電磁發(fā)射技術(shù)的發(fā)展,使電磁軌道炮的巨大軍事應用潛力得到了很好而有效的發(fā)掘。電樞作為電磁軌道炮的關(guān)鍵組件,關(guān)系著電磁軌道炮整體性能,也一直是制約電磁軌道炮走向?qū)崙?zhàn)的難題。固體電樞軌道炮的電樞通常使用C型電樞。C型電樞的結(jié)構(gòu)變化可能會影響電樞的特性分布情況,電樞內(nèi)凹槽面的變化對電樞結(jié)構(gòu)有很大改變。為獲得合適的的電樞內(nèi)凹槽面樣式,更加優(yōu)化電樞的結(jié)構(gòu),需仿真各種內(nèi)凹槽面的形狀對電樞特性分布的影響并分析其規(guī)律。對于固體電樞軌道炮中電樞電流的集中分布會引起高溫,焦耳熱的集中會導致材料的受熱熔化,磁場的變化會引起電流的偏流,磁感應力的集中也會加劇電樞與軌道的磨損。本文利用ANSYS有限元軟件的電磁分析功能,使用三維場基于節(jié)點的磁標-矢勢聯(lián)合瞬態(tài)分析方法,對凹槽截面為三角形、矩形、拋物線型、梯形、直線加圓弧形五種凹槽結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)電樞模型,開展了靜態(tài)條件下的仿真研究。重點研究各種凹槽面對電樞的電流密度、磁場強度和焦耳熱分布的特性,同時對電樞加載電流時的翼向受力情況進行分析對比,以確定C型電樞合適的凹槽面形狀。仿真分析發(fā)現(xiàn):矩形、三角形、拋物線形、梯形、直線加半圓弧形五種不同凹槽截面形狀的電樞,在電樞凹槽面... 

【文章來源】：中國石油大學(華東)山東省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

－1Northrop型電磁炮Fig1-1Northropelectromagneticguns

圖 1－1 Northrop 型電磁炮Fig 1-1 Northrop electromagnetic guns1936 年， 美國的 Northrop 教授在普林斯頓大學的研制了離散加速的線圈炮[2]，如圖 1－1 所示。1978 年，澳大利亞國立大學巴伯和理查德.馬歇爾采用大型電感器，利用能夠提供 1MA 的電流的 550MJ 的脈沖型單級發(fā)電機驅(qū)動等離子體電樞，制造了一臺長5m 的導軌炮，將 3g 的聚碳酸脂彈丸，加速到 5900m/s 的速度[7]，如圖 1－2 所示。在 1980 年由美國軍隊和國防部相關(guān)研究單位成立主辦了第一屆電磁發(fā)射會議。并規(guī)定每隔 2－3 年舉辦一次。后來歐洲也成立了相關(guān)類似的“歐洲電磁發(fā)射技術(shù)討論會”制度。從 1997 年開始，這兩個會議合并，成為了世界性的電磁發(fā)射技術(shù)會議。美國還使用一種爆炸磁通壓縮發(fā)電機，實現(xiàn)了將 2.2g 彈丸發(fā)射到 10000 m/s 的高速的目標。到 1989 年，美國卡曼航天公司又實現(xiàn)了重量達到 1.125kg 的“大彈丸”發(fā)射。2004 年，美國第一次在海上組織了電磁軌道炮發(fā)射試驗；2008 年，美國海軍再次進行圖 1－2 堪培拉型電磁炮Fig 1-2 Canberra-type electromagnetic guns

道炮[9， 10]。他們采用新型的銅刷電樞，發(fā)射了質(zhì)量為 1kg 的彈丸，達到了的速度為 2000m/s 速并且使發(fā)射的電能轉(zhuǎn)化率超過了 30%，同時還很出色的克服了電樞的轉(zhuǎn)捩問題。2004 年英國國防部牽頭研制的輕型電磁軌道炮演樣機，在實驗過程中使用最大電流為 2MA。樣機的發(fā)射物為電樞和彈丸的組合裝置，在炮膛身管的形式上采用了矩形結(jié)構(gòu)、圓形結(jié)構(gòu)分別進行了試驗，彈丸速度發(fā)射到 2000 m/s。但是在試驗后發(fā)現(xiàn)電樞的還有輕微燒蝕痕跡。如圖 1－3 和圖 1－4 分別為試驗用的身管、彈丸。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及成果我國開展電磁發(fā)射技術(shù)的研究時間較晚。從 20 世紀 80 年代開始，國內(nèi)的一些刊物上才開始出現(xiàn)電磁發(fā)射的相關(guān)理論，包括概念、原理、國外的發(fā)展情況等。在 1987 年，新成立的新概念、新原理兵器課題組在一份報告中提出了“電磁推進裝置”的概念，并圖 1－4 英國電磁炮電樞彈丸組合Fig1-4 UK Railgun armature projectile combination圖 1－3 英國電磁炮矩形身管Fig 1-3 UK rectangular barrel of electromagnetic guns

【參考文獻】：
期刊論文
[1]電磁發(fā)射系統(tǒng)C型固體電樞的電流密度分布特性及其機理分析[J]. 曹昭君,肖錚.  電工電能新技術(shù). 2012(02)
[2]電磁軌道炮C型固體電樞組合裝填方式下接觸特性的分析[J]. 張祎,楊春霞,李貞曉,栗保明.  火炮發(fā)射與控制學報. 2011(04)
[3]國外電磁炮發(fā)展概述[J]. 張龍霞,李碧清,霍敏.  飛航導彈. 2011(10)
[4]電磁軌道炮電磁力學分析[J]. 王剛?cè)A,謝龍,王強,宋盛義,胡熙靜,王文斗.  火炮發(fā)射與控制學報. 2011(01)
[5]不同結(jié)構(gòu)形狀電樞在電磁軌道發(fā)射狀態(tài)下的應力分析[J]. 白春艷,張益男,陳鐵寧,白象忠.  火炮發(fā)射與控制學報. 2011(01)
[6]固體C型電樞幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計[J]. 張改杰,阮江軍,劉守豹,王棟,萬梓琳.  電氣技術(shù). 2010(S1)
[7]C型固體電樞3維有限元電磁發(fā)射計算[J]. 王強,關(guān)永超,王剛?cè)A,謝龍,蔣吉昊.  強激光與粒子束. 2010(04)
[8]國際電磁發(fā)射技術(shù)研究現(xiàn)狀[J]. 古剛,向陽,張建革.  艦船科學技術(shù). 2007(S1)
[9]電磁軌道炮導軌和電樞中的焦耳熱分析[J]. 李強,范長增,賈元智,張連勇,戰(zhàn)再吉,王文魁.  彈道學報. 2006(04)
[10]電磁發(fā)射的歷史及發(fā)展趨勢[J]. 李立毅,李小鵬.  微電機(伺服技術(shù)). 2004(01)

博士論文
[1]電磁軌道炮電樞特性理論研究[D]. 李昕.南京理工大學 2009

碩士論文
[1]不同結(jié)構(gòu)形式的電樞在電磁軌道發(fā)射狀態(tài)下的應力分析[D]. 白春艷.燕山大學 2010
[2]電磁軌道炮電氣負載特性的理論與實驗研究[D]. 陳立學.華中科技大學 2007
[3]電磁發(fā)射中C型固體電樞的特性研究[D]. 曹昭君.華中科技大學 2006
[4]多級控制電磁發(fā)射模型的研究[D]. 姜紅軍.哈爾濱理工大學 2004



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