Lineer indüksiyonlu fırlatıcılarda artan frekanslı sürücü tasarımı, gerçeklemesi ve kontrolü

Elektromanyetik fırlatıcılar, mermiyi fırlatmak için geleneksel fırlatıcıların aksine kimyasal enerji sonucu açığa çıkan kuvvet yerine, elektromanyetik kuvveti kullanırlar. Namludan geçen akım, çevresinde bir manyetik alan oluşturur. Bu sırada mermi üzerinde bir kısa devre akımı meydana getirir. Manyetik alan içinde akım taşıyan mermi üzerinde kuvvet indüklenir. Mermi bu kuvvetin etkisiyle, manyetik alan dışına doğru itilir ve fırlatılır. Literatürde elektromanyetik fırlatıcılar, raylı fırlatıcılar ve bobinli fırlatıcılar olmak üzere 2 ana başlıkta incelenmektedir. Bobinli fırlatıcıların özel bir türü olan lineer indüksiyon tipi fırlatıcılar, son yıllarda araştırmacılar tarafından daha fazla ilgi görmektedir. Lineer İndüksiyonlu Fırlatıcı (LİF), ferromanyetik materyal içermeyen hava nüvesine sahiptir. LİF'ler doğrusal indüksiyonlu motorların özel bir türü olduğundan, doğrusal indüksiyonlu motorlarının sahip olduğu yüksek güç yoğunluğu, düşük bakım ihtiyacı ve sağlamlık gibi avantajların tümüne sahiptir. Önerilen tez kapsamında, 100 g alüminyum silindirik mermiyi fırlatacak tek bölümlü lineer indüksiyonlu fırlatıcı üretilmiştir. Fırlatıcının enerji ihtiyacını karşılamak için 3-faz gerilimi doğrultulup, yüksek şarj kapasitesine ve hızlı deşarj performansına sahip film kapasitör gruplarından oluşmuş bir Doğru Akım (DA) baraya iletilmiştir. Kapasitörler üzerinde depolanan doğru gerilim, bir evirici ile alternatif gerilime dönüştürülmüştür. Merminin, giderek artan bir hızda namludan ayrılabilmesi ve yüksek frekanslarda ısınmasını önlemek için kademeli olarak artan frekansta enerjilendirme sağlayacak kontrolörün tasarımı yapılmıştır. Kontrol yöntemi olarak Uzay Vektör Darbe Genişlik Modülasyonu (UVDGM) ve açık çevrim Değişken Gerilim Değişken Frekans (DGDF) seçilmiştir. Kontrolü gerçekleştirecek donanım elemanı olarak, TMS320F28335 Dijital Sinyal İşlemci (DSİ) kullanılmıştır. Evirici girişinde daha yüksek doğru gerilim oluşturarak, fırlatıcı üzerindeki gerilim ve frekansı arttırmak için Cockroft-Walton (CW) tipi gerilim katlayıcı kullanılmıştır. Fırlatma testleri gerçekleştirilmiştir. Fırlatma testlerinde elde edilen akım ve frekans değerleri kullanılarak, Ansys Electronics/Maxwell 3D ve Icepak programlarında mermi hızı ve sıcaklıklarının benzetim çalışmaları yapılmıştır. Lineer indüksiyonlu fırlatıcıların 3-faz geleneksel evirici yapısı ile başarılı bir şekilde sürülebileceği, artan frekanslı enerjilendirme yöntemiyle sabit frekanslardaki mermi hızlarının, daha düşük mermi sıcaklıklarını oluşturarak elde edilebileceği deneysel ve benzetim test sonuçları ile kanıtlanmıştır. Sonuç olarak, mermi hızını arttırırken üzerindeki sıcaklık artışını düşüren yöntemler literatüre sunulmuştur.