电磁轨道炮口径对电磁特性与温度场影响研究
发布时间：2021-01-01 20:05
电磁轨道炮因具有炮口速度大、不易被拦截以及攻击性强等优势而在军事领域备受青睐,近年来国内对轨道炮的研究多集中于小口径轨道炮,但是小口径轨道炮在发射过程中产生的转捩烧蚀现象一直没有得到有效控制。与此同时,国外一些实验研究发现中、大口径轨道炮在发射试验中表现良好,不仅可以有效避免转捩现象,轨道炮的发射效率也得到了提高。受此启发,本文以具有相同出口速度为评价指标,讨论了三者的电磁发射性能,主要工作如下:以“Marshall法则”为前提条件设计了小、中、大三种口径轨道炮的C形电枢,并分析了三者的过盈接触状态。之后利用施加等效力的方法,得到了三种口径电枢在过盈力与洛伦兹力共同作用下的枢轨接触特性。使用Maxwell涡流场模块计算了三种口径轨道炮的电感梯度,应用Matlab Simulink软件仿真得到了使三者具有相同出口速度的激励电流曲线,在Maxwell瞬态场模块中计算了三种口径轨道炮的瞬态电磁场,并对比分析了三种口径电枢内部和枢轨接触面上的电流密度分布情况。通过建立摩擦热的数学计算模型,计算了三种口径轨道炮在摩擦热作用下的温度场。之后以电磁场计算结果为初始条件,进行电磁-温度耦合分析,计算得...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1串联增强型轨道炮原理图
第2章不同口径轨道炮结构设计与枢轨接触状态分析-8-图2-2轨道结构图2.2.2C形电枢设计电枢是轨道炮的重要构件，C形电枢是国内外研究和使用最多的结构形式之一，C形电枢的关键结构参数包括过盈量、尾翼长度、尾翼厚度和喉部厚度等[35]。合理设计的电枢应该能够提供充足的初始过盈接触力，过盈接触力充足与否一般按照Marshall的“1g/1A”法则[36]进行判断。在国内，对发射用C形电枢的研究已展开了十余年之久，并且已经积累了数量可观的研究成果[37,38]。例如，肖铮等人通过仿真计算得到了C形电枢部分结构参数变化对电枢内电流密度分布、枢轨接触面上接触压强分布的影响规律[39]。张改杰等人为了改善枢轨接触面上电流密度分布不均匀的情况，重新设计了C型电枢的几何结构，其计算结果表明将C形电枢进行前端弯曲、后端弯曲、前后端同时弯曲处理后，均能改善枢轨接触面电流密度分布性能[40]。另外，陈立学等人着重研究了C形电枢的尾翼结构[41,42]，其将电枢尾翼简化为非等截面悬臂梁结构，并推导出了过盈接触力与电枢尾翼结构参数之间的关系，基于该计算模型设计的电枢在实际发射试验中被加速至2500m/s而未发生转捩。本文在以上研究成果的基础上，设计了孝中、大三种口径轨道炮的C形电枢，电枢结构如图2-3所示，其中R为电枢头部外圆半径，r为电枢头部内圆半径，d为内外圆心距，d1、d2分别为电枢尾翼长度和厚度，d3为电枢尾翼下缘高度，三种口径电枢结构参数取值见表2-2。
燕山大学工学硕士学位论文-9-表2-2电枢结构参数口径R/mmr/mmd/mmd1/mmd2/mmd3/mm小口径1052.52428.6中口径19.910548417大口径39.5201096834图2-3电枢结构图2.3不同口径轨道炮枢轨接触状态分析枢轨间良好的电接触性能是电磁轨道炮高效发射的基本保证，因为在道炮发射过程中，电枢和轨道之间并非理想接触，即使经过精抛光处理，两者仍处于不均匀的点接触状态。因此，在发射过程中如果不能保持良好的枢轨接触状态，就极有可能出现拉弧现象，进而引起枢轨接触面的熔化烧蚀[43]。在轨道炮发射试验中，需要将电枢由轨道炮末端推入，这时电枢尾翼上翘部分被压平，由此产生的枢轨间接触力便是轨道炮的初始预紧力。