第21卷第2期2009年6月
弹道学报
Journal of Ballistics
V ol.21N o.2June 2009
收稿日期:2008 04 02
基金项目:国家自然科学基金项目(50675106);浙江省科技计划项目(2008C21111);嘉兴市科技计划项目(2007AY1010);中国博士后科
学基金项目(20080431099)
作者简介:胡红生(1976-),男,副教授,博士后,研究方向为机电系统动力学分析及振动控制.
火炮磁流变后坐阻尼器的设计与磁路分析
胡红生1,2,王 炅2,李延成2
(1.嘉兴学院机电工程学院,嘉兴314001;2.南京理工大学机械工程学院,南京210094)
摘要:研究了高冲击载荷作用下的火炮磁流变后坐阻尼器,设计了一多阶带槽且经过光滑处理的长行程磁流变阻尼器,运用电磁场有限元分析软件对阻尼器结构与磁路耦合问题进行了求解,分析了线圈绕向、活塞和钢筒部件材料、饱和电流、阻尼通道等各种工况下阻尼器磁场分布情况,给出了冲击载荷下的磁流变后坐阻尼器磁路设计一般准则.数值计算结果表明设计的长行程火炮磁流变后坐阻尼器满足结构与磁路设计要求.关键词:磁流变阻尼器;有限元分析;火炮;后坐
中图分类号:T H113 文献标识码:A 文章编号:1004 499X(2009)02 0078 05
Design and Magnetic Analysis of a Gun Recoil Magneto Rheological Damper
H U H ong sheng
1,2
,WANG Jiong 2,LI Yan cheng
2
(1.S chool of M echanical an d Electrical Engin eering,Jiax ing U nivers ity,Jiaxing 314001,C hina;
2.School of M echanical Engineering,NU ST,Nanjing 210094,Ch ina)
Abstract:A g un r ecoil m agneto rheo logical (M R)damper under impact load was resear ched.A full scale g un recoil MR damper w ith lo ng stro ke,multistage slotted and smo othness disposal w as designed.T he co upling pro blem betw een structure and m ag netic cir cuit for M R reco il damper w as so lved by the electromagnetic field finite element analysis so ftw ar e,and the electrom ag netic field distribution of the desig ned gun r ecoil MR damper w as also analyzed under different condi tions,such as coil r inging direction,plung er and steel cy linder part s mater ial selection,dampen channel,sm oothness and chamfering disposal,etc.The magnetic circuit design rules of M R re co il damper under high im pact load w ere also concluded.T he sim ulation results indicate that the perform ance of the desig ned gun reco il damper satisfy the desig n requirements.Key w ords:magneto rheo logical dam per;finite element analysis;guns;recoil 传统的火炮反后坐装置油孔面积是常数或者是缓冲器行程的固定函数,难以根据外部环境和射击条件的改变实时对阻尼规律进行调整,且其所含的液压装置质量大,影响火炮的机动性[1]
.磁流变阻尼器具有输出力大、质量轻、结构简单、响应迅速、易于控制等特点.将磁流变阻尼器应用于火炮反后坐系统上,可以减小后坐力或行程,减轻火炮重量以提高机动性能,同时能够适应不同的工况,减小火炮发射时的振动,改善对火炮平稳性的控制,提高精度和毁伤率.目
前,国内外已经开始研究将磁流变技术应用于军事工
程领域和火炮等武器装备系统的抗振动冲击设计,如Ahmadian 等将磁流变(MR)阻尼器用于前冲炮的冲击振动控制中,进行了靶场试验,在对阻尼器施行固定电流控制时,效果显示随着电流的增加后坐时间或后坐力能够减小40%以上[2,3].南京理工大学王炅、侯保林等将磁流变阻尼技术应用于火炮反后坐装置上,设计了实物样机并验证了磁流变反后坐装置对后坐力和后坐行程的控制效果[4~6].
第2期胡红生,等 火炮磁流变后坐阻尼器的设计与磁路分析
目前对磁流变阻尼器进行计算分析的理论模型都近似认为磁场在磁流变液中的分布是均匀的,进而认为其产生的剪切力也是均匀分布的,而磁场的实际分布是不均匀的[7].另外,在设计磁流变阻尼器时,目前的研究建立模型时把结构设计与磁路设计分开考虑,没有考虑两者之间的相互影响[4,5]
;且国内对火炮磁流变后坐阻尼器在复杂载荷环境下的动态特性研究并没有深入开展,对于其在各种控制方法下的响应特性也没有很多的探讨.
根据火炮反后坐装置的结构特点和动力学特性,为使火炮磁流变后坐阻尼器获得更好的可控阻尼性能,设计了一多阶、带槽且经过光滑处理的长行程火炮磁流变后坐阻尼器.针对这类装置的结构与磁路耦合分析仍未见报道.本文以火炮磁流变后坐阻尼器为对象,利用电磁场有限元分析软件An so ft,分析了不同因素对磁路的影响,如电流强度、活塞和钢筒部件材料、铁芯结构的几何形状等对阻尼通道的磁场分布及阻尼力大小的影响,对不同的活塞结构在相同载荷下的磁场分布作了比较,研究了磁路中的磁场强度与激励电流之间的关系并予以仿真验证,为火炮用磁流变后坐阻尼器结构优化和性能分析及其工程应用奠定了技术基础.
1 火炮磁流变后坐阻尼器磁路与结构
1.1 磁路理论
磁流变阻尼器磁路设计的主要任务是根据性能要求确定磁路各部分的尺寸、形状、线圈匝数以及缠绕方式等[8,9].火炮用磁流变后坐阻尼器的元件材料和一般的M R 以及传统的液压阻尼器相比较,材料除满足必备的机械动力学性能以外,还必须具有良好的导磁性能,要求作为铁芯的活塞的磁导率尽可能高;而缸筒与活塞杆作为主要的支撑与导向部件,其材料的选择必须考虑到火炮发射时冲击振动作用下的阻尼器刚度和强度问题.设计的火炮磁流变后坐阻尼器磁路形式可看作为甲型磁路,阻尼器各元件与磁路的相对应名称如图1所示
.
