電磁軌道發(fā)射技術(shù)是二十世紀(jì)初初期被提出來(lái)并且迅速發(fā)展的一項(xiàng)非常重要的工程技術(shù)。經(jīng)過(guò)近兩百年的探索和研究,該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展壯大,并在航空航天、高壓物理、材料科學(xué)、軍工武器等方面展現(xiàn)了巨大的潛力。特別是在武器方面,電磁發(fā)射技術(shù)主要有線圈炮、重接炮和軌道炮三種形式,其中軌道炮最簡(jiǎn)單且容易達(dá)到超高的發(fā)射速度。相比于傳統(tǒng)火炮,電磁軌道炮具有性能優(yōu)良,出口速度高,操控性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是電磁軌道炮容易出現(xiàn)電樞融化、軌道刨削、電樞轉(zhuǎn)捩等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響電磁軌道炮的能量轉(zhuǎn)換效率和出口速度。本文以增強(qiáng)型電磁軌道炮為研究對(duì)象,通過(guò)研究電磁軌道炮的工作機(jī)理,建立系統(tǒng)相關(guān)數(shù)學(xué)模型,搭建Matlab/Simulink系統(tǒng)仿真模型并以仿真結(jié)果為初始條件通過(guò)Ansys workbench仿真平臺(tái)進(jìn)行多物理場(chǎng)的耦合仿真計(jì)算進(jìn)行性能研究分析。首先,研究增強(qiáng)型電磁軌道炮的結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理,推導(dǎo)出電樞所受電磁力、摩擦阻力、空氣阻力、運(yùn)動(dòng)過(guò)程以及樞軌電壓降的數(shù)學(xué)模型,結(jié)合電容電路等電氣模型在Matlab/Simulink中搭建系統(tǒng)仿真模型,通過(guò)增強(qiáng)型電磁軌道炮的機(jī)電系統(tǒng)仿真模型計(jì)算得到增強(qiáng)型電磁軌道炮工作過(guò)程中的電流特性曲線... 

【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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電磁發(fā)射的應(yīng)用領(lǐng)域

燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-炮將2g鋁環(huán)加速到5000m/s的速度[15]。1972年美國(guó)宇航局提出用電刷來(lái)?yè)Q向的線圈炮，但由于線圈炮供電與結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得其發(fā)展逐漸停滯[16]。圖1-3線圈炮原理圖1.2.3重接炮重接炮實(shí)際上是一種特殊的感應(yīng)型線圈炮，重接炮與線圈炮相比，重接炮的驅(qū)動(dòng)線圈的極性和排列與線圈炮不同，而且重接炮彈丸一般是抗磁材料的實(shí)心良導(dǎo)體，重接炮的工作原理為“磁力線重接”[17]。重接炮由一對(duì)或者多對(duì)線圈和實(shí)心的彈丸組成，如圖1-4所示，以單級(jí)重接炮為例，上下為兩個(gè)對(duì)稱放置的驅(qū)動(dòng)線圈，中間為抗磁材料的實(shí)心彈丸，彈丸靠外力進(jìn)入到上下驅(qū)動(dòng)線圈的間隙之間，當(dāng)彈丸到達(dá)線圈中間位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)線圈立即充電并且使電流達(dá)到最大值，當(dāng)彈丸后邊與線圈后邊重合時(shí)，電流瞬間斷開，此時(shí)，由于磁力線不能在電流斷開的瞬間通過(guò)抗磁材料的彈丸，所以上下線圈分別自成磁力線回路，當(dāng)彈丸繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁力線繞過(guò)彈丸后邊彎曲重接，彎曲的磁力線有拉直的趨勢(shì)，從而推動(dòng)彈丸加速前進(jìn)將電能轉(zhuǎn)換為彈丸的動(dòng)能[18]。重接炮最早在1986年有考恩等人提出，并在美國(guó)申請(qǐng)了專利，由于重接炮沒(méi)有炮管，可以用來(lái)加速的磁能體積比其他種類的電磁炮大很多，電能損失又少，單位長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換為彈丸動(dòng)能的能量高，彈丸受力波動(dòng)孝均勻，但是重接炮的控制相比要復(fù)雜很多[19]。相比之下，軌道炮結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，控制相對(duì)容易，經(jīng)過(guò)多年的研究，電磁軌道炮技術(shù)已經(jīng)取得了一些成果[20]。本文選擇增強(qiáng)型電磁軌道炮作為研究對(duì)象，從電磁嘗溫度場(chǎng)和結(jié)構(gòu)場(chǎng)等方面進(jìn)行仿真分析，研究在發(fā)射過(guò)程中的電磁場(chǎng)分布，溫度變化以

