一种磁阻式线圈中推进体形状优化系统及方法

本发明涉及电磁发射，尤其涉及一种磁阻式线圈中推进体形状优化系统及方法。

背景技术：

1、磁阻式线圈中推进体形状优化系统是一个复杂的电磁发射装置，它主要依赖于电磁力来发射有效载荷。这种装置具有多种优点，如高射速、良好的可控性、优良的性能和高效率，因此在军事和民用领域都有重大的意义和潜力。

2、在磁阻型电磁发射系统中，发射体的形态优化是一个关键的研究领域。这涉及到根据磁阻型电磁发射原理和驱动线圈内部的磁场分布情况，推导出基于线性化电感的发射体运动模型。但现有的磁阻型电磁发射系统线圈推进体的形状设计不合理，导致磁阻式线圈的效率低、发热大；缺乏自动优化线圈推进体形状的方法，需要依靠人工试错；难以准确模拟线圈推进体产生的磁场分布，导致形状设计不准确；优化目标单一，无法实现多目标的综合优化；缺乏验证优化结果的方法。

3、为了解决上述问题，本发明提出一种磁阻式线圈中推进体形状优化系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种磁阻式线圈中推进体形状优化系统及方法以解决背景技术中所提出的问题：

2、1.线圈推进体形状设计不足；

3、2.无法实现自动优化；

4、3.无法模拟磁场分布；

5、4.优化目标单一；

6、5.优化结果难以验证。

7、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

8、一种磁阻式线圈中推进体形状优化系统及方法，包括：

9、参数化建模模块：用于建立参数化的推进体模型；

10、电磁场仿真模块：用于使用电磁场仿真软件对推进体进行电磁场仿真；

11、性能评估模块：用于根据电磁场仿真结果计算推进体的各种性能指标以获取推进体的磁感应强度分布；

12、优化算法模块：用于基于粒子遗传优化算法根据性能评估结果对推进体形状进行优化；

13、结果输出模块：用于将根据粒子遗传优化算法得到的最优解输出到参数化建模模块，生成最优推进体的三维模型。

14、优选地，所述性能评估模块用于根据电磁场仿真模块的仿真结果和优化算法模块的优化结果计算推进体的电磁力大小，并与预期值进行比较。

15、一种磁阻式线圈中推进体形状优化方法，包括如下步骤：

16、s1：建立一个参数化的推进体模型；

17、s2：对推进体进行电磁场仿真，通过仿真得到推进体在电磁场中的受力情况，以此评估推进体的性能；

18、s3：根据电磁场仿真结果，计算推进体的各种性能指标，并根据具体的推进器应用场景确定性能指标；

19、s4：根据性能评估结果基于粒子遗传优化算法对推进体形状进行优化；

20、s5：重复s1～s4，直至获得粒子遗传优化算法得到的最优解；

21、s6：将最优解输出到推进体模型中生成最优推进体的三维模型。

22、优选地，所述s2中，基于有限元分析方法搭建有限元模型，并在有限元模型上加载激励电流，计算得到推进体内部的电磁场分布情况。

23、优选地，所述s4中，以线圈磁场均匀性为目标函数，定义目标函数f为磁场强度的方差：

24、

25、其中，bi表示第i个单元的磁场强度；bavg表示线圈平均磁场强度；n表示划分的有限元单元总数。

26、优选地，所述s4中的粒子遗传算法具体如下：

27、s4.1：初始化种群：随机生成若干粒子作为初始种群；

28、s4.2：评估粒子适应度：计算每个粒子的适应度函数值；

29、s4.3：选择：根据适应度选择粒子进入下一代；

30、s4.4：交叉：对选择的粒子进行交叉操作，生成新的粒子；

31、s4.5：变异：对新生成的粒子进行变异操作；

32、s4.6：更新：用新生成的粒子替换当前种群中的若干粒子；

33、s4.7：迭代：重复上述步骤，直到满足停止条件；

34、s4.8：输出最优解：输出适应度最高的粒子作为最优解。

35、与现有技术相比，本发明提供了一种磁阻式线圈中推进体形状优化系统及方法，具备以下有益效果：

36、本发明提出了更为全面和系统化的磁阻式线圈中推进体形状优化的设计流程，采用参数化建模方法，基于调整推进体的集合参数，实现推进体形状的快速优化，并以减小磁阻为目标，基于粒子遗传优化算法进行推进体形状的优化，提高线圈性能，并使得优化过程更加智能化和高效；通过搭建有限元模型对优化后的推进体形状进行验证，保证优化结果的准确性，基于本发明优化的推进体形状，可以减小磁阻，提高线圈的输出性能。

技术特征：

1.一种磁阻式线圈中推进体形状优化系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种磁阻式线圈中推进体形状优化系统，其特征在于，所述性能评估模块(300)用于根据电磁场仿真模块(200)的仿真结果和优化算法模块(400)的优化结果计算推进体的电磁力大小，并与预期值进行比较。

3.一种如权利要求1-2任一所述的磁阻式线圈中推进体形状优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种磁阻式线圈中推进体形状优化方法，其特征在于，所述s2中，基于有限元分析方法搭建有限元模型，并在有限元模型上加载激励电流，计算得到推进体内部的电磁场分布情况。

5.根据权利要求3所述的一种磁阻式线圈中推进体形状优化方法，其特征在于，所述s4中，以线圈磁场均匀性为目标函数，定义目标函数f为磁场强度的方差：

6.根据权利要求3所述的一种磁阻式线圈中推进体形状优化方法，其特征在于，所述s4中的粒子遗传算法具体如下：

技术总结本发明公开了一种磁阻式线圈中推进体形状优化系统及方法，涉及电磁发射技术领域。本发明与之前的磁阻型电磁发射系统相比，解决了的线圈推进体形状设计不足；无法实现自动优化；无法模拟磁场分布；优化目标单一；优化结果难以验证问题；提出了更为全面和系统化的磁阻式线圈中推进体形状优化的设计流程，采用参数化建模方法，基于调整推进体的集合参数，实现推进体形状的快速优化，并以减小磁阻为目标，基于粒子遗传优化算法进行推进体形状的优化，提高线圈性能，并使得优化过程更加智能化和高效；通过搭建有限元模型对优化后的推进体形状进行验证，保证优化结果的准确性，基于本发明优化的推进体形状，可以减小磁阻，提高线圈的输出性能。技术研发人员：赵慧铭受保护的技术使用者：中北大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2