图1 火炮磁流变后坐阻尼器磁路
由图1,火炮磁流变后坐阻尼器的阻尼通道位于阻尼器内部,活塞与缸筒之间留有1~2mm 间隙作为阻尼通道,活塞外表面缠有线圈,阻尼通道作为气隙,缸筒作为磁轭,从而形成一个闭合的磁路.磁路设计的主要目的,是要保证在电流最大时磁路各部分能向磁流变液传递足够的磁场.根据磁路的设计准则,在最大电流下,磁路要能向磁流变液传递其饱和磁场强度;其次,要保证磁流变液中的磁场能量远大于其它部分,即减小磁路其它部分的能量损耗.由于结构和材料的限制,当单级的阻尼器磁路无法向磁流变液提供所需的磁场时,可以采用多级结构,且铁芯的工作点应处于磁导率最大的位置,即磁化曲线的拐点处;进一步计算可确定线圈骨架磁阻、线圈匝数N .当求得线圈和铁芯的有关系数以后,即可反过来求得在不同的电流下对应的阻尼通道的磁场强度,从而可以获得相应的库仑阻尼力.1.2 长行程火炮磁流变后坐阻尼器模型
火炮磁流变后坐阻尼器工作于复杂载荷环境下,到目前为止,从阻尼器设计方法、动力学模型到控制算法都没有形成一个系统的体系.建立正确的磁路模型是分析磁路和阻尼器结构设计的前提,实际工程中的磁路大多数都可以简化为最常见的基本磁路形式
[9]
.对磁路进行有限元分析,一般来说应先
根据设计要求建立器件的结构模型,进行相应的网格划分,并施加一定的约束条件和载荷,最后求解并提取分析结果.图2所示为设计的长行程火炮磁流变后坐阻尼器结构.该阻尼器是单杆单筒式长行程磁流变阻尼器,主要结构包括活塞杆、活塞、缸筒、前后端盖以及充满于缸筒和活塞杆之间的磁流变液
.
图2 设计的火炮用长行程磁流变阻尼器
设计时选取的主要尺寸和相关参数见表1,表中,L 为行程,F m 为最大阻尼力,d 为缸体直径,s 为间隙尺寸,V e 为有效体积,E m 为最大剪切屈服强度.选用的液体为宁波杉工集团生产的M RF 2305液体,活塞采用二级线圈串联的方式,每级线圈分3层135匝,其中相邻线圈的绕向方向相反,以保证产生的磁场不会因为磁场方向相反而抵消.磁流变
液和45#钢的磁化曲线见图3.
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弹道学报第21卷
表1 设计的磁流变阻尼器基本参数
L /mm F m /kN d /mm s /m m V e /ml E m /kPa 750
6
56
1.5
800
55
图3 磁化曲线
2 火炮磁流变后坐阻尼器结构与磁路
的耦合有限元分析
对工程问题进行有限元求解需要建立模型,定义材料属性,网格划分,定义载荷和后处理等5个步骤,本文采用了Ansoft M axw ell 的自适应网格剖分技术.根据设计的长行程单筒式磁流变后坐阻尼器结构特点,其磁路模型如图4所示
.
图4 火炮磁流变后坐阻尼器磁路模型
在Maxwell 2D 界面中,选择Set Boundaries/Sources,指定线圈类型为Source/Solid,将2个线圈的电流设置为大小相等、方向相反.进一步基于磁路有限元,分析了线圈绕向、活塞和钢筒部件材料、饱和电流、阻尼通道以及光滑倒角等各种工况下设计的磁流变阻尼器磁场分布情况.根据求解的仿真结果,从磁力线的分布可以看出,距离线圈的远近不同,磁力线呈现非均匀分布,离线圈越近,磁力线越密,表明磁通量越大;离线圈越远,磁力线越少,表明磁通量越小.由于铁芯和磁流变液的磁特性不同,在阻尼通道处磁力线方向发生改变.在不考虑漏磁的理想情况下,磁力线全部分布在有效的回路内,磁力线基本与流体的流动方向垂直,
符合磁路设计的原则.从磁感应强度的分布图5可以
看出,铁芯(活塞)处的强度最大,磁轭部分(缸筒)次之,阻尼通道的最小,与设计结果一致
.
图5 磁流变阻尼器阻尼通道的磁感应强度
图6给出了光滑处理后线圈绕向相反时的磁力线分布有限元分析结果.由图6,不同电流下的磁感应分布规律基本一致,磁感应强度根据距离线圈位
置的远近呈梯度分布,铁芯处的磁感应强度最大,磁轭次之,阻尼通道的最小,符合设计结果.阻尼通道的磁场非均匀分布也说明在磁流变阻尼器的工作过程中,阻尼通道的磁流变液流动中所产生的阻尼力是不一致的,在靠近线圈处产生的阻力大,在活塞边缘处阻尼力小.另外阻尼通道的磁流变液达到饱和状态时,铁芯的工作点也基本处于最大的磁导率处,即在此刻铁芯所产生的磁能积最大,处于最佳工作点,表明磁路的利用率是较高的,符合设计结论
.
图6 光滑处理后线圈绕向相反时磁力线分布(开槽)
图7给出了线圈绕向相同时,阻尼器内部阻尼通道内各处的磁感应强度,图中,L e 为每级结构有效长度.由于阻尼器结构材料的磁导率远大于磁流变液的磁导率,从而可以使得在很小的间隙中就可以产生很大的磁压降,两者的磁导率比值越大,则间隙中的磁压降越大,产生的磁化现象越强,磁流变效应也相对越强.
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第2期胡红生,等
火炮磁流变后坐阻尼器的设计与磁路分析
图7 线圈绕向相同时阻尼通道内各处磁感应强度
(2.0A,s =1.5mm)
为了进一步分析阻尼通道的磁场分布情况,通过定义路径(由活塞边缘靠近线圈方向)得到阻尼通道的不同节点的磁感应强度的分布曲线,如图8、图9所示.由图可以看出,在阻尼通道位置为20m m 和
180mm 2个位置磁感应强度达到最大值;而距离线圈的位置越远,数值越小,阻尼通道的磁感应强度基本在1.0~ 1.5T 的范围波动,呈现非线形变化.由于设计的阻尼通道长度达到200mm,所以其数值的波动较大.图8比较了活塞为1J22合金,钢筒分别采用45#
钢与1J22合金时阻尼通道内各处的磁感应强度分布结果.阻尼器磁路中磁芯材料可增加磁感,改变
磁路的磁通密度,减小漏磁等,选择磁芯材料应根据其性能和价格综合考虑.图9比较了线圈绕向相同和相反2种工况下,通以饱和电流时阻尼通道内各处磁感应强度.由图9可知,为了减小活塞的体积质量,设计的阻尼器宜采用二级磁路结构,若相邻两级线圈绕向相同时,其磁感应强度较小,磁通分布较差
.
图8
钢筒材料不同时阻尼通道内各处磁感应强度
图9 通以饱和电流(20A,s =1.5mm)时阻尼通道内各处磁感应强度
3 结论
通过对设计的长行程火炮用磁流变后坐阻尼器有限元仿真分析,得出以下结论: 磁场在阻尼通道中非均匀分布,选用1J22合金做活塞材料,其效果好
于45#钢.!活塞结构形式的改变可使阻尼通道磁场分布的规律发生改变,因此在实际的应用中将活塞做成不同的形状可以得到期望的控制规律.?阻尼通道过长会削弱通道内的磁感应强度,故对于过长的阻尼通道采取多级线圈的方式可以获得更满意的磁场.
#磁路的磁饱和问题是磁流变阻尼器设计中必须考
虑的问题,当磁路没有达到饱和时,随励磁电流增加,阻尼器的阻尼力不断增大,变化关系基本满足线性关系.随着电流的增大,磁路接近磁饱和状态,阻尼力增加较小,所以磁路设计要使磁路的工作范围在磁饱和曲线的线性区域,不能接近磁饱和状态.
