電磁發(fā)射技術(shù)是一種性能優(yōu)良的發(fā)射方式,其原理是利用渦流和磁場的作用來推動發(fā)射體。電磁發(fā)射技術(shù)的主要優(yōu)勢是發(fā)射效率高,發(fā)射體的速度不受制于聲速且具有發(fā)射大質(zhì)量物體的潛力,因此備受關(guān)注。在各個領(lǐng)域如:交通運(yùn)輸、航空航天、軍事武器等方面有著良好的應(yīng)用前景。通常按照發(fā)射方式的不同,可以分為線圈炮、軌道炮和重接炮。線圈炮和軌道炮作為研究已久的技術(shù),依然無法大規(guī)模應(yīng)用,前者的問題是加速發(fā)射體的軸向力小于徑向力,而后者存在滑動電接觸的問題,這些原理性的缺陷限制了電磁發(fā)射技術(shù)的發(fā)展。而重接炮的研究歷史較短,雖然不存在上述問題,但是其發(fā)射體的質(zhì)量較小限制了其應(yīng)用。本文基于板狀彈丸重接炮的基本原理,以及多極矩構(gòu)型提出了一種新的發(fā)射模式,多極矩重接式電磁發(fā)射模式能解決上述的問題。作為一種較為新穎的模式,需要進(jìn)一步探索其機(jī)制。本文所提出的新構(gòu)型是根據(jù)板狀彈丸餅形線圈重接炮提出的,而關(guān)于重接炮的系統(tǒng)研究較少,本文首先將研究其基本原理與電路方程,推導(dǎo)了重接炮的電磁場方程,分別是驅(qū)動線圈的磁場方程以及拋體電樞感應(yīng)出的渦流方程,通過有限元仿真軟件Ansys Maxwell進(jìn)行靜磁場仿真,觀察其磁場分布,用相同的模型進(jìn)行瞬態(tài)場仿真,根據(jù)仿真結(jié)果得到的速度曲線、受力曲線和電流曲線分析重接炮的發(fā)射性能。然后完成重接炮的理論分析后提出了多極矩重接式電磁發(fā)射模式,分析了這種構(gòu)型發(fā)射的基本原理,并建立多極矩構(gòu)型的數(shù)學(xué)模型。對該模型進(jìn)行靜磁場仿真發(fā)現(xiàn)相鄰的驅(qū)動線圈之間存在著耦合,會加強(qiáng)驅(qū)動線圈口徑處的磁場,有利于磁力線的重接。通過瞬態(tài)場仿真發(fā)現(xiàn)該構(gòu)型將0.49kg的拋體電樞在初速度為0的情況下加速到658.3m/s,且觀察拋體電樞的受力軸向力很大,徑向力很小,通過公式計(jì)算得到能量轉(zhuǎn)換效率為21.23%,這說明該發(fā)射模式具有高速發(fā)射,大推力,懸浮特性,高效率等潛力,是一種發(fā)射性能優(yōu)良的構(gòu)型。接著研究了電容器參數(shù)對發(fā)射效率的影響以及驅(qū)動線圈的優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過仿真發(fā)現(xiàn)對于電容器的電壓值和電容值中的其中一個參數(shù)確定以后,出口速度的變化與另一個參數(shù)的變化成正比,發(fā)射效率先增后減。對于驅(qū)動線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)的仿真發(fā)現(xiàn)驅(qū)動線圈的厚度和匝數(shù)增加都會使得發(fā)射速度減小,應(yīng)合理設(shè)置厚度和匝數(shù)。此外提出了梯形結(jié)構(gòu)的驅(qū)動線圈,通過仿真結(jié)果的對比,發(fā)現(xiàn)梯形結(jié)構(gòu)線圈的發(fā)射系統(tǒng)具有更好的發(fā)射性能,為驅(qū)動線圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了思路。最后搭建了三級發(fā)射的仿真模型,提出了多級發(fā)射最佳觸發(fā)位置的確定方法,并分析了多級發(fā)射級間耦合關(guān)系。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TJ866
【部分圖文】：

電磁發(fā)射技術(shù)的發(fā)展相對緩慢。在，因此各種新式武器橫空出世。由于電磁發(fā)科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，大量的資源投入了電電磁發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用遇到了瓶頸。在1944年應(yīng)用方面遇到的兩大困難：電樞和電源[20]道炮的原理使得電樞和導(dǎo)軌都要承受數(shù)量級，因此對材料的耐熱性以及耐磨損性提出了給軌道炮供電的脈沖電源功率也要求更高。的主要挑戰(zhàn)。歇爾（R.A.Marshall）通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了將 3 [21]，該裝置的結(jié)構(gòu)如圖 1-6 所示。對于電因?yàn)檫@一實(shí)驗(yàn)成果打破了 1957 年美國空軍點(diǎn)。從那時起，電磁發(fā)射技術(shù)已經(jīng)受到各國資金。已經(jīng)建立了一批研究小組，電磁發(fā)射

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 在對電磁發(fā)射技術(shù)進(jìn)行研究的各個國家中，美國對該領(lǐng)域的投入是最大的，因發(fā)射領(lǐng)域的進(jìn)展中，美國也一直處在領(lǐng)先的位置。美國桑迪亞實(shí)驗(yàn)室在 80 年代了研究小組，該小組的主要成果是探究了電磁炮在軍事方面和航空航天方面的在 1992 年，研究小組進(jìn)行了車載靶場實(shí)驗(yàn)，這是電磁炮在軍事應(yīng)用方面的進(jìn) 年，美國軍方實(shí)現(xiàn)了使用 1/8 尺寸的電磁軌道炮將射彈加速到 6 馬赫，動能為耳。經(jīng)過多年的研究美國在電磁發(fā)射領(lǐng)域已經(jīng)有了深厚的底蘊(yùn)，在 2004 年，美電磁發(fā)射技術(shù)能實(shí)現(xiàn)大質(zhì)量以及高速度發(fā)射要求的潛力。之后又在 2008 年，美的技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化升級，其方法是設(shè)計(jì)出了新型的軌道，能將 3.35kg 的發(fā)射體5km/s，出口動能達(dá)到了 10MJ[24]。2012 年，美國軍方在一次實(shí)驗(yàn)中能將 10.體加速到了 2.5km/s，動能達(dá)到了 33MJ，這將發(fā)射彈丸的質(zhì)量以及動能提升了得到了巨大的提升。實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1-7 和 1-8 所示[25]。

了使用 1/8 尺寸的電磁軌道炮將射彈加速究美國在電磁發(fā)射領(lǐng)域已經(jīng)有了深厚的底現(xiàn)大質(zhì)量以及高速度發(fā)射要求的潛力。之升級，其方法是設(shè)計(jì)出了新型的軌道，能達(dá)到了 10MJ[24]。2012 年，美國軍方在一/s，動能達(dá)到了 33MJ，這將發(fā)射彈丸的質(zhì)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1-7 和 1-8 所示[25]。圖 1-7 美國海軍 32MJ 電磁軌道炮
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