非理想接觸樞-軌界面的電磁與熱特性研究.pdf

1、電磁發(fā)射技術(shù)正處于從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的階段，成功的關(guān)鍵之一在于有效解決高速滑動(dòng)電接觸界面損傷問題。由于大電流和高速運(yùn)動(dòng)，加之接觸壓力和電流不均勻分布，電磁發(fā)射樞/軌界面局部熱量集中溫升嚴(yán)重，一定條件下會(huì)導(dǎo)致電樞熔蝕和軌道槽蝕等界面損傷。為了控制界面損傷提高電磁發(fā)射性能，亟待充分揭示界面的電磁與熱特性。但是，在界面的強(qiáng)磁強(qiáng)流和強(qiáng)熱環(huán)境下幾乎不可能對(duì)界面物理過程進(jìn)行直接觀測(cè)，所以目前數(shù)值仿真是研究界面特性的主要手段。
　　本文首先分

2、析了樞/軌界面三維磁擴(kuò)散模型和熱傳遞模型。為了盡可能揭示實(shí)際過程，電磁模型中耦合了接觸電阻模型，主要考慮界面接觸壓力分布對(duì)接觸電阻的影響；熱模型中分析了傳熱方程、熱源分布和熱量分配，特別引入了Stefan條件在模型中實(shí)現(xiàn)了界面熔蝕形貌仿真。在有限元仿真軟件COMSOL中分別建立了非理想接觸下的磁擴(kuò)散仿真模型和熱傳遞仿真模型。電磁擴(kuò)散仿真模型由電磁模塊和機(jī)械模塊耦合構(gòu)成。利用該模型中計(jì)算樞/軌界面的接觸壓力分布和電流密度分布，分析界面電流

3、集中現(xiàn)象及其原因。熱傳遞仿真模型耦合了電磁模型中的焦耳熱，通過接觸壓力和電樞運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算界面摩擦熱。確定熱源后計(jì)算了界面電樞側(cè)、軌道側(cè)的溫度分布和界面熔蝕形貌，討論了電樞熔蝕和軌道槽蝕機(jī)理。通過算例結(jié)果總結(jié)了電流上升時(shí)間、電樞口徑和材料屬性等因素對(duì)界面電磁和熱特性的影響規(guī)律。最后設(shè)計(jì)并開展了界面電磁和熱特性的研究實(shí)驗(yàn)，控制相關(guān)條件進(jìn)行電磁發(fā)射，回收實(shí)驗(yàn)電樞，通過電樞表面形貌分析樞/軌界面物理過程。在實(shí)驗(yàn)室小口徑電磁發(fā)射平臺(tái)上分別進(jìn)行了電