由于磁路分析只考虑了静态,没有考虑漏磁,实际情况多为动态,所以还有磁滞问题,在以后的改进中将考虑这方面因素.
磁流变阻尼器是实现火炮半主动反后坐系统的关键部件,本文针对火炮反后坐装置特点,设计了一
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长行程磁流变后坐阻尼器,并对其磁路与结构设计的耦合问题进行了初步求解.在对火炮用长行程磁流变阻尼器磁路设计理论分析的基础上,给出了磁路设计的一般准则;基于电磁场有限元分析软件Anso ft M axw ell建立了火炮磁流变后坐阻尼器电磁有限元模型,讨论分析了线圈绕向、活塞和钢筒部件材料、饱和电流、阻尼通道以及光滑倒角等各种工况对磁路产生的影响,仿真计算结果指出,设计的长行程火炮磁流变后坐阻尼器满足基本设计要求.
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1 绘制弹体零件图和半备弹丸图 据任务书所提供的弹体结构简图和尺寸，运用AutoCAD绘制杀爆弹弹体零件图和半备弹丸图（附图1），标出相关尺寸，以便于识图和计算。 (1)根据弹体结构简图，进行页面的布局设置； (2)利用图层管理器创建图层，设定线型、线宽和颜色，如粗实线、细实线、中心线、剖面线、尺寸线等，并设定好不同的颜色以及不同的线型和线宽； (3)利用标注样式管理器，创建尺寸标注样式。根据需要，创建标准标注、带尺寸公差标注、圆柱标注等。 2.在绘制过程中应注意几点： (1) 应设置几处不同的图层，各图层设置的颜色和线型应不同，绘图时在同一类型的图形放在同一图层中，便于修改。 (2) 由于是用A4图纸打印,小于弹体实际尺寸,因此应加大字体和线宽，否则有可能显示不出来，或看不清图纸，给分析带来不便。 (3) 在标注过程中应该注意其字高的一致。（文字高度为7）
2 弹体发射强度计算与分析 2.1 膛内发射过程分析 弹丸在膛内运动时，受各种载荷的作用。由于这些载荷的作用，弹丸各零件都会发生不同程度的变形，当变形超过一定允许程度，就可能影响弹丸沿炮膛的正确运动，严重时会使弹丸在膛内受阻，或弹丸零件发生破裂，或炸药被引爆发生膛炸事故。 弹丸在膛内运动中，除了必须保证安全性外，还必须保证运动正确性，即有良好的运动姿态，这对弹丸的射击精度有重要意义。 2.2 弹体载荷分析与计算 发射时所受的载荷 (1)火药气体压力 (2)惯性力 (3)装填物压力 (4)弹带压力（弹带挤入膛线时引起的力） (5)不均衡力（弹丸运动过程中由不均衡因素引起的力） (6)导转侧力 (7)摩擦力 这些载荷，有的对发射强度起直接影响，有的主要影响膛内运动的正确性。其中火药气体压力为基本载荷。在火药气体压力作用下，弹丸在膛内产生运动，获得一定的加速度，并由此引起其他载荷。 2.2.1火药气体压力 火药气体压力是指炮弹发射中，发射药被点燃后，形成大量的气体。在炮膛内形成的气体压力称为“膛压”。 2.2.2惯性力 弹丸在膛内做加速运动时，整个弹丸各零件上均作用有轴向惯性力、径向惯性力与切向惯性力。
1.结构设计 2.工作原理 2.1磁流变液 磁流变液是在1948 年被Rabinow,J.发明的一种由非磁性基液（如矿物油、硅油等）、微小磁性颗粒、表面活性剂（也称稳定剂）等组合而成的智能型流体材料。在无磁场加入的条件下，磁流变液将表现为低粘度较强流动性的牛顿流体特性，加入磁场后，则会表现为高粘度低流动性的Bingham 流体特性。 非磁性基液是一种绝缘、耐腐蚀、化学性能稳定的有机液体。基液所拥有的特征是：粘度较低，磁流变液在没有磁场加入的条件下表现为低粘度状态，这样能够较好的降低磁流变液的零场粘度； 沸点高、凝固点较低，这样就可以确保磁流变液在温度变化波动较大的环境下工作依然可以保持较高的稳定性；较高的密度，能够保证磁流变液不会因沉降问题而无法正常使用； 无毒无味、廉价，保障其安全性的同时做到能够广泛使用。 微小磁性颗粒是一种可离散、可极化的软磁性固体颗粒，其单位是微米数量级的。其主要的特征有[5]： 低矫顽力，对于已经磁化过的液体，加较小的磁场就能够使其恢复零磁场状态，即拥有较高的保磁能力； 高磁导率，能够在弱磁场中获得较强的磁感应强度从而节约能量；磁滞回线狭窄、内聚力小； 磁性颗粒的体积应相对大一些，用于存贮更多的能量。 表面活性剂是可以增加溶液或混合物等稳定性的化学物质。在实际使用过程中，磁流变液比较容易出现沉降分层现象，所以需要在磁流变液中加入表面活性剂保证物理化学性能的平衡，减少分层、降低沉降。 2.2磁流变液的工作模式 磁流变液在外加磁场影响下出现磁流变效应现象，改变流体的表观粘度、流动状态，从而改变剪切屈服应力等参数，使输出的阻尼力能够实时变化，达到所期望的目的。现如今，磁路变液的一般工作模式有三类：流动式、剪切式及挤压式，如下图所示。 （a）流动式（b）剪切式（c）挤压式 图1-3 磁流变液工作模式 Fig. 1-3 MR fluid working mode 流动式：如图1-3（a）所示，在两块固定静止的磁极板中间具有充足的磁流变液，对磁流变液施加一个压力使其流过两磁极板，其中，两极板之间外加了与磁流变液运动方向垂直的磁场。当磁性液体经过磁场时，其流体特性与流动状态被改变从而产生剪切应力即阻尼力。改变线圈的输入电流强弱从而使磁场强度发生变化，阻尼力也会跟着变化，实现实时调节的效果。流动式多用于控制阀、阻尼器、电磁元件等的设计。
分数: ___________ 任课教师签字：___________ 华北电力大学研究生结课作业 学年学期：第一学年第一学期 课程名称：线性系统理论 学生姓名： 学号： 提交时 目录 目录 (1) 1 研究背景及意义 (3) 2 弹簧-质量-阻尼模型 (3) 2.1 系统的建立 (3) 2.1.1 系统传递函数的计算 (4) 2.2 系统的能控能观性分析 (6) 2.2.1 系统能控性分析 (6) 2.2.2 系统能观性分析 (7) 2.3 系统的稳定性分析 (7) 2.3.1 反馈控制理论中的稳定性分析方法 (7) 2.3.2 利用Matlab分析系统稳定性 (8) 2.3.3 Simulink仿真结果 (9) 2.4 系统的极点配置 (10) 2.4.1 状态反馈法 (10) 2.4.2 输出反馈法 (11) 2.4.2 系统极点配置 (11)
2.5系统的状态观测器 (13) 2.6 利用离散的方法研究系统的特性 (15) 2.6.1 离散化定义和方法 (15) 2.6.2 零阶保持器 (16) 2.6.3 一阶保持器 (17) 2.6.4 双线性变换法 (18) 3.总结 (18) 4.参考文献 (19)
