多極矩電磁發(fā)射系統(tǒng)優(yōu)化設計與實驗研究.pdf

1、電磁發(fā)射技術是一種利用電磁作用力將拋體加速至預定速度的發(fā)射技術，該技術的優(yōu)勢包括發(fā)射拋體質量范圍大、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、航母彈射和民用運輸?shù)葢妙I域具有非常廣泛應用潛力。電磁發(fā)射器按照結構可分為導軌型、線圈型和重接型三類，針對這些構型的研究較為充分，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)射構型，改善了傳統(tǒng)結構的一些缺陷。然而，多極矩構型作為一種新穎的電磁發(fā)射構型，針對它的研究尚不充分，許多機理尚未探明，并且缺乏實驗支持。因此，本文首先通過仿真詳細分析了多極矩構型的各項特性，提出了優(yōu)化構型，最后從實驗角度驗證了多極矩構型在電磁發(fā)射領域的可行性。
　　本文首先從磁擴散、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。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。然后從增強驅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構型，建立了三級扭轉多極矩發(fā)射器瞬態(tài)仿真模型并與傳統(tǒng)的多極矩扭轉構型進行比較。仿真結果表明，圓弧型和開槽

4、型多極矩扭轉構型改善了傳統(tǒng)扭轉構型效率低下的缺點，圓弧構型能大大增加拋體的軸向電磁推進力，提供較高的直線出口速度;開槽構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力矩，使拋體的旋轉出口速度提高。此外，通過仿真發(fā)現(xiàn)，隨著驅動線圈扭轉角度增加，拋體直線出口速度逐漸減小，扭轉出口速度先增大后減小。最后，設計并制作了單級六極矩發(fā)射器，在此基礎上搭建了多極矩發(fā)射實驗平臺，在不同實驗參數(shù)下進行發(fā)射實驗，驗證了多極矩構型的可行性。采用3000