為研究電磁軌道炮發(fā)射過程中瞬態(tài)多物理場的作用機(jī)制與內(nèi)在規(guī)律,建立包含電路、電磁場、熱場和結(jié)構(gòu)場的數(shù)學(xué)模型。模型中計(jì)入材料非線性、結(jié)構(gòu)變形、接觸碰撞等實(shí)際因素。采用隱式有限元格式求解電磁場和熱場以及顯式有限元格式求解結(jié)構(gòu)場,利用載荷傳遞和時(shí)間同步實(shí)現(xiàn)各物理場之間的耦合,發(fā)展出一種瞬態(tài)多物理場求解器。通過固體電樞型電磁軌道炮、同步感應(yīng)式電磁線圈炮等算例,討論了發(fā)射過程計(jì)算結(jié)果的合理性。結(jié)果表明,電磁炮的發(fā)射是多場耦合、多部件相互作用下的一個(gè)復(fù)雜動(dòng)力學(xué)過程,存在電流和磁場擴(kuò)散、溫升、應(yīng)力傳播、接觸碰撞等瞬態(tài)現(xiàn)象,發(fā)射性能與結(jié)構(gòu)、材料和激勵(lì)密切相關(guān)。該求解器可為電磁發(fā)射系統(tǒng)及其關(guān)鍵部件提供一種輔助設(shè)計(jì)手段。 

【文章來源】：兵工學(xué)報(bào). 2020,41(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

求解器框架

在電磁炮導(dǎo)電路徑的某個(gè)截面上，施加具有一定波形的電流作為激勵(lì)條件，或者采用場路耦合的方式，獲得激勵(lì)電流。以脈沖電容器組驅(qū)動(dòng)下的軌道炮發(fā)射系統(tǒng)為例，電路模型如圖2所示。圖2中，電源采用多模塊并聯(lián)方式，每個(gè)模塊k(k=1,2，…，n)中包含電容Ck、電感Lk、硅堆Dk、開關(guān)Kk，并計(jì)入雜散電阻Rk和RDk;軌道炮負(fù)載可視作可變電阻RL、可變電感LL以及電樞與軌道間接觸電壓Ua的串聯(lián)，負(fù)載電流i流過軌道和電樞，并在炮尾軌道兩端產(chǎn)生電壓Ub,ik為各模塊電流，R0為連接電源與軌道炮的輸電線電阻，L0為電感。當(dāng)模塊的電容器電壓uCk>0 V時(shí)，電路的數(shù)學(xué)模型如下:

圖3為計(jì)算模型的結(jié)構(gòu)尺寸及有限元網(wǎng)格的示意圖，模型中考慮了發(fā)射器及ILP的基本結(jié)構(gòu)特征。圖3(a)為發(fā)射器的截面，截面中心為ILP,D形軌道在其左右兩側(cè)相向布置，ILP上下兩側(cè)的矩形區(qū)域?yàn)榻^緣體，發(fā)射器的外層為纖維纏繞層。圖3(b)為ILP，由電樞、卡瓣、彈丸(內(nèi)部裝填炸藥)組成。發(fā)射器長6.0 m，軌道表面之間的最短距離為90 mm.ILP整體質(zhì)量約5.1 kg，其中彈丸質(zhì)量3.1 kg，電樞、卡瓣等寄生質(zhì)量為2.0 kg．在該算例中，軌道、絕緣體、卡瓣為彈性材料，電樞為彈塑性材料，發(fā)射器的纏繞結(jié)構(gòu)為正交各向異性彈性材料(材料參數(shù)見文獻(xiàn)[18])，裝藥為彈塑性流體動(dòng)力材料(材料參數(shù)見文獻(xiàn)[19])。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3501442