弹簧-质量-阻尼系统的建模与控制系统设计 1 研究背景及意义 弹簧、阻尼器、质量块是组成机械系统的理想元件。由它们组成的弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统，在生活中具有相当广泛的用途，缓冲器就是其中的一种。缓冲装置是吸收和耗散过程产生能量的主要部件，其吸收耗散能量的能力大小直接关系到系统的安全与稳定。缓冲器在生活中处处可见，例如我们的汽车减震装置和用来消耗碰撞能量的缓冲器，其缓冲系统的性能直接影响着汽车的稳定与驾驶员安全；另外，天宫一号在太空实现交会对接时缓冲系统的稳定与否直接影响着交会对接的成功。因此，对弹簧-质量-阻尼系统的研究有着非常深的现实意义。 2 弹簧-质量-阻尼模型 数学模型是定量地描述系统的动态特性，揭示系统的结构、参数与动态特性之间关系的数学表达式。其中，微分方程是基本的数学模型，不论是机械的、液压的、电气的或热力学的系统等都可以用微分方程来描述。微分方程的解就是系统在输入作用下的输出响应。所以，建立数学模型是研究系统、预测其动态响应的前提。通常情况下，列写机械振动系统的微分方程都是应用力学中的牛顿定律、质量守恒定律等。 弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统。机械系统如图2.1所示， 图2-1弹簧-质量-阻尼系统机械结构简图 其中、表示小车的质量，表示缓冲器的粘滞摩擦系数，表示弹簧的弹性系数，表示小车所受的外力，是系统的输入即,表示小车的位移，是系统的输出，即，i=1,2。设缓冲器的摩擦力与活塞的速度成正比，其中，，，，，。 2.1 系统的建立
磁路与变压器 一、选择题： 1、一台Y，d11连接的三相变压器，额定容量S N＝630kVA，额定电压U N1／U N2 ＝10／0.4kV，二次侧的额定电流是：（正确答案是:C） A、 21A B、 36.4A C、 525A D 、909A 2、变压器的额定容量是指： （正确答案是:C） A、一、二次侧容量之和 B、二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的有功功率 C、二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的视在功率 D 一、二次侧容量之和的平均值 3、变压器铁芯中的主磁通Φ按正弦规律变化，绕组中的感应电动势： （正确答案是:C） A、正弦变化、相位一致 B、正弦变化、相位相反 C、正弦变化、相位滞后900 D 正弦变化、相位与规定的正方向无关 4、一台变压器，当铁芯中的饱和程度增加时，励磁电抗Xm： （正确答案是:B） A、不变 B、变小 C、变大 D 都有可能 5、一台原设计为50Hz的电力变压器，运行在60Hz的电网上，若额定电压值不变，则空载电流： （正确答案是:A） A、减小 B、增大 C、不变 D 减小或增大 6、变压器在( )时，效率最高。： （正确答案是:A） A、额定负载下运行
B、空载运行 C、轻载运行 D 超过额定负载下运行 7、额定电压为10／0.4kV的配电变压器，连接组别一般采用( )接线方式。： （正确答案是:C） A、 Y，y0 B、 D，y11 C、 Y，yn0 D Y，d11 8、多台变压器在并联运行时： （正确答案是:D） A、容量较大的变压器首先满载 B、容量较小的变压器首先满载 C、短路阻抗百分数大的变压器首先满载 D 短路阻抗百分数小的变压器首先满载 9、一台双绕组变压器改接成自耦变压器，变比之间的关系可表示为： （正确答案是:A） A、 Ka＝1＋K B、 Ka＝K－1 C、 K＝Ka＋1 D K＝Ka 10、自耦变压器的变比Ka一般： （正确答案是:B） A、≥2 B、≤2 C、≥10 D ≤10 11、变比k=2的变压器，空载损耗250W(从低压侧测得)，短路损耗1000W(从高压侧测得)，则变压器效率最大时，负载系数βm=( )： （正确答案是:C ） A、 1 B、 2 C、 0.5 D 0.25 12、若将变压器一次侧接到电压大小与铭牌相同的直流电源上，变压器的电流比额定电流( )： （正确答案是:D）
旋风分离器设计方案 用户：特瑞斯信力（常州）燃气设备有限公司 型号： XC24A-31 任务书编号： SR11014 工作令： SWA11298 图号： SW03-020-00 编制：日期：
本设计中旋风分离器属于中压容器，应以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命。设计标准如下： a. TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 b. GB150-1998《钢制压力容器》 c. HG20584-1998《钢制化工容器制造技术要求》 d. JB4712.2-2007《容器支座》 2、旋风分离器结构与原理 旋风分离器结构简单、造价低廉，无运动部件，操作范围广，不受温度、压力限制，分离效率高。一般主要应用于需要高效除去固、液颗粒的场合，不论颗粒尺寸大小都可以应用，适用于各种燃气及其他非腐蚀性气体。 说明： 旋风分离器的总体结构主要由：进 料布气室、旋风分离组件、排气室、 集污室和进出口接管及人孔等部分组 成。旋风分离器的核心部件是旋风分 离组件，它由多根旋风分离管呈叠加 布置组装而成。 旋风管是一个利用离心原理的2 英寸管状物。待过滤的燃气从进气口 进入，在管内形成旋流，由于固、液 颗粒和燃气的密度差异，在离心力的 作用下分离、清洁燃气从上导管溜走， 固体颗粒从下导管落入分离器底部， 从排污口排走。由于旋风除尘过滤器 的工作原理，决定了它的结构型式是 立式的。常用在有大量杂物或有大量 液滴出现的场合。
其设计的主要步骤如下： ①根据介质特性，选择合适的壳体材料、接管、法兰等部件材料； ②设计参数的确定； ③根据用户提供的设计条件及参数，根据GB150公式，预设壳体壁厚； ④从连接的密封性、强度等出发，按标准选用法兰、垫片及紧固件； ⑤使用化工设备中心站开发的正版软件，SW6校核设备强度，确定壳体厚度及接管壁厚； ⑥焊接接头型式的选择； ⑦根据以上的容器设计计算，画出设计总设备图及零件图。 4、材料的选择 ①筒体与封头的材料选择： 天然气最主要的成分是甲烷，经过处理的天然气具有无腐蚀性，因此可选用一般的钢材。由操作条件可知，该容器属于中压、常温范畴。在常温下材料的组织性和力学性能没有明显的变化。综合了材料的机械性能、焊接性能、腐蚀情况、强度条件、钢板的耗材量与质量以及价格的要求，筒体和封头的材料选择钢号为Q345R的钢板，使用状态为热轧（设计温度为-20～475℃，钢板标准GB 713-2008 锅炉和压力容器用钢板）。 ②接管的材料选择： 根据GB150《钢制压力容器》引用标准以及接管要求焊接性能较好且塑性好的要求，故选择16Mn号GB6479《高压化肥设备用无缝钢管》作各型号接管。因设备设计压力较高，涉及到开孔补强问题，在后面的强度计算过程中，选择16MnII锻件作为接管材料。 ③法兰的材料选择： 法兰选用ASME B16.5-2009钢制管法兰，材质：16MnII，符合NB/T47008-2009压力容器用碳素钢和低合金钢锻件标准。 ④其他附件用材原则： 与受压件相焊的的垫板，选用与壳体一致的材料：Q345R GB713-2008； 其余非受压件，选用Q235-B GB3274 《碳素结构钢和低合金钢热轧厚钢板和
