电磁轨道发射系统动力学研究

发布时间：2021-11-02 23:37

　　电磁轨道发射系统是一种先进的动能发射装置。与传统的火炮不同，电磁轨道发射是利用电磁系统中电磁力，它能在短时间内把物体推进到更高的速度，可大大提高发射体的速度和射程，在武器装备、交通运输以及航空、航天等领域具有广阔的应用前景。本文对考虑和不考虑趋肤效应两种情况下电枢所受电磁力进行了研究。分析了主要参数对电枢所受电磁力的影响规律，给出了发射过程中不同阶段电枢的运动方程。依据电磁轨道发射系统的机电模型和电流变化的三个阶段，推导了各阶段能量的计算公式，得出总能量和能量转换效率解析式，分析了系统主要参数对能量和效率的影响规律。结果表明：脉冲电流各阶段时间取特定值时，能量转换效率存在最大值。根据电流在导轨中不同的分布情况，研究了考虑和不考虑趋肤效应时导轨所受的电磁载荷，分析了主要参数对导轨所受电磁力的影响规律。研究了电磁载荷作用下导轨的弯曲应力，并对整个发射过程中导轨应力的变化及其随主要参数的变化规律进行了深入研究。研究发现：考虑和不考虑趋肤效应时导轨所受电磁载荷的差别主要在电枢附近，其它位置差别很小。建立了移动载荷作用下导轨的动力学模型，对弹性基础上两端自由、两端简支和悬臂导轨的自由振动进行了求... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：213 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 电磁发射技术的发展历史
        1.1.2 电磁发射技术的特点
        1.1.3 电磁发射技术的应用
    1.2 主要结构与类型
    1.3 国内外研究现状
    1.4 主要研究内容
第2章 电磁轨道发射系统电枢受力及运动分析
    2.1 电枢受力分析
        2.1.1 不考虑趋肤效应时电枢受力
        2.1.2 考虑趋肤效应时电枢受力
    2.2 电枢运动方程及求解
        2.2.1 电枢运动方程
        2.2.2 运动方程求解
    2.3 结果分析
    2.4 本章小结
第3章 电磁轨道发射系统能量转化及效率分析
    3.1 机电模型
    3.2 系统能量计算
    3.3 发射过程系统能量和效率分析
        3.3.1 发射过程中能量分析
        3.3.2 发射过程系统能量转换效率
    3.4 结果分析
        3.4.1 第三阶段能量及效率分析
        3.4.2 系统主要参数对能量及效率的影响
        3.4.3 脉冲电流各阶段持续时间对效率的影响
    3.5 本章小结
第4章 电磁轨道发射系统导轨受力分析
    4.1 导轨受力计算方法
    4.2 不考虑趋肤效应时导轨受力分析
        4.2.1 导轨-导轨电磁力
        4.2.2 电枢-导轨电磁力
        4.2.3 导轨上受到的总电磁力
    4.3 考虑趋肤效应时导轨受力分析
        4.3.1 导轨-导轨电磁力
        4.3.2 电枢-导轨电磁力
        4.3.3 导轨上受到的总电磁力
    4.4 导轨应力分析
        4.4.1 弹性基础上导轨弯曲平衡方程
        4.4.2 应力分布
    4.5 结果分析
        4.5.1 不考虑趋肤效应导轨受力分析
        4.5.2 考虑趋肤效应导轨受力分析
        4.5.3 两种计算结果比较
        4.5.4 导轨应力分析
    4.6 本章小结
第5章 电磁轨道发射系统导轨动力学分析
    5.1 动力学方程
    5.2 自由振动
        5.2.1 两端自由
        5.2.2 两端简支
        5.2.3 悬臂导轨
    5.3 匀速强迫振动
        5.3.1 两端自由
        5.3.2 两端简支
        5.3.3 悬臂导轨
    5.4 加速强迫振动
        5.4.1 两端自由
        5.4.2 两端简支
        5.4.3 悬臂导轨
    5.5 结果分析
        5.5.1 自由振动
        5.5.2 无阻尼基础匀速强迫振动
        5.5.3 阻尼基础匀速强迫振动
        5.5.4 无阻尼基础加速强迫振动
        5.5.5 阻尼基础加速强迫振动
        5.5.6 导轨总体动态响应
    5.6 本章小结
第6章 电磁轨道发射系统机电耦合动力学分析
    6.1 电磁力公式回归
    6.2 静态求解
    6.3 动态求解
        6.3.1 模态函数求解
        6.3.2 固有频率求解
    6.4 强迫振动
    6.5 结果分析
        6.5.1 自由振动
        6.5.2 强迫振动
    6.6 本章小结
第7章 电磁轨道发射系统动力学仿真
    7.1 导轨电磁力及动力学有限元分析
        7.1.1 导轨电磁力模拟
        7.1.2 导轨动力学分析
    7.2 电磁轨道发射系统耦合场分析
        7.2.1 ANSYS 耦合场分析方法
        7.2.2 顺序耦合分析类型及步骤
        7.2.3 机电耦合有限元仿真
    7.3 本章小结
结论
附录
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁炮及其特点和军事应用前景[J]. 王群,耿云玲.  国防科技. 2011(02)
[2]线圈型电磁发射器磁场构型的设计与分析[J]. 朱英伟,李海涛,严仲明,付磊,王豫.  兵工学报. 2011(04)
[3]电磁轨道炮 改写未来战争的利器[J]. 侯亚铭.  舰载武器. 2011(02)
[4]电磁轨道发射状态下轨道的横向变形与内力分析[J]. 张益男,陈铁宁,白春艳,白象忠.  四川兵工学报. 2010(11)
[5]电枢运动引起电磁发射轨道的动态响应[J]. 陈铁宁,白春艳,张益男,白象忠.  动力学与控制学报. 2010(04)
[6]电磁轨道发射装置结构动力学特性分析[J]. 刘郑国,田福庆.  船舶力学. 2010(10)
[7]美国电磁轨道发射技术现状及特点分析[J]. 周媛,李敏堂,王菁华.  火力与指挥控制. 2010(09)
[8]电磁炮发射轨道受指数函数磁压力的变形计算[J]. 刘文,李敏,白象忠,张海军.  哈尔滨工业大学学报. 2010(08)
[9]电磁轨道炮及其关键技术的现状与发展[J]. 王德,苏鑫鑫.  飞航导弹. 2010(07)
[10]基于过程集成的电磁轨道炮脉冲电源多目标优化[J]. 范昭楠,于歆杰.  电工技术学报. 2010(05)

硕士论文
[1]电磁轨道发射系统动态性能研究[D]. 谌建民.西南交通大学 2010
[2]感应型发射器系统仿真及实验研究[D]. 刘芳敏.哈尔滨理工大学 2008
[3]三级电磁发射器的建模及仿真优化[D]. 孙百瑜.哈尔滨理工大学 2006



本文编号：3472601