枢轨间的初始接触状态会对轨道炮发射全过程的滑动界面状态起决定作用[44]，在国内，对枢轨初始接触状态论证最为详细的当属文献[45]，该文献提出了控制枢轨初始接触状态的关键参量：压入比，并分析了压入比对枢轨接触压强、接触面积和接触力的影响规律。同时，冯登等人重点研究了枢轨初始接触面上接触压力分布的不均匀特性，其利用ABAQUS有限元软件计算得到了枢轨接触面上的压强分布图，并讨论了电枢结构参数对接触压力不均匀分布的影响规律[46,47]。除了对枢轨接触面上接触压力的研究外，巩飞和翁春生研究了枢轨接触面的温升过程，其研究结果表明C形电枢尾翼臂角的降低有利于减小电枢接触面的温度峰值[48]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]C形一体电枢的结构设计及接触压力分析[J]. 范薇,苏子舟,范天峰,张涛,张洪海,刘勇. 兵工学报. 2019(10)
[2]轨道炮发射状态下复合轨道的温度场分析[J]. 田振国,安雪云,杨艳,郝亚娟. 燕山大学学报. 2019(03)
[3]电磁轨道炮枢轨的动态焦尔热特性[J]. 耿轶青,刘辉,马增帅,袁建生. 高电压技术. 2019(03)
[4]增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性研究[J]. 王振春,鲍志勇,曹海要,刘福才,战再吉,王大正. 兵工学报. 2018(03)
[5]电磁轨道发射装置截面形状对发射性能影响[J]. 张朝永,刘峰,黄立阳,张晖辉. 中国电子科学研究院学报. 2017(05)
[6]电磁轨道炮膛内热效应研究综述[J]. 刘贵民,朱硕,闫涛,杜林飞. 兵器装备工程学报. 2017(07)
[7]电磁轨道炮电枢技术研究进展[J]. 杜传通,雷彬,金龙文,向红军,孟学平. 火炮发射与控制学报. 2017(02)
[8]串联并列增强型轨道炮电磁特性分析[J]. 乔志明,雷彬,邢彦昌,向红军,吕庆敖. 磁性材料及器件. 2017(02)
[9]电磁轨道炮轨道温度场与热应力数值仿真[J]. 李小将,万敏,王志恒,杨曦晔. 火力与指挥控制. 2017(02)
[10]电磁轨道炮瞬态温度场的数值模拟[J]. 林庆华,栗保明. 工程热物理学报. 2017(01)
本文编号：2951914
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2-1串联增强型轨道炮原理图
第2章不同口径轨道炮结构设计与枢轨接触状态分析-8-图2-2轨道结构图2.2.2C形电枢设计电枢是轨道炮的重要构件，C形电枢是国内外研究和使用最多的结构形式之一，C形电枢的关键结构参数包括过盈量、尾翼长度、尾翼厚度和喉部厚度等[35]。合理设计的电枢应该能够提供充足的初始过盈接触力，过盈接触力充足与否一般按照Marshall的“1g/1A”法则[36]进行判断。在国内，对发射用C形电枢的研究已展开了十余年之久，并且已经积累了数量可观的研究成果[37,38]。例如，肖铮等人通过仿真计算得到了C形电枢部分结构参数变化对电枢内电流密度分布、枢轨接触面上接触压强分布的影响规律[39]。张改杰等人为了改善枢轨接触面上电流密度分布不均匀的情况，重新设计了C型电枢的几何结构，其计算结果表明将C形电枢进行前端弯曲、后端弯曲、前后端同时弯曲处理后，均能改善枢轨接触面电流密度分布性能[40]。另外，陈立学等人着重研究了C形电枢的尾翼结构[41,42]，其将电枢尾翼简化为非等截面悬臂梁结构，并推导出了过盈接触力与电枢尾翼结构参数之间的关系，基于该计算模型设计的电枢在实际发射试验中被加速至2500m/s而未发生转捩。本文在以上研究成果的基础上，设计了孝中、大三种口径轨道炮的C形电枢，电枢结构如图2-3所示，其中R为电枢头部外圆半径，r为电枢头部内圆半径，d为内外圆心距，d1、d2分别为电枢尾翼长度和厚度，d3为电枢尾翼下缘高度，三种口径电枢结构参数取值见表2-2。
