基于六极矩的多极矩电磁推进系统发射性能改进

发布时间：2017-12-04 18:21

  本文关键词：基于六极矩的多极矩电磁推进系统发射性能改进

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【摘要】：电磁推进技术是一种利用电磁力将物体推进到高速以满足发射要求的技术。电磁推进技术具有发射质量范围大、出口速度高、发射效率大、能源清洁、发射成本低等优点,其在航空、军事、民用领域得到广泛应用。电磁推进器按推进原理和结构特点可分为线圈型、重接型和轨道型三类,目前对其研究较为充分,但同时一些技术缺陷还没有解决。针对电磁推进器的一些技术缺陷,本实验室提出了多极矩电磁推进构型,该构型具有轴向加速力大于径向压缩力、电枢与驱动线圈无接触、适合发射大质量物体等特点,同时,相比其他电磁推进器,多极矩电磁推进器可通过上下级线圈扭转角度的调整可实现自旋速度可控。然而,多极矩构型作为一种新颖的电磁推进器,许多机理还亟需进一步研究。本文针对多极矩构型的不足,从装置本身和外电路上对其发射性能进行改进。本文首先从原理上分析了多极矩构型的磁扩散、涡流场和电路集中参数等特性,研究了多极矩的动力学特性,为后面的仿真和实验提供了理论支撑。其次利用有限元仿真软件建立了多极矩三维瞬态模型,发现脉冲电源电容电压、驱动线圈尺寸、初始触发位置和耦合间隙对多极矩发射性能有较大影响,得到了一定约束条件下最优参数匹配。接着分析了续流放电方式和软磁材料的磁化强度对多极矩发射性能的影响,研究发现合适大小的放电电阻和放电电容能加快驱动线圈剩余电流的释放,消弱电枢捕获效应,提升发射效率；当给装置中加入软磁材料后,能提升系统发射效率,不加软磁材料时发射效率为1.26%,加入软磁材料7.5*Steel1010后发射效率为2.59%,效率提升一倍。随后对比了普通型和圆弧型多极矩的发射性能,在高耦合情况下,圆弧型装置更适合电枢旋转,并且可以让电枢具有同样较高的出口速度,通过下级线圈对上级线圈正反扭转,可以实现电枢的正反旋转,提高了电枢自旋稳定性。最后研究了多极矩双电枢发射的可行性,并设计制作了单级六极矩推进器,从理论、仿真和实验上分析了双电枢发射是可行的,以8kV为例,单独对小电枢发射效率为2.50%,单独对大电枢发射效率为2.37%,同时对两个电枢发射的效率为4.27%,总发射效率明显提升。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V23

【参考文献】

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本文编号：1251919