理论分析的电磁场基本方程为：

      (l)对于一维情况，有：

    设m为驱动线圈电流角频率，由上述假设可知，驱动线圈面电流密度为

   

    下面给出各个区域的方程式：

    有效区域(O

由欧姆定理得

 

 (7)和式(8)可得：

式(9)的持性方程为：

式(9)的全解可写为：

    人口区域(x>O)出口区域(x>L)在人口区域和出口区域没有驱动线圈电流，因此，它们的磁场强度可简单地表示为：

  在x=0和x=1时，边界条件要求磁场强度和电枢电流密度是连续的，因此

    上述电磁场分析使我们能够对动态端部效应进行研究，从式(14)可以看出：气隙磁场B中含有通常币衰减的前进行波磁场；此外还有由于端部效应引起的前进和后退两种衰减的行波磁场，这两种波称为端部效应波，可以把它们表示为：

  从上述两种端部效应波的表达式中，我们重点关心后退衰减的行波磁场，它是产生电枢截获的源头。因为当电枢相对于驱动线圈作高速运动时，行波磁场在炮管（驱动线圈）入日和出口端会发生畸变，相应的电枢区域也将感应出涡流，沿运动方向在驱动线圈前端位置所对应的电枢区域会产生涡流以阻碍该区域气隙磁场强度的增强，这时产生的力是驱动力（有用功）；在驱动线圈的后端位置所对应的电枢区域则会产生涡流以阻碍该区域气隙磁场强度的减弱，这时产生的力就是制动力（无用功），就会出现“电枢截获”现象。它会导致感应线圈炮的损耗增加，功率因数降低，驱动力减小，控制复杂等等。因此有必要减少后退衰减的磁场大小。

2单级感应线圈炮端部效应的补偿措施

    从上面对单级感应线圈炮的端部效应分析，要想降低动态端部效应对每一级线圈炮的影响，一般采用在单级驱动线圈外还增加一个补偿线圈，其产生的磁场方向与补偿的驱动线圈相反，这样不但不会增加损耗，还充分利用端部效应所产生的后退磁场进一步增加电枢的驱动力。一般补偿线圈可以放在驱动线圈的后面，这样明显比传统的单级线圈炮的效率高，如图2所示。

   

  如图2所示，红色区域是原来的驱动线圈，而蓝色区域相对于每一级的补偿线圈，这样，如果把单级驱动线圈和补偿线圈作为一级，这样组成新型多级感应线圈炮，其效率也比传统的多级感应线圈炮高。这种新型的多级惑应线圈炮的优点，充分利用驱动线圈所产生的磁场，其效率增加；但也有其缺点：补偿线圈和驱动线圈之间的协调关系，能够使电枢在出补偿线圈时感应电流为零。这是新型多级感应线圈炮的关键。

3结论

    我们从理论上定量分析了传统感应线圈炮中电枢截获现象的原因，并指出这是线圈炮所固有的特性一端部效应。为了减少端部效应以提高效率，我们提出采用补偿线圈的方法来对其进行补偿，补偿线圈的磁场方向与驱动线圈的方向相反，这样就充分利用了端部效应所产生后退衰减行波磁场，增加其单级感应线圈炮的效率，从进一步增加了多级感应线圈炮的效率，我们下一步的工作就是对这种新型的感应线圈炮中的关键一补偿线圈和驱动线圈的之间磁场关系进行分析。