燕山大学工学硕士学位论文-9-表2-2电枢结构参数口径R/mmr/mmd/mmd1/mmd2/mmd3/mm小口径1052.52428.6中口径19.910548417大口径39.5201096834图2-3电枢结构图2.3不同口径轨道炮枢轨接触状态分析枢轨间良好的电接触性能是电磁轨道炮高效发射的基本保证，因为在道炮发射过程中，电枢和轨道之间并非理想接触，即使经过精抛光处理，两者仍处于不均匀的点接触状态。因此，在发射过程中如果不能保持良好的枢轨接触状态，就极有可能出现拉弧现象，进而引起枢轨接触面的熔化烧蚀[43]。在轨道炮发射试验中，需要将电枢由轨道炮末端推入，这时电枢尾翼上翘部分被压平，由此产生的枢轨间接触力便是轨道炮的初始预紧力。枢轨间的初始接触状态会对轨道炮发射全过程的滑动界面状态起决定作用[44]，在国内，对枢轨初始接触状态论证最为详细的当属文献[45]，该文献提出了控制枢轨初始接触状态的关键参量：压入比，并分析了压入比对枢轨接触压强、接触面积和接触力的影响规律。同时，冯登等人重点研究了枢轨初始接触面上接触压力分布的不均匀特性，其利用ABAQUS有限元软件计算得到了枢轨接触面上的压强分布图，并讨论了电枢结构参数对接触压力不均匀分布的影响规律[46,47]。除了对枢轨接触面上接触压力的研究外，巩飞和翁春生研究了枢轨接触面的温升过程，其研究结果表明C形电枢尾翼臂角的降低有利于减小电枢接触面的温度峰值[48]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]C形一体电枢的结构设计及接触压力分析[J]. 范薇,苏子舟,范天峰,张涛,张洪海,刘勇. 兵工学报. 2019(10)
[2]轨道炮发射状态下复合轨道的温度场分析[J]. 田振国,安雪云,杨艳,郝亚娟. 燕山大学学报. 2019(03)
[3]电磁轨道炮枢轨的动态焦尔热特性[J]. 耿轶青,刘辉,马增帅,袁建生. 高电压技术. 2019(03)
[4]增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性研究[J]. 王振春,鲍志勇,曹海要,刘福才,战再吉,王大正. 兵工学报. 2018(03)
[5]电磁轨道发射装置截面形状对发射性能影响[J]. 张朝永,刘峰,黄立阳,张晖辉. 中国电子科学研究院学报. 2017(05)
[6]电磁轨道炮膛内热效应研究综述[J]. 刘贵民,朱硕,闫涛,杜林飞. 兵器装备工程学报. 2017(07)
[7]电磁轨道炮电枢技术研究进展[J]. 杜传通,雷彬,金龙文,向红军,孟学平. 火炮发射与控制学报. 2017(02)
[8]串联并列增强型轨道炮电磁特性分析[J]. 乔志明,雷彬,邢彦昌,向红军,吕庆敖. 磁性材料及器件. 2017(02)
[9]电磁轨道炮轨道温度场与热应力数值仿真[J]. 李小将,万敏,王志恒,杨曦晔. 火力与指挥控制. 2017(02)
[10]电磁轨道炮瞬态温度场的数值模拟[J]. 林庆华,栗保明. 工程热物理学报. 2017(01)
本文编号：2951914
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