第1章緒論-7-世界上最知名的電磁軌道發(fā)射器科研機(jī)構(gòu)[39]。圖1-4通用原子技術(shù)公司（GA）研制的“Blitzer”軌道炮在二十世紀(jì)八九十年代，IAT就對(duì)電磁軌道發(fā)射裝置相關(guān)技術(shù)投入了大量人力物力，并開發(fā)和實(shí)驗(yàn)了多種結(jié)構(gòu)形狀的電樞，并對(duì)電磁軌道發(fā)射裝置進(jìn)行了大量研究，IAT是美國(guó)對(duì)電磁軌道研究最全面的機(jī)構(gòu)[40]；ISL代表著歐洲對(duì)電磁軌道發(fā)射裝置的科研水平，ISL主要對(duì)電磁軌道的發(fā)射裝置和多發(fā)射模式進(jìn)行了大量的研究，其采用六棱柱電樞完成了電磁軌道炮的三連發(fā)[41]。并且ISL還提出了通過(guò)電磁軌道發(fā)射裝置進(jìn)行小型衛(wèi)星發(fā)射的構(gòu)想，目前ISL規(guī)模最大的電磁軌道發(fā)射裝置是“PEGASUS”，其電源能量可達(dá)10MJ，發(fā)射0.7kg彈丸可達(dá)1.5km/s[42]。NRL與美國(guó)許多科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作，并資助了眾多的電磁軌道發(fā)射研究項(xiàng)目，而NRL本身則對(duì)電磁軌道炮的材料進(jìn)行大量的研究，NRL研制的MaterialsTestingFacility電磁軌道發(fā)射裝置試驗(yàn)系統(tǒng)就是針對(duì)軌道材料進(jìn)行測(cè)試研究的[43]。除了以上三個(gè)機(jī)構(gòu)外，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（U.S.ArmyResearchLaboratory，ARL）、伊朗ImamKhomeini大學(xué)、美國(guó)海軍研究生院（NavalPostgraduateSchool,NPS）等機(jī)構(gòu)也在電磁軌道炮方面進(jìn)行大量的研究，2012年英國(guó)BAE公司研制出了32MJ工業(yè)級(jí)軌道炮[44]；同時(shí)，通用原子技術(shù)公司（GA）也研制了出了電磁軌道炮，并命名為“Blitzer”，如圖1-4所示，該軌道炮的彈丸出口速度達(dá)到了2.4km/s，打擊范圍超過(guò)200km[45]。2015年美國(guó)海軍進(jìn)行了電磁軌道炮的全參數(shù)發(fā)射試驗(yàn)，并計(jì)劃再2018年對(duì)DD（X）驅(qū)逐艦裝備，該電磁軌道炮的戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)為：每分鐘6到12發(fā)，電源能級(jí)為200MJ，炮彈出口速度達(dá)到2.5km/s，炮彈總質(zhì)量為20kg，最大射程300km以上，命中誤差在3m以內(nèi)，在炮彈命中目標(biāo)時(shí)，能量不小

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[8]電磁軌道發(fā)射系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能研究[D]. 諶建民.西南交通大學(xué) 2010
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