电磁发射轨道的非傅里叶热效应

发布时间：2020-12-02 06:17

　　电磁发射轨道在发射过程中通入的强电流会使轨道的温度迅速升高,这种温度的急剧变化以及存在的热应力可能会导致轨道的烧蚀等破坏,将严重影响电磁发射轨道的寿命以及发射效率。对于这类问题的研究主要是对温度场的求解,然而电磁发射轨道的发射的过程属于快速瞬态传热,经典傅里叶热传导方程不能完整的表示热量传播过程,在瞬态传热的计算中可能存在误差,需要重新考虑快速瞬态传热时的传热模型。本文主要从理论与仿真模拟上分析电磁发射轨道中的非傅里叶热效应,为了研究电磁发射轨道中轨道与电枢的温度场变化规律,建立了含有内热源的非傅里叶热传导方程,通过格林函数法解得电枢与轨道的温度场解析解,给出轨道温度场随电枢移动的变化规律。为了研究轨道应力场的变化规律,利用电磁发射轨道的热传导方程与数据拟合的方法得到了沿轨道长度方向的温度场变化特性,运用热应力理论分析了非傅里叶热效应对轨道应力场的影响。与经典傅里叶计算的结果比较得出,在发射过程中,出口一端温度场的非傅里叶影响较大以及热应力计算应该考虑非傅里叶热效应带来影响的结论。通过使用Comsol多物理场耦合软件,建立电磁发射轨道的三维计算模型,通过修改固体传热模块的底层方程引入了... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

美国海军电磁炮

燕山大学工学硕士学位论文6第2章非傅里叶传热及轨道发射基本原理电磁发射轨道在发射过程中由于电枢的高速移动，以及电流本身产生的焦耳热，会使电磁轨道在发射的过程中生成大量热，对于普通的传热问题通常采用傅里叶定律进行解答，发射轨道的温度场理论计算一般可以简化成一个有限平面的温度场计算，对于电枢与轨道的接触，可以简化成为一种对轨道有限平面边界的热扰动，但对于这类快速瞬态传热的问题，常规的傅里叶定律有可能不再适用，因为其中隐含了热量传播速度无限大的假设，因此需要引入非傅里叶定律。本章主要介绍了电磁发射轨道传热基本原理，非傅里叶热传导的基本方程与含义，并且与傅里叶热传导进行对比。2.1电磁发射轨道电路如图2-1所示的简化电磁轨道的电路结构，由电源、开关、电枢、轨道等部分组成。开关闭合以后，电源、轨道与电枢形成闭合回路，最后经安培力来推动电枢的前进。从电路的角度去看电磁发射轨道，可以将电磁发射轨道看做电路中的电负载，电阻与电感沿着轨道的长度分布。图2-1轨道电路原理图在通电发射的过程中，由于电枢的移动，电阻阻值也随之变化。为计算电热，在发射过程中的电阻与电感按如下公式计算[49]：r0rRxRRx(2-1)r0rLxLLx(2-2)式中：R"r——轨道电阻梯度R"r=dRr/dx；L"r——轨道电感梯度L"r=dLr/dx；R0——初始电阻，一般可忽略不计；

燕山大学工学硕士学位论文14第3章发射轨道的温度场及非傅里叶热效应本文考虑了在电磁轨道在发射过程中传热问题的非傅里叶热效应，建立了含内热源的非傅里叶热传导方程，利用格林函数法解出了发射时的温度场解析解，分析了发射时非傅里叶热效应的影响，并与常规傅里叶传热时的结果进行比较。3.1发射轨道模型及研究方法图3-1电磁发射轨道简图如图3-1所示电磁轨道的结构，由电枢、轨道、盖板、绝缘层等部分组成。建立图3-2所示的坐标系，其中，设d为轨道的宽度，b为轨道间距，进行温度场分析时，将轨道沿x轴方向离散成等距离的N段，其间距均为x，轨道沿x轴坐标表达为(x1,x2...xi,...,xj...xN)，轨道总长度为L。电枢滑过每个坐标时将电枢与对应位置的轨道视为一个区块（如图3-2虚线所示），整体视为多个区块叠加而成。对于每个区块，温度场的解应由如下三部分组成：电枢加热后对轨道的影响；电枢在区块上作用时间内的轨道自身电加热；电枢离开区块后轨道自身的电加热。图3-2温度场计算简图因此，轨道的温升与电枢移动的位置相关。在tA时刻电枢沿轨道滑动的位移按


本文编号：2895119