多極矩電磁發(fā)射系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計與實驗研究.pdf

1、電磁發(fā)射技術(shù)是一種利用電磁作用力將拋體加速至預(yù)定速度的發(fā)射技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)勢包括發(fā)射拋體質(zhì)量范圍大、出口速度不受滯止聲速限制、發(fā)射效率高、能源成本低等，因此在新型武器、核工業(yè)工程、航母彈射和民用運(yùn)輸?shù)葢?yīng)用領(lǐng)域具有非常廣泛應(yīng)用潛力。電磁發(fā)射器按照結(jié)構(gòu)可分為導(dǎo)軌型、線圈型和重接型三類，針對這些構(gòu)型的研究較為充分，但同時也發(fā)現(xiàn)它們存在著一些缺陷，例如線圈炮加速過程中拋體所受徑向壓縮力大于軸向加速力，而重接炮的構(gòu)型則決定它主要適合發(fā)射板狀拋體。

2、
　　根據(jù)徑向磁場與拋體相互作用產(chǎn)生加速力的原理，本實驗室研究組提出了多極矩電磁發(fā)射構(gòu)型，改善了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一些缺陷。然而，多極矩構(gòu)型作為一種新穎的電磁發(fā)射構(gòu)型，針對它的研究尚不充分，許多機(jī)理尚未探明，并且缺乏實驗支持。因此，本文首先通過仿真詳細(xì)分析了多極矩構(gòu)型的各項特性，提出了優(yōu)化構(gòu)型，最后從實驗角度驗證了多極矩構(gòu)型在電磁發(fā)射領(lǐng)域的可行性。
　　本文首先從磁擴(kuò)散、渦流場、電路集中參數(shù)等角度研究了多極矩的電磁特性，為后面的仿真

3、和實驗工作提供理論基礎(chǔ)。其次建立了單級多極矩發(fā)射器的三維靜態(tài)、瞬態(tài)有限元模型，指出多極矩線圈具備多種連接構(gòu)型。通過仿真計算發(fā)現(xiàn)，相鄰線圈電流方向相反的連接構(gòu)型具有最好的發(fā)射性能;外電路參數(shù)、拋體初始位置和間隙對出口速度有較大影響，在一定約束條件下具備最優(yōu)解。然后從增強(qiáng)驅(qū)動線圈和拋體磁耦合緊密度的角度出發(fā)，提出了圓弧型和開槽型多極矩扭轉(zhuǎn)構(gòu)型，建立了三級扭轉(zhuǎn)多極矩發(fā)射器瞬態(tài)仿真模型并與傳統(tǒng)的多極矩扭轉(zhuǎn)構(gòu)型進(jìn)行比較。仿真結(jié)果表明，圓弧型和開槽

4、型多極矩扭轉(zhuǎn)構(gòu)型改善了傳統(tǒng)扭轉(zhuǎn)構(gòu)型效率低下的缺點，圓弧構(gòu)型能大大增加拋體的軸向電磁推進(jìn)力，提供較高的直線出口速度;開槽構(gòu)型通過限制渦流在拋體表面的流動能提供較大的周向扭轉(zhuǎn)力矩，使拋體的旋轉(zhuǎn)出口速度提高。此外，通過仿真發(fā)現(xiàn)，隨著驅(qū)動線圈扭轉(zhuǎn)角度增加，拋體直線出口速度逐漸減小，扭轉(zhuǎn)出口速度先增大后減小。最后，設(shè)計并制作了單級六極矩發(fā)射器，在此基礎(chǔ)上搭建了多極矩發(fā)射實驗平臺，在不同實驗參數(shù)下進(jìn)行發(fā)射實驗，驗證了多極矩構(gòu)型的可行性。采用3000