基于线圈炮实验对其效率影响因素的研究
1831年英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象,1901年挪威地球物理学家伯克兰制成了第一个电磁线圈炮,60年代起,随着脉冲功率技术的蓬勃发展,电磁炮的相关技术得到解决,近年来由于新技术、新材料的不断发展,电磁炮的研究取得了不少实质性的进展,电磁炮已开始进入实用研究阶段,2010年,美国海军宣布成功进行了第一轮电磁炮实验。进入本世纪以后,电磁炮的技术实用化和武器化是关注的热点,电磁炮在军事上面最主要的应用是可作为直接瞄穿武器和远程压制武器,特别是美国的军方出台了一系列的有关电磁炮技术发展的国防政策和国防预研计划,对电磁炮的供电源小型化、电磁脉冲功率传输和转化技术等关键技术进行了研究,推动了电磁炮在陆军和海军武器领域上的应用,并进行了一系列接近实战化的指标演示实验[1]。
线圈炮是电磁炮的最早形式,线圈炮可以发射大质量弹丸,且弹丸与线圈没有接触,因此不存在烧蚀和磨损等问题[2]。而且线圈炮发射弹丸的初速度高,所以可以提高对移动目标的命中率。相比于传统火炮,线圈炮的射程可以通过过载电流直接控制。线圈炮发射时噪音小,而且几乎没有炮口火焰,因而隐蔽性非常好。另外,线圈炮有较高的效率(大于50 %),但是线圈炮存在耗能高、蓄能慢和能量利用率低等缺点。本文将线圈炮实验装置进行改进后进行实验,对如何提高线圈炮效率进行探究。
1 线圈炮原理简介
线圈炮装置简图如图1所示。
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图1 装置简图
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图2 试验装置图
线圈炮由若干固定线圈和弹丸线圈组成。固定线圈相当于炮管,起加速弹丸的作用。当固定线圈依次通电后,形成运动磁场,磁场在弹丸中产生感应电流。感应电流与运动磁场的相互作用产生力,推动弹丸加速运动[3]。为了便于研究实验采用了磁性材料作为弹丸,本实验装置如图2所示。
2 实验原理
设m为线圈炮的质量,V为弹丸射出炮管时的速度,U为电容器的电压,C为电容器的电容,则线圈炮的效率η为:
(1)随着线圈长度的增加,弹丸射速最大的点(最佳位置)逐渐向炮口移动。
(4)最后在条件允许的情况下增大弹丸的质量可以适当提高线圈炮的效率。
由式(1)可看出线圈炮的效率与线圈炮的电压、弹丸质量、速度有关。
据此,本实验的设计思路是:在分别改变电容器电压、线圈的初始位置、线圈的长度、弹丸的质量的情况下,探究线圈炮效率的变化规律。
3 实验与结果分析
3.1 电容器放电的电压对线圈炮效率的影响
为了讨论线圈炮效率与电容器放电的电压之间的关系,本实验在弹丸质量一定,线圈长度相同的情况下,改变电容充电电压的大小,测量弹丸的最大速度[4],根据(1)式计算出线圈炮效率。其规律如图3所示。
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图3 电压对效率影响曲线
由图3可知,随着线圈两端电压的升高线圈炮的速度逐渐增加,但是效率增加不是线性增加,而是随着电压增大效率先上升后减小,到后期效率逐渐减小,这是因为线圈产生的磁场还对弹丸做了负功,电压越大,弹丸的初速度大,相同时间内移动的距离远。在线圈磁场消失前可能会略微受到磁场的反作用力,所以效率不是线性上升,而是随着电压的升高先增大后减小并存在一个峰值。
3.2 弹丸的初始位置对线圈炮效率的影响
在保持线圈长度、电压、弹丸质量不变的情况下,改变弹丸的位置来探究弹丸的初始位置对效率的影响[5],其结果如图4所示。
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图4 弹丸初始位置对效率影响曲线
(4)由于线圈变长,线圈另一端由于距离变长所以提供给弹丸的动力变小,所以想要增大动力,弹丸就要适当地往前移。
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3.3 加速线圈的长度对对线圈炮效率的影响
在相同的情况下给弹丸加速的时间越长,弹丸的初速度应该越大[6],进而线圈炮的效率会更高。因此,改变线圈的长度,探究在相同电压,相同弹丸,不同线圈长度情况下弹丸的最大射速,反映出线圈炮的效率变化情况如图5所示。
由图5可知:
根据技术创新理论,技术创新是技术发明或技术成果首次商业化应用,而技术转移和扩散则是大规模的“模仿”活动。技术创新者能够获得超额垄断利润诱发的“模仿”逐渐导致超额利润消失,生产函数由于该技术的普遍应用而得到提升。两者处于一项新技术从产生到普遍应用的生命周期的不同阶段,受金融结构影响的机理不同,它们对产业结构升级产生的影响也各有特点。