1．阻尼器应用的设计目标和理念 传统建筑，无论木结构，钢筋混凝土，钢结构已经有上百年的抗风，抗震历史，为什么提出在这些建筑中添加阻尼器精简总结，有以下几点原因： ●对于一些使用要求较高的建筑结构（超高层，大跨结构等），地震，抗风形成动力难题，需 要更合理的解决办法； ●对比其他传统方案，减少结构受力体系的造价； ●科学不断发展，开辟了解决结构工程问题的新思路；可以使结构最大限度的保持在弹性范围 内工作，为结构提升安全保障。 以某抗震加固工程为例，我们对剪力墙（传统方案）和液体粘滞阻尼器两个方案从理念和计算结果作 展情况和我们的应用体会，我们再谈一下在建筑上使用阻尼器的目标和理念。简单的说，我们安置阻尼器可以有以下几个目的。 A增加抗震、抗风能力 原设计可能已经可以满足所有规范规定的抗震抗风要求，加上液体粘滞阻阻尼器，在振动过程中起到耗能和增加结构阻尼的作用，从而降低结构反应的基底剪力，减少整个结构的受力，也就可以大大提高结构的抗地震能力。同时，只要阻尼器安装的合适，设置到不同的需要方向，还可以预防和减少原设计没有考虑，或考虑不足的振动受力。 对特别重要的结构，高发地震区，花钱不多，设置这一第二防线是很值得的。对于非严重地震区，也可以用阻尼器达到抗风和增加抗震能力的目的。 B．用阻尼器去防范罕遇大地震或大风 按小震不坏大振不倒的原则，我们可以用常规的设计办法使设计满足多遇地震的抗震要求。对于罕遇的大地震可能显得不足、不理想或不经济。用结构的被动保护系统－特别是阻尼器来等待和解决这罕遇大地震的问题，不仅新建结构建议采用这一设计理念，原设计未设防抗震或设防不足的结构加固工程也很适于。 这一理念会带来经济实用和可靠的结果，设计的好，可以为工程节省费用。国外抗震先进国家大都采用这一理念。在所有可能发生地震的地区，我们主要想提出推广的这一设计理念。 国外有的工程，在结构的小振设计中也充分利用施加了阻尼器的优越。他们大胆的用加阻尼器后的修正反应谱作结构的设计。 C．减少附属结构、设备、仪器仪表等第二系统的振动 在破坏性地震震害分析中，结构内部附属结构、设备、仪器仪表等第二系统的振动和破坏越来越引起我们的注意。从经济上看，这些内部系统的价值可能远远超过结构本身。增加结构保护系统出于
旋风分离器的设计 姓名：顾一苇 班级：食工0801 学号：2008309203499 指导老师：刘茹 设计成绩：
华中农业大学食品科学与技术学院 食品科学与工程专业 2011年1月14日 目录 第一章、设计任务要求与设计条件 (3) 第二章、旋风分离器的结构和操作 (4) 第三章、旋风分离器的性能参数 (6) 第四章、影响旋风分离器性能的因素 (8) 第五章、最优类型的计算 (11) 第六章、旋风分离器尺寸说明 (19) 附录 1、参考文献 (20)
任务要求 1.除尘器外筒体直径、进口风速及阻力的计算 2.旋风分离器的选型 3.旋风分离器设计说明书的编写 4.旋风分离器三视图的绘制 5.时间安排：2周 6.提交材料含纸质版和电子版 设计条件 风量：900m3/h ； 允许压强降：1460Pa 旋风分离器类型：标准型 （XLT型、XLP型、扩散式） 含尘气体的参数： ?气体密度：1.1 kg/m3 ?粘度：1.6×10-5Pa·s ?颗粒密度：1200 kg/m3 ?颗粒直径：6μm
旋风分离器的结构和操作 原理： ?含尘气体从圆筒上部长方形切线进口进入,沿圆筒内壁作旋转流动。 ?颗粒的离心力较大，被甩向外层，气流在内层。气固得以分离。 ?在圆锥部分，旋转半径缩小而切向速度增大，气流与颗粒作下螺旋运动。 ?在圆锥的底部附近，气流转为上升旋转运动，最后由上部出口管排出； ?固相沿内壁落入灰斗。 旋风分离器不适用于处理粘度较大，湿含量较高及腐蚀性较大的粉尘，气量的波动对除尘效果及设备阻力影响较大。 旋风分离器结构简单，造价低廉，无运动部件，操作范围广，不受温度、压力限制，分离效率高。一般用于除去直径5um以上的尘粒，也可分离雾沫。对于直径在5um以下的烟尘，一般旋风分离器效率已不高，需用袋滤器或湿法捕集。其最大缺点是阻力大、易磨损。
课程名称： 火炮设计理论 学分： 4.5 教学大纲编号：01023202 试卷编号：010******* 考试方式：闭卷 满分分值： 100 考试时间： 120 分钟 二、试推导图所示简单筒后坐驻退机液压阻力计算式，并说明所用符号的意义。图中V 为筒后坐速度。（共15分） 解：1）连续方程： wa VA =，即V a A w =； （5分） 2）能量方程：()2 22222212221222V a A K w K w w w V p ?? ? ??==+=+=+ξξρ， 即22 22222122V a KA V a a KA p ρρ≈-= （5分） 3）液压阻力：2 2 3102V a A K A p ρ≈=Φ （5分） 三、试写出图所示简单机构在非理想约束条件下的运动微分方程，并说明所用符号和各项的意义。图中F 、F 2和α为给定力和作用方向。（共15分） （解：1）运动微分方程（5分） ()22222222111 1222 2 1121 0sin cos F K f F x dx dK m K dx dK J K x m K J K m ηααηηηη+-=???? ??++???? ??++??? 2）方程中各项的意义（5分） 22 2 2 11 2 10m K J K m ηη+ + 为0号构件的相当质量， 一、回答下列问题：(每题5分，共60分) 炮身的主要作用是什么？（承受火药气体压力和引导弹丸运动。）主要包括哪几个部件？（身管、炮尾、炮闩。） 2．线膛炮的身管内膛包括哪几部分？（炮口部、膛线部和药室部。）考虑身管各部在使用中的特殊性，应如何取其安全系数？（炮口部的安全系数应大于膛线部的安全系数，膛线部的安全系数应大于药室部的安全系数。） 3. 采用自紧身管提高身管强度的原理是什么？(自紧身管在制造时对其内膛施以高压，使内壁部分或全部产生塑性变形；内压消除以后，由于管壁各层塑性变形不一致，在各层之间形成相互作用，使内层产生压 应力而外层产生拉应力；由于内壁产生与发射时方向相反的预应力，因此使发射时身管壁内应力趋于均匀一致，从而提高身管强度。) 4．反后坐装置一般由哪几部分组成？（驻退机、复进机、复进节制器。）按结构组成形式反后坐装置可分 为哪几种？（独立式、联合式。）驻退机有哪几种典型结构？（节制杆式、沟槽式、混合式、活门式等。）复进机有哪几种典型结构？（弹簧式、气压式、火药气体式等。） 5．火药气体作用系数β的物理意义是什么？（后效期结束时，火药气体的平均速度与弹丸初速之比。）实际使用中，主要采用什么方法，如何得到火药气体作用系数β？（自由后坐实验测量方法，0 max 0v mv W m ?β-=。） 6．发射时火炮驻退后坐运动分为哪几个时期？（弹丸膛内运动时期、后效期、惯性运动时期。）最大后坐速度m ax V 出现在哪一时期？（后效期。）如何判断m ax V 出现时机？（炮膛合力等于后坐阻力时。） 7．什么是构件的替换质量？（用集中于若干点的质点代替原有构件时，替换点的质量称为构件的替换质 量。）进行构件质量替换时，应注意什么？（替换点的运动特性尽可能接近原有构件时运动特性。） 8．什么是机构的逆传动？（在构件传动过程中，各零件的运动方向不变，而能量传递方向发生变化，由工作构件带动基础构件运动的阶段称为机构的逆传动。） 9．供输弹过程中，弹丸必须严格定位的三大位置指的是什么？（进弹口、输弹出发位置、药室。）三大阶段指的又是什么？（拨弹、压弹、输弹。） 10．在火炮总体方案设计时，先决定哪些主要质量（全炮质量、后坐部分质量、炮身质量、炮架质量等。）和哪些基本尺寸？（火线高、全炮质心位置、耳轴中心位置、后坐长、耳轴中心到炮尾后端面的距离、车撤距、极限尺寸等。） 11．火炮系统分析中，什么是效费比？（以基本装备为基准，经过规范化的，火炮系统的相对战斗效能与相对寿命周期费用之比。）什么是效费比分析？（对能满足既定要求的每一火炮系统方案的战斗效能和寿命周期费用进行定量分析，给出评价准则，估计方案的相对价值。） 12．火炮机动能力主要指哪两个性能？（火力机动性和运动性）它们又是如何定义的？（火力机动性是火炮快速、准确地捕捉和跟踪目标的能力。运动性是火炮快速运动，进入阵地和转换阵地的能力。） 第 1 页 共 2 页
