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电磁轨道炮固体电枢的效能研究

作　者: 靳智
导　师: 沈培辉
学　校: 南京理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 电磁特性动力学阻力效率刨削
分类号: TJ866
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

固体电枢在能量传递及转换的过程中发挥着极其重要的作用,能否高效完成发射任务是系统评估的重要参考。在麦克斯韦理论分析的基础上,推导了系统的二维电磁微分方程,利用解析法及电流丝法对系统进行了分区求解,建立了系统的简化三维有限元模型,通过对模型施加梯形脉冲电流进行仿真,发现电磁场、洛伦兹力均成对称分布,电磁场具有明显的趋肤性,由内向外扩散。电枢导轨接触区域、电枢臂端拐角处,电枢喉部的电流密度大。电枢受力沿着支撑端至喉部逐渐变大,沿着上下方向大致相同。通过积分的方法研究了电枢的运动特性,并通过有限元仿真验证了理论的可行性。同时分析了电流波形及电枢结构对速度的影响。在不计烧蚀状况的阻力分析中发现低速段以摩擦力为主,高速段空气阻力较大。研究表明烧蚀的存在降低了电枢速度。此外,减小轨道电阻及其剩留磁能有利于改善能量的转换效率,电感及导轨高度的合理组合、降低发射温度等措施也有利于电枢效率的提高。最后,对不同电枢的效率模型进行了对比分析,得到了其效率曲线。从微观的角度探讨了电枢导轨的刨削机理,通过建立动力学模型并在扰度分析的基础上讨论了导轨参数对临界速度的影响。利用模型等效的方法模拟了多次发射下导轨的刨削规律,结果表明多次发射使得刨削加重,与试验结果吻合较好,同时给出了减少刨削的一些建议。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-18
  1.1 课题背景及研究意义  7-8
  1.2 电磁轨道炮的研究概况  8-11
    1.2.1 电磁发射技术的发展史  8
    1.2.2 国外研究状况  8-9
    1.2.3 国内研究现状  9-10
    1.2.4 电磁轨道炮的关键技术  10-11
  1.3 电磁轨道炮的原理  11-13
    1.3.1 电磁场驱动分析法  11-12
    1.3.2 系统电路分析法  12-13
  1.4 电枢的发展  13-17
    1.4.1 电枢的分类  13-14
    1.4.2 固体电枢的技术问题  14-15
    1.4.3 固体电枢的优化进展  15-17
  1.5 本文主要工作  17-18
2 U型电枢的电磁特性研究  18-33
  2.1 固体电枢的接触理论  18
  2.2 固体电枢的速度屈服效应  18-23
  2.3 U型电枢的电磁特性研究  23-32
    2.3.1 三维电枢模型的电磁控制方程  23-24
    2.3.2 物理模型的建立  24-25
    2.3.3 仿真结果分析  25-32
  2.4 本章小结  32-33
3 电枢的动态特性研究  33-60
  3.1 基本理论分析  33-34
  3.2 仿真结果分析  34-37
    3.2.1 电流因素对速度的影响  35-36
    3.2.2 两种方法对比  36-37
  3.3 电枢结构对发射速度的影响  37-38
  3.4 电枢的阻力特性  38-42
    3.4.1 简化计算模型  38-39
    3.4.2 阻力分析  39-40
    3.4.3 仿真计算  40-41
    3.4.4 参数分析  41-42
  3.5 等离子体烧蚀分析  42-47
  3.6 能量与转换效率分析  47-55
    3.6.1 能量分析  47-51
    3.6.2 能量转换效率  51-55
  3.7 效率分析  55-59
    3.7.1 效率分析模型  55-57
    3.7.2 效率仿真分析  57-59
  3.8 本章小结  59-60
4 电枢轨道刨削分析  60-71
  4.1 刨削产生微观机理  61-62
  4.2 刨削产生扰度分析  62-65
    4.2.1 动力学模型的建立  62-64
    4.2.2 临界速度影响参数分析  64-65
    4.2.3 临界速度下扰度分析  65
  4.3 基于扰度分析的数值模拟  65-67
  4.4 刨削存在对连续发射的影响  67-68
  4.5 刨削热效应  68-69
  4.6 抑制刨削措施  69-70
  4.7 本章小结  70-71
5 结束语  71-74
  5.1 工作总结  71-72
  5.2 工作展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-80
附录  80

电磁轨道炮固体电枢的效能研究

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