(2)随着线圈长度的增加,弹丸的速度变化幅度逐渐变小。
SAEW-2:ACC:(60.0±1.9)mg/L,p H:6.45±0.24,下述简称:SAEW(60)。
(3)验证中的猜想,随着线圈长度的增加,弹丸的最大速度减小。
由图4易看出:随着弹丸初始位置的不同,弹丸在初始时刻所受的力和加速距离都不一样,所以弹丸的初速度不同,而且弹丸的初速度较快,也许弹丸飞行到加速线圈末端时线圈的磁场还未消失,磁场还可以作用到弹丸上并对其产生影响,因此随着弹丸相对加速线圈的初始位置不同,线圈对弹丸的加速效果也不相同,由图4可以看出对于不同的弹丸初始位置,存在着一个最佳位置,使弹丸的速度最大,效率最高。
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图5 加速线圈长度对效率影响曲线
3.4 弹丸的质量对对线圈炮效率的影响
在磁场中,弹丸在受力的同时,它们本身由于互感也会产生一个与线圈磁场相反的磁场来削弱总磁场,通过改变弹丸的数量,可以改变线圈炮的效率[7]。在弹丸的位置不变、线圈长度不变、放电电压逐渐增大的情况下,改变弹丸质量来探究其对线圈炮效率的影响,得到规律如图6所示。
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图6 弹丸质量对效率影响曲线
由图6可知:
(1)最大速度随着质量增加略有减小(线圈磁场被弹丸的磁场削弱),弹丸倍数增多时应该考虑空气阻力(与炮管阻力几乎为零)。
(2)开始随着电压的增高,线圈炮效率也在增高,增到一定程度后线圈炮效率随电压的增高而降低。
通过辨析以上相关概念,对于公职律师的概念可表述为:具有中华人民共和国律师资格或法律职业资格,依法取得公职律师执业证书,为政府部门或具有社会公共管理、服务职能的事业单位、社会团体提供专门法律服务的公职人员。
(3)在相同的电压下,随着弹丸质量的增加,线圈炮效率也在增高。
4 结果与讨论
(2)弹丸的初始位置一般靠近线圈的尾部效率会比较高。
(1)适当增加电容两端电压可以提升线圈炮的效率。
实验对影响线圈炮效率的四个主要因素进行了定量研究,研究结果表明:
(3)把线圈长度增大到弹丸长度的三倍左右会获得最大效率。
(7)运输配送阶段碳足迹 包括供应商向制造商运输过程、制造商向销售商运输过程、销售商向消费者运输过程、消费者向回收商运输过程、回收商向供应商运输过程的碳足迹。
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为了深入分析,由实验分别得出了电容电压、弹丸的初始位置、线圈长度、弹丸质量对线圈炮效率影响规律的曲线。从四条曲线上可以看出,每个影响因素都存在一个最佳值,使得效率达到最大,因此合理地设计电容电压、弹丸的初始位置、线圈长度、弹丸质量能够提高线圈的效率。实验虽然只是一个线圈炮的模型所得到的规律,但其对提高线圈炮的效率有重要的理论指导意义。
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在高中物理教学中,教师们经常会碰到学生的学习情绪不稳定、学生成绩时上时下的现象.这是由于学生在物理学习的过程中遇到困惑或者是失败造成的.教师在物理教学的过程中应该时刻关注学生学习情绪的变化,帮助学生们不断地获得成功的学习经验,有利于建立他们的自信心,对物理学习保持高涨的情绪.教师在备课过程中,要结合学生实际的学习情况选择相应的教学内容,切不可为了教学进度而忽略学生的学习进程,选择适度的作业和试题,做到因材施教,让学生尝到学习物理成功的乐趣,树立学生的自信心.
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农村基层动物防疫工作无论是疫苗、防疫设备、工作人员的培养、防疫技术的研发都需要大量的经费支持,若经费不足,则农村基层动物防疫工作效率和效果无法得到有效提升,因此基层动物防疫部门必须做好经费投入的准备,加强防疫部门的建设,从技术研发、技术引入、人员培养、疫苗运储等多个方面全面提高农村基层防疫工作效率和效果。
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综上所述,果农要想实现果树健康的成长,提高果实的质量。果树管理人员需要根据不同种类果树的实际情况,采取科学的修剪方式,加强对果树病虫害的防治工作。此外,在果树病虫害的防治工作当中,要积极的将绿色防治方式融入到实际的防治工作当中。不但可以有效的对病虫害进行防治,而且还有助于环保,进而提高果实的数量及产量。
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