二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及参数整定
一、PID 控制的应用研究现状综述 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制 的调节器）自20世纪30年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为：()P P G s K = 积分控制器的传递函数为：11()PI P I G s K T s =+ ? 微分控制器的传递函数为：11 ()PID P D I G s K T s T s =+ ?+? 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递 函数()G S ，参数为M=1 kg, b=2 N.s/m, k=25 N/m, F(S)=1）；系统示意图如图1所示。
图1 弹簧-阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： F kx x b x M =++ 25 21 1)()()(22++= ++== s s k bs Ms s F s X s G 四、设计要求 通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P 、PI 、PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50时，改变积分时间常数）
第六章 磁路与变压器 一、内容提要 变压器是一种静止的电磁装置，原绕组（一次绕组）和副绕组（二次绕组）没有电的直接联系，通过交变磁场，利用电磁感应关系实现能量变换。在变压器中既有磁路问题，又有电路问题，变压器是磁路的具体应用，学习磁路是了解变压器的基础。因此本章在学习变压器理论之前讲述了磁路的基本概念及构成磁路的铁磁材料的性能；介绍了变压器理论、电机理论中常用的电磁定律及交流磁路的特点。简单地讲述了变压器的结构、工作原理、铭牌数据及变压器的外特性、效率性和变压器绕组的同极性端；并重点讲述了变压器电压、电流、阻抗的变换功能。 二、基本要求 1、了解磁路的概念和磁路中几个基本物理量 2、了解交流磁路和直流磁路的异同； 3、重点掌握分析磁路的基本定律，理解铁心线圈电路中的电磁关系、电压电流关系及功率与能量问题； 4、掌握变压器的基本结构、工作原理、铭牌数据、绕组的同极性端、外特性、损耗和效率特性； 5、掌握变压器的电压、电流、阻抗变换。 三、学习指导 磁路部分是学习变压器以及后面学习电动机内容的基础，学习磁路时可以与电路中的内容联系对比来加深理解和记忆。 1、磁场的基本物理量 1）磁感应强度B ：表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。它是一个矢量，与电流之间的方向用右手螺旋定则确定。单位：特【斯拉】（T ）。 2）磁通Ф：磁感应强度B 与垂直于磁场方向的面积S 的乘积，即Ф=BS 。单位：韦【伯】（Wb ）。 3）磁场强度H ：计算磁场时所引用的一个物理量，也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。单位：安【培】每米（A/m ）。 4）磁导率μ：用来表示磁场媒质磁性的一个物理量，也是用来衡量物质导磁能力的物理量。H B =μ，单位：亨【利】每米（H/m ）。真空导磁率为H/m 10470-?=πμ。 2、磁性材料与磁性能 1）、磁路 由于磁性物质（铁磁材料）具有高的导磁性。可用来构成磁通绝大部分通过的路径，这种磁路径称为磁路。 2）、磁通 磁通包括：主磁通和漏磁通 主磁通是磁通的绝大部分，沿铁心闭合起能量传递媒介作用，所经磁路是非线性的。
（教师组卷、存档用) 档案编号：课程教学大纲编号：01023202 课程名称：火炮设计理论学分： 4 试卷编号：010******* 考试方式：闭卷考试时间：120分钟满分分值：100 组卷年月：2004.12.8 组卷教师：张相炎审定教师：郑建国二、试对牵引火炮在后坐时全炮的受力进行分析，并对全炮所受的主动 力进行简化。（15分） 三、自动机构结构简图如图所示。试求 1）机构的传速比表达式； 2）传动效率的表达式。(15分) 四、设有一内外径分别为 1 r和2r，无限长厚壁圆筒，其材料屈服极限为s σ，试用第二强度理论推导其弹性强度极限。（10%） （提示： 2 1 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 3 2 2 3 2 r r r r r r p r r r r r r p E r- - - - - - = ε 2 1 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 3 2 2 3 2 r r r r r r p r r r r r r p E t- + - - + = ε） 一、回答下列问题：(60分) 1．供输弹过程中，弹丸必须严格定位的三大位置指的是什么？三大阶段指的又是什么？ 2．什么是浮动原理？ 3．两构件斜撞击时，恢复系数b是如何定义的？实际计算两构件撞击时，恢复系数b如何选取？ 4．炮身的主要作用是什么？主要包括哪几个部件？ 5．采用两段坡膛的目的是什么？其锥度各为多少？膛线的起点在哪一段？ 6．什么是身管设计压力曲线？什么是身管理论强度曲线？ 7．反后坐装置的作用是什么？ 8．火药气体作用系数β的物理意义是什么？实际使用中，主要采用什么方法，如何得到火药气体作用系数β？ 9．后坐稳定极限角 j φ的物理意义是什么？ 10．什么是不平衡力矩？ 11．何谓火炮辅助推进装置？ 12．对火炮运动体有哪些主要要求？ 1
二阶弹簧阻尼系统I D控制器设计参数整定 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
二阶弹簧—阻尼系统的PID 控制器设计及参数整定 一、PID 控制的应用研究现状综述 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自20世纪30年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为： ()P P G s K = 积分控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? 微分控制器的传递函数为： 11()PID P D I G s K T s T s =+?+? 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递 函数()G S ，参数为M=1 kg, b=2 m, k=25 N/m, F(S)=1）；系统示意图如图1所示。 图1 弹簧-阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： 四、设计要求
