為了將電磁發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于地空導(dǎo)彈,利用ANSYS Maxwell電磁分析軟件建立應(yīng)用于導(dǎo)彈發(fā)射的四極電磁軌道發(fā)射裝置仿真模型。以某型地空導(dǎo)彈的發(fā)射性能為指標(biāo),對電磁軌道發(fā)射裝置施加脈沖激勵(lì)電流,并用MATLAB軟件分析計(jì)算導(dǎo)彈在電磁推力作用下的速度和加速度特性。結(jié)果表明:四極電磁軌道發(fā)射裝置可以產(chǎn)生足夠大的推力,對導(dǎo)彈進(jìn)行加速,滿足某型導(dǎo)彈的發(fā)射性能指標(biāo)。 

【文章來源】：火力與指揮控制. 2020,45(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

導(dǎo)軌電流產(chǎn)生磁場強(qiáng)度示意圖

叩牡緦髦?容易造成發(fā)射裝置燒蝕與熔化，從而降低了發(fā)射裝置的能量利用率，因此，無法滿足地空導(dǎo)彈的發(fā)射要求［6-8］。本文采用四極電磁軌道發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)，呈對稱分布的4個(gè)導(dǎo)軌不僅可以保證導(dǎo)彈在發(fā)射筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，還可以降低對電源電流的要求，其產(chǎn)生的磁場通過疊加可以有效增強(qiáng)電樞所受的電磁推力，提高發(fā)射效率。導(dǎo)彈四極電磁軌道發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，導(dǎo)軌材料為銅，電樞材料為鋁。4根相同的導(dǎo)軌等距離、對稱安裝，可以起到固定和引導(dǎo)電樞運(yùn)動(dòng)的作用。圖1四極電磁軌道發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)圖電樞的結(jié)構(gòu)如圖2所示，為了保證電樞與導(dǎo)軌有較好的接觸，為電樞設(shè)置了適當(dāng)長度的尾翼。電樞中部采用鏤空結(jié)構(gòu)，四角采用弧形結(jié)構(gòu)，可以很好地對電流進(jìn)行導(dǎo)引，減小了電樞質(zhì)量，同時(shí)也有利于電樞的局部區(qū)域散熱。圖2電樞結(jié)構(gòu)示意圖1.2發(fā)射原理分析導(dǎo)彈四極電磁軌道發(fā)射裝置中，對兩個(gè)相對的導(dǎo)軌加載大小相同的同向脈沖電流。電流流經(jīng)電樞之后流向另外兩個(gè)相對的導(dǎo)軌，形成閉合回路。相鄰導(dǎo)軌的電流方向相反，可以有效增強(qiáng)導(dǎo)軌周圍的磁場強(qiáng)度［9-12］。導(dǎo)軌中的電流在發(fā)射裝置內(nèi)部產(chǎn)生四極磁場，流經(jīng)電樞的電流與該磁場正交產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁力，推動(dòng)電樞和導(dǎo)彈沿著導(dǎo)軌做加速運(yùn)動(dòng)，將導(dǎo)彈發(fā)射出筒。2導(dǎo)軌產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度分析圖3導(dǎo)軌電流產(chǎn)生磁場強(qiáng)度示意圖電樞受到4個(gè)導(dǎo)軌產(chǎn)生的磁場的作用，在不考慮趨膚效應(yīng)的情況下，假定認(rèn)為電流在導(dǎo)軌內(nèi)均勻分布。導(dǎo)軌橫截面長為a，寬為b，取垂直紙面向內(nèi)為Z軸正方向，也是電樞的運(yùn)動(dòng)方向。導(dǎo)軌中的電流方向如圖3所示，并給4個(gè)導(dǎo)軌進(jìn)行編號。將有電流流過的導(dǎo)軌看成由無數(shù)根通電導(dǎo)線組成，根據(jù)畢奧-薩法爾定律（1）導(dǎo)軌1上任意一點(diǎn)的電流元為，其在電樞上一分析點(diǎn)的

在ANSYSMaxwell電磁分析軟件中建立四極電磁軌道發(fā)射裝置的仿真模型，在激勵(lì)電流幅值達(dá)到300kA時(shí)，電樞所在位置的磁場分布情況如圖4所示，磁場呈對稱分布，最大磁場強(qiáng)度為1.84T。電樞底部所在平面磁場強(qiáng)度較高，隨著高度的增加，磁場強(qiáng)度逐漸減校電樞頂部中間部位磁場強(qiáng)度最小，在對地空導(dǎo)彈進(jìn)行發(fā)射時(shí)，可以有效減少強(qiáng)磁場對導(dǎo)彈內(nèi)部元件電磁干擾。3電樞的受力分析對電樞的受力情況進(jìn)行分析，首先對電樞中的電流分布情況進(jìn)行分析。利用Maxwell電磁分析軟件，得到在激勵(lì)電流幅值300kA時(shí)電樞內(nèi)部的電流情況，結(jié)果如圖5所示。電流在引流弧的作用下在電樞內(nèi)形成環(huán)向電流，電流值較大的區(qū)域主要集中在電樞尾翼與導(dǎo)軌接觸的部位。電樞底部的電流值要大于頂部的電流值。圖5電樞內(nèi)部電流矢量圖上一節(jié)已經(jīng)對發(fā)射裝置內(nèi)的磁場強(qiáng)度進(jìn)行了理論分析與數(shù)值仿真。流經(jīng)電樞中的電流與電樞所在位置的磁場正交產(chǎn)生電磁力作用于電樞。電樞所在位置的磁場矢量圖如圖6所示。磁場強(qiáng)度較大的部位位于電樞尾翼與導(dǎo)軌接觸的部位、電樞尾翼與電樞底部的交界處。從圖5和圖6中，可以很明顯看出電流與磁場矢量方向上的正交關(guān)系，仿真結(jié)果也說明了發(fā)射裝置模型設(shè)計(jì)的合理性。圖7為電樞所受電磁推力的仿真計(jì)算結(jié)果，沿電樞運(yùn)動(dòng)方向的（a）電樞底部的磁場強(qiáng)度分布（b）電樞頂部的磁場強(qiáng)度分布圖4電樞所在位置的磁場強(qiáng)度分布崔孟陽，等：地空導(dǎo)彈四極電磁發(fā)射裝置的仿真與分析·19·1545

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