多极矩重接式电磁发射模式研究

发布时间：2020-10-24 12:35

　　 电磁发射技术是一种性能优良的发射方式,其原理是利用涡流和磁场的作用来推动发射体。电磁发射技术的主要优势是发射效率高,发射体的速度不受制于声速且具有发射大质量物体的潜力,因此备受关注。在各个领域如:交通运输、航空航天、军事武器等方面有着良好的应用前景。通常按照发射方式的不同,可以分为线圈炮、轨道炮和重接炮。线圈炮和轨道炮作为研究已久的技术,依然无法大规模应用,前者的问题是加速发射体的轴向力小于径向力,而后者存在滑动电接触的问题,这些原理性的缺陷限制了电磁发射技术的发展。而重接炮的研究历史较短,虽然不存在上述问题,但是其发射体的质量较小限制了其应用。本文基于板状弹丸重接炮的基本原理,以及多极矩构型提出了一种新的发射模式,多极矩重接式电磁发射模式能解决上述的问题。作为一种较为新颖的模式,需要进一步探索其机制。本文所提出的新构型是根据板状弹丸饼形线圈重接炮提出的,而关于重接炮的系统研究较少,本文首先将研究其基本原理与电路方程,推导了重接炮的电磁场方程,分别是驱动线圈的磁场方程以及抛体电枢感应出的涡流方程,通过有限元仿真软件Ansys Maxwell进行静磁场仿真,观察其磁场分布,用相同的模型进行瞬态场仿真,根据仿真结果得到的速度曲线、受力曲线和电流曲线分析重接炮的发射性能。然后完成重接炮的理论分析后提出了多极矩重接式电磁发射模式,分析了这种构型发射的基本原理,并建立多极矩构型的数学模型。对该模型进行静磁场仿真发现相邻的驱动线圈之间存在着耦合,会加强驱动线圈口径处的磁场,有利于磁力线的重接。通过瞬态场仿真发现该构型将0.49kg的抛体电枢在初速度为0的情况下加速到658.3m/s,且观察抛体电枢的受力轴向力很大,径向力很小,通过公式计算得到能量转换效率为21.23%,这说明该发射模式具有高速发射,大推力,悬浮特性,高效率等潜力,是一种发射性能优良的构型。接着研究了电容器参数对发射效率的影响以及驱动线圈的优化设计。通过仿真发现对于电容器的电压值和电容值中的其中一个参数确定以后,出口速度的变化与另一个参数的变化成正比,发射效率先增后减。对于驱动线圈结构参数的仿真发现驱动线圈的厚度和匝数增加都会使得发射速度减小,应合理设置厚度和匝数。此外提出了梯形结构的驱动线圈,通过仿真结果的对比,发现梯形结构线圈的发射系统具有更好的发射性能,为驱动线圈的结构设计提供了思路。最后搭建了三级发射的仿真模型,提出了多级发射最佳触发位置的确定方法,并分析了多级发射级间耦合关系。
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TJ866
【部分图文】：

电磁发射技术的发展相对缓慢。在，因此各种新式武器横空出世。由于电磁发科学家们的广泛关注，大量的资源投入了电电磁发射技术的应用遇到了瓶颈。在1944年应用方面遇到的两大困难：电枢和电源[20]道炮的原理使得电枢和导轨都要承受数量级，因此对材料的耐热性以及耐磨损性提出了给轨道炮供电的脉冲电源功率也要求更高。的主要挑战。歇尔（R.A.Marshall）通过实验实现了将 3 [21]，该装置的结构如图 1-6 所示。对于电因为这一实验成果打破了 1957 年美国空军点。从那时起，电磁发射技术已经受到各国资金。已经建立了一批研究小组，电磁发射

西南交通大学硕士研究生学位论文 第 在对电磁发射技术进行研究的各个国家中，美国对该领域的投入是最大的，因发射领域的进展中，美国也一直处在领先的位置。美国桑迪亚实验室在 80 年代了研究小组，该小组的主要成果是探究了电磁炮在军事方面和航空航天方面的在 1992 年，研究小组进行了车载靶场实验，这是电磁炮在军事应用方面的进 年，美国军方实现了使用 1/8 尺寸的电磁轨道炮将射弹加速到 6 马赫，动能为耳。经过多年的研究美国在电磁发射领域已经有了深厚的底蕴，在 2004 年，美电磁发射技术能实现大质量以及高速度发射要求的潜力。之后又在 2008 年，美的技术进行了优化升级，其方法是设计出了新型的轨道，能将 3.35kg 的发射体5km/s，出口动能达到了 10MJ[24]。2012 年，美国军方在一次实验中能将 10.体加速到了 2.5km/s，动能达到了 33MJ，这将发射弹丸的质量以及动能提升了得到了巨大的提升。实验装置如图 1-7 和 1-8 所示[25]。

了使用 1/8 尺寸的电磁轨道炮将射弹加速究美国在电磁发射领域已经有了深厚的底现大质量以及高速度发射要求的潜力。之升级，其方法是设计出了新型的轨道，能达到了 10MJ[24]。2012 年，美国军方在一/s，动能达到了 33MJ，这将发射弹丸的质。实验装置如图 1-7 和 1-8 所示[25]。图 1-7 美国海军 32MJ 电磁轨道炮
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本文编号：2854476