基于磁-彈流動(dòng)壓模型的樞-軌界面金屬液化層穩(wěn)定性研究.pdf

1、電磁軌道炮中電樞和軌道接觸副間的滑動(dòng)電接觸是極限條件下的電接觸。斑點(diǎn)接觸導(dǎo)致的局部集中的焦耳熱和高壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)摩擦熱會(huì)使得樞-軌界面耐熱強(qiáng)度接近材料的極限，電樞往往在這種條件下發(fā)生熔化變成液態(tài)的金屬填充在樞-軌界面，使原本的固-固接觸狀態(tài)變?yōu)楣?液-固接觸狀態(tài)。樞軌界面金屬液化層特性會(huì)隨著發(fā)射條件的變化而動(dòng)態(tài)變化，這種變化可能使得液化層出現(xiàn)不穩(wěn)定，液化層的不穩(wěn)定又可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)捩的發(fā)生。轉(zhuǎn)捩是電磁軌道炮技術(shù)中不可回避并亟待解決的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題

2、，轉(zhuǎn)捩與樞軌界面的穩(wěn)定性密切相關(guān)，因此，深入研究樞軌界面金屬液化層的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性，對(duì)探索引起轉(zhuǎn)捩發(fā)生的可能機(jī)理有著非常重大的意義。
　　本文針對(duì)電磁發(fā)射中的液化層，建立包含相互耦合的電磁場(chǎng)模塊、彈性流體力學(xué)模塊、固體力學(xué)模塊以及傳熱學(xué)模塊的金屬液化層磁-彈流動(dòng)壓潤(rùn)滑模型，并利用COMSOL多物理場(chǎng)仿真軟件進(jìn)行耦合迭代求解模型，分析了樞軌界面金屬液化層的動(dòng)態(tài)特性。在建立的模型下，隨著速度的增加，位于電樞尾翼頭部的液壓最大值以及總

3、體液壓是一直增大的，最大值達(dá)到了幾百M(fèi)Pa；速度越大，膜厚剛開(kāi)始越來(lái)越大，但是在下降沿階段有趨于飽和甚至反而減小的趨勢(shì)，位于電樞尾翼端部的最大膜厚總體在一兩百μm左右。在磁-彈流動(dòng)壓模型計(jì)算的液化層動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，從液化層的產(chǎn)生和沉積角度建立了基于熔化沉積比的液化層穩(wěn)定性判據(jù)，找到了穩(wěn)定性臨界。液化層在越過(guò)臨界速度之后會(huì)出現(xiàn)收縮，本文因此研究了液化層不同收縮狀態(tài)下的液化層動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性臨界。在不同的收縮方式下，液化層的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定

4、性都存在一定的差異，液化層收縮的越多，穩(wěn)定性臨界速度越小，在相同的收縮長(zhǎng)度時(shí)，向尾部收縮有更大的臨界速度。在考慮了發(fā)射過(guò)程中液化層膜厚的動(dòng)態(tài)變化這個(gè)因素的作用下，建立了更加準(zhǔn)確的穩(wěn)定性模型，通過(guò)該模型的計(jì)算揭示了液化層在整個(gè)發(fā)射過(guò)程中的狀態(tài)變化，并且得到了液化層失穩(wěn)的臨界點(diǎn)與穩(wěn)定區(qū)。當(dāng)全接觸的液化層隨著速度的增大達(dá)到穩(wěn)定性臨界時(shí)，液化層開(kāi)始收縮，而收縮之后的區(qū)域仍然是不穩(wěn)定區(qū)，因此，收縮將持續(xù)下去。最后，在研究了液化層穩(wěn)定性受外參數(shù)的影