PDF《无人机电磁弹射器的综合制动方法 س》

反接 制动能够产生较大的制动力, 但控制时机比较重 要, 易导致器件过载;

涡流制动, 相对来说比较简 单, 它利用在电磁场中做切割磁力线运动的导体 所产生的电涡流与其自身电阻共同作用生成热, 使运动物体的动能转化成热能来实现制动.因此, 电磁弹射器的电制动主要采用涡流制动方式, 并以橡胶阻尼制动作为辅助. 根据直线电机的特点, 末段的定子铁心采用 实心方式以增加涡流效应, 不仅如此, 在制动末段 两侧还布置了永磁体阵列来增强涡流制动效果. 最后, 在轨道的尾端增加了橡胶阻尼来提供足够 的制动力使弹射台停止.因此, 弹射台的综合制 动过程表现为: 无人机飞离后, 定子线圈停止供 电, 弹射台进入定子铁心实心区域, 运动的永磁体 动子由于在定子铁心中产生的涡流而产生制动 力, 弹射台的速度降低;

同时, 两侧布置的永磁涡 流制动装置进一步使弹射台速度降低;

弹射台进 入制动段末端时, 与橡胶阻尼器碰撞接触, 橡胶阻 尼吸能可将弹射台完全制动.

2 直线电机末段实铁心涡流制动方式的 分析计算[

5 ] 将直线电机末段定子铁心结构改为非叠片的 实心形式, 目的是在不改动电机结构的前提下, 增 加定子铁心的涡流损耗, 提升涡流制动力.如图 2所示, 视定子铁心为无限大的金属平面, 满足 p

2 1 , p μ r时, 动子产生的运动磁场切割实心铁 心而产生的涡流损耗可以表示为[

7 ] : P e= q p

3 22σμ2r(Kze-qb)2(1)其中, P e 是实心铁心中的涡流损耗, p 定义为 τ / δ , q 定义为 π/ τ , τ是行波磁场等效极距, δ 是实心 铁心的集肤深度, σ是实心铁心的电导率, μ r 是实 心铁心的相对磁导率, K z 是行波磁场等效电流层 的线密度, b 是电流层到实心铁心的距离. 相应地, 涡流损耗产生的制动力为: f =- P e/ v (

2 ) 图2磁场中的厚金属板 F i g .

2 T h i c km e t a l p l a t ei nm a g n e t i c 铁心的磁导率、 电导率以及动子极距都为常 数, 所以式(

1 ) 可以简化为涡流损耗与动子速度 v 之间的函数关系, 并且考虑到实际的定子铁心表 面为周期变化的齿槽结构, 式(

1 ) 近似简化为: P

2 e= a

3 v

3 + a

2 v

2 + a

1 v + a

0 (

3 ) 表 1为利用有限元计算得到的涡流损耗结 果, 利用这些数据可以进行结果拟合, 得到多项式 的四个 系数大小, 它们分别为: a

3 =5

4 05

0 0 , ・

2 6 ・ 第 5期 吴峻, 等: 无人机电磁弹射器的综合制动方法 a 2=

8 6

89 0

0 , a 1=-

23 6

85 0

0 , a

0 =

0 .图 3所示 为多项式计算结果与有限元计算结果对比, 两者 基本吻合, 式(

3 ) 的准确性得到验证, 式(

3 ) 的计 算结果可以用来分析实铁心涡流制动方式的制动 效果. 表1用于计算多项式系数的数据 T a b .

1 D a t af o r c a l c u l a t i o ni np o l y n o m i a l s 动子速度/ ( m/ s )

0 2

5 1

0 涡流损耗/ W

0 1

8 0

0 9

0 0

0 2

60 0

0 由图 3可知, 当弹射台的速度大于

1 0 m/ s 时, 定子实铁心涡流制动产生的制动效果明显, 当弹 射台的速度低于

3 m/ s 时, 定子实铁心涡流制动 产生的制动力将迅速下降, 此时效果不明显, 需要 增加其他的辅助制动措施. 图3简化多项式计算结果与有限元计算结果对比 F i g .

3 C o m p a r i s o nb e t w e e np o l y n o m i a l s a n dF E M