通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P 、PI 、PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50时，改变积分时间常数） （3）设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使阶跃响应曲线的超调量%20%σ<，过渡过程时间2s t s <，并绘制相应曲线。 图2 闭环控制系统结构图 五、设计内容 （1）P 控制器：P 控制器的传递函数为： ()P P G s K =（分别取比例系数K 等于1、10、30和50，得图所示） Scope 输出波形： 仿真结果表明：随着Kp 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。Kp 偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。随着Kp 增大，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。 （2）PI 控制器：PI 控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? （K=50， 分别取积分时间Ti 等于10、1和得图所示）
第五章磁路与变压器习题参考答案 一、填空题： 1．变压器运行中，绕组中电流的热效应所引起的损耗称为损耗；交变磁场在铁心中所引起的损耗和损耗合称为损耗。损耗又称为不变损耗；损耗称为可变损耗。 2．变压器空载电流的分量很小，分量很大，因此空载的变压器，其功率因数，而且性的。 3．电压互感器在运行中，副方绕组不允；而电流互感器在运行中，副方绕组不允许。从安全的角度出发，二者在运行中，绕组都应可靠地接地。 4．变压器是能改变、和的的电气设备。 5．三相变压器的额定电压，无论原方或副方的均指其；而原方和副方的额定电流均指其。 6．变压器空载运行时，其是很小的，所以空载损耗近似等于。 7．电源电压不变，当副边电流增大时，变压器铁心中的工作主磁通Φ将基本维持不变。 二、判断题： 1. 变压器的损耗越大，其效率就越低。（） 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通和铁损耗基本不变。（） 3. 变压器无论带何性质的负载，当负载电流增大时，输出电压必降低。（） 4. 电流互感器运行中副边不允许开路，否则会感应出高电压而造成事故。（） 5. 互感器既可用于交流电路又可用于直流电路。（） 6. 变压器是依据电磁感应原理工作的。（） 7. 电机、电器的铁心通常都是用软磁性材料制成。（） 8. 自耦变压器由于原副边有电的联系，所以不能作为安全变压器使用。） 9. 变压器的原绕组就是高压绕组。（） 三、选择题： 1. 变压器若带感性负载，从轻载到满载，其输出电压将会（） A、升高； B、降低； C、不变。 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通将） A、增大； B、减小； C、基本不变。 3. 电压互感器实际上是降压变压器，其原、副方匝数及导线截面情况是（）
火炮的物理原理 一、简介 火炮是口径在20毫米以上，用火药的爆发力发射弹丸的重火器的通称。火炮用于歼灭敌有生力量和压制敌方火器，破坏敌防御工事，完成陆地、海洋和空中的其它打击任务。 13至14世纪时，中国的火药和火器制造技术传入信仰伊斯兰教的国家和欧洲，欧洲的火炮开始发展。19世纪开始，随工业和科学技术的发展，火炮迅速发展起来，出现了发射长形弹的线膛炮，并安装有弹性炮架。 火炮发展至今，已经是儿孙满堂，不仅家族支系众多，而且家族成员的外貌也差别甚大，出现了有善于对付各种目标的专门火炮： 按安装发射的平台不同可分为地面炮、舰炮和航炮； 按运动方式可分为固定火炮、机械牵引炮和自行火炮； 按作战用途又可分为地面压制火炮、海岸炮、高射炮、坦克炮、特种炮等； 按口径大小可分为：大口径炮（高炮在100毫米、地炮在152毫米、舰炮130毫米以 上）；中口径炮（高炮在61～100毫米、地炮在76～152毫米、舰 炮在76～130毫米左右）；小口径炮（高炮在20～60毫米、地炮在 20～75毫米、舰炮在20～57毫米之间）。 按炮膛结构可分为线膛炮和滑膛炮； 按弹道特性可分为加农炮（弹道低伸）、榴弹炮（弹道较弯曲）和迫击炮（弹道最弯曲）按装填方式可分为前装式火炮和后装式火炮。 二、基本构造 现代火炮的基本组成部分有：炮身、炮尾、炮闩和炮架等。其作用原理是将发射药在膛内燃烧的能量转换为弹丸的炮口动能以抛射弹丸，同时产生声、光、热等效应。火炮的主要战术技术性能是初速、射程、精度、射速和机动性等。火炮的主要任务是用于对地面、空中和水上目标射击，毁伤和压制敌有生力量及技术兵器，以及完成其它任务。 火炮的结构身管火炮的外观及其组成部件视炮种及其用途而异。尽管有这些差别，然而身管火炮都是按照几乎相同的方法制造的。身管火炮有两个或两组主要部件，就是炮身部分和炮架部分。炮架部分用于支承炮身和保持火炮射击时的稳定性。炮架部分包括瞄准装置，在某些情况下它还可作为运送炮身部分的手段。炮身部分为发射药燃烧产生的压力提供容器；它使发射药燃烧产生的能量安全地按预定方式传送到弹丸上；它还具有赋予弹丸方向和稳定
*** 二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及参数整定
一、PID 控制的应用研究现状综述 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自20 世纪30 年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整， 在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中， 由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为：G (s) K P P G (s) K PI P 1 1 T s I 积分控制器的传递函数为： 1 1 G (s) K T s PID P D T s I 微分控制器的传递函数为： 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递函数G S ，参数为M=1 kg, b=2 N.s/m, k=25 N/m, F(S)=1 ）；系统示意图如图 1 所示。
图1 弹簧-阻尼系统示意图弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为：M x bx kx F G( s) X F ( ( s) s) Ms 1 1 2 bs k s2 s 2 25 四、设计要求 通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P、PI、PID 控制器）设计及其参数整定，定量 分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同 时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅 助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小， 分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50 时，改变积分时间常数）
1. 下列说法中正确的是（ ） a ． 硅钢片具有高导磁率，可制造永久磁铁； b ． 调压器（自耦变压器）既可调节交流电压，也可调节直流电压； c ． 交流继电器铁心上有短路铜环，是为了防震； d ． 直流电磁铁消耗的功率有铜损和铁损。 2. 变压器的容量S N 一定，其输出有功功率不仅取决于负载的______大小，还取决于负载 的______高低。 3. 某信号源内阻为512Ω，若要使它向8Ω的喇叭输出最大功率，则输出变压器的变比K 应为多大？ 4. 将直流继电器接在同样电压的交流电源上使用，结果（ ） a ． 没有影响，照常工作； b ． 电流过小，吸力不足，铁心发热； c ． 电流过大，烧坏线圈。 5. 某变压器额定电压为220V/110V ，今电源电压为220V ，欲将其升高到440V ，可采用（ ） a ． 将副绕组接到电源上，由原绕组输出； b ． 将副绕组匝数增加到4倍； c ． 将原绕组匝数减少为1/4。 6. 某电源变压器的容量为100V A ，额定电压为380V/220V 。（1）若接一只220V ，40W 的 白炽灯，则消耗铜损R Cu ＝2W ，铁损R Fe ＝3W ，试求副边电流和效率，输出视在功率占容量百分之几？（2）若接一只220V ，40W ，功率因数5.0cos =?的日光灯（不计镇流器的功率损失），试求副边电流，铜损，和效率（铁损正比于电压），输出视在功率占容量百分之几？ 7. 有一空载变压器，原边加额定电压220V ，并测得原绕组电阻R 1＝10Ω，试问原边电流 是否等于22A ？ 8. 如果变压器原绕组的匝数增加一倍，而所加电压不变，试问励磁电流将有何变化？ 9. 有一台电压为220V/110V 的变压器，N 1＝2000，N 2＝1000。有人想省些铜线，将匝数减 为400和200，是否也可以？ 10. 变压器的额定电压为220V/110V ，如果不慎将低压绕组接到220V 电源上，试问励磁电 流有何变化？后果如何？ 11. 交流电磁铁在吸合过程中气隙减小，试问磁路磁组、线圈电感、线圈电流以及铁中心磁 通的最大值将作何变化（增大、减小、不变或近于不变）？ 12. 有一线圈，其匝数N ＝1000，绕在由铸钢制成的闭合铁心上，铁心的截面积S Fe ＝20cm 2， 铁心的平均长度l Fe ＝50cm 。如要在铁心中产生磁通φ＝0.002Wb ，试问线圈中应通入多大直流电流？ 13. 如果上题的铁心中含有一长度为δ＝0.2cm 的空气隙（与铁心柱垂直），由于空气隙较短， 磁通的边缘扩散可忽略不计，试问线圈中的电流必须多大才可使铁心中的磁感应强度保持上题中的数值？ 14. 在题12中，如将线圈中的电流调到2.5A ，试求铁心中的磁通。 15. 为了求出铁心线圈的铁损，先将它接在直流电源上，从而测得线圈的电阻为1.75Ω；然 后接在交流电源上，测得电压U ＝120V ，功率P ＝70W ，电流I ＝2A ，试求铁损和线圈的功率因数。 16. 有一交流铁心线圈，接在f ＝50Hz 的正弦电源上，在铁心中得到磁通的最大值φm ＝2.25 ×10－3Wb 。现在在此铁心上再绕一个线圈，其匝数为200。当此线圈开路时，求其两端
旋风分离器设计中应该注意的问题 旋风分离器被广泛的使用已经有一百多年的历史。它是利用旋转气流产生的离心力将尘粒从气流中分离出来。旋风分离器结构简单，没有转动部分。但人们还是对旋风分离器有一些误解。主要是认为它效率不高。还有一个误解就是认为所有的旋风分离器造出来都是一样的，那就是把一个直筒和一个锥筒组合起来，它就可以工作。旋风分离器经常被当作粗分离器使用，比如被当做造价更高的布袋除尘器和湿式除尘器之前的预分离器。 事实上，需要对旋风分离器进行详细的计算和科学的设计，让它符合各种工艺条件的要求，从而获得最优的分离效率。例如，当在设定的使用范围内，一个精心设计的旋风分离器可以达到超过99.9%的分离效率。和布袋除尘器和湿式除尘器相比，旋风分离器有明显的优点。比如，爆炸和着火始终威胁着布袋除尘器的使用，但旋风分离器要安全的多。旋风分离器可以在1093 摄氏度和500 ATM的工艺条件下使用。另外旋风分离器的维护费用很低，它没有布袋需要更换，也不会因为喷水而造成被收集粉尘的二次处理。 在实践中，旋风分离器可以在产品回收和污染控制上被高效地使用，甚至做为污染控制的终端除尘器。 在对旋风分离器进行计算和设计时，必须考虑到尘粒受到的各种力的相互作用。基于这些作用，人们归纳总结出了很多公式指导旋风分离器的设计。通常，这些公式对具有一致的空气动力学形状的大粒径尘粒应用的很好。在最近的二十年中，高效的旋风分离器技术有了很大的发展。这种技术可以对粒径小到5微米，比重小于1.0的粒子达到超过99%的分离效率。这种高效旋风分离器的设计和使用很大程度上是由被处
理气体和尘粒的特性以及旋风分离器的形状决定的。同时，对进入和离开旋风分离器的管道和粉尘排放系统都必须进行正确的设计。工艺过程中气体和尘粒的特性的变化也必须在收集过程中被考虑。当然，使用过程中的维护也是不能忽略的。 1、进入旋风分离器的气体 必须确保用于计算和设计的气体特性是从进入旋风分离器的气体中测量得到的，这包括它的密度，粘度，温度，压力，腐蚀性，和实际的气体流量。我们知道气体的这些特性会随着工艺压力，地理位置，湿度，和温度的变化而变化。 2、进入旋风分离器的尘粒 和气体特性一样，我们也必须确保尘粒的特性参数就是从进入旋风分离器的尘粒中测量获得的。很多时候，在想用高效旋风分离器更换低效旋风分离器时，人们习惯测量排放气流中的尘粒或已收集的尘粒。这种做法值得商榷，有时候是不对的。 获得正确的尘粒信息的过程应该是这样的。首先从进入旋风分离器的气流中获得尘粒样品，送到专业实验室决定它的空气动力学粒径分布。有了这个粒径分布就可以计算旋风分离器总的分离效率。 实际生产中，进入旋风分离器的尘粒不是单一品种。不同种类的尘粒比重和物理粒径分布都不相同。但空气动力学粒径分布实验有机地将它们统一到空气动力学粒径分布中。 3、另外影响旋风分离器的设计的因素包括场地限制和允许的压降。例如，效率和场地限制可能会决定是否选用并联旋风分离器，或是否需要加大压降，或两者同时采用。 4、旋风分离器的形状 旋风分离器的形状是影响分离效率的重要因素。例如，如果入口