多極矩場(chǎng)電磁推進(jìn)模式研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、電磁推進(jìn)或者稱為電磁發(fā)射(Electromagnetic Launch，EML)，是指根據(jù)磁場(chǎng)與電流之間的相互作用效果，利用電磁力推進(jìn)或驅(qū)動(dòng)物體，使之加速運(yùn)動(dòng)達(dá)到所需應(yīng)用要求的一類發(fā)射裝置。電磁推進(jìn)器具有發(fā)射質(zhì)量范圍大、出口初速度高、能源簡(jiǎn)易、發(fā)射效率高、工作性能優(yōu)良、可控性好和結(jié)構(gòu)多樣等優(yōu)點(diǎn)，使其在未來(lái)軍事武器、科學(xué)研究、航天和交通、民用工業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用潛力。
　　按照推進(jìn)裝置結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，常規(guī)電磁推進(jìn)器基本

2、上可以分為三大類：導(dǎo)軌式(軌道炮Railgun)、同軸線圈式(線圈炮Coilgun)和重接式(Reconnection gun)。對(duì)于大質(zhì)量和大推力的發(fā)射要求，常規(guī)電磁推進(jìn)器存在一些原理性缺陷或面臨一定技術(shù)困難。導(dǎo)軌型電磁推進(jìn)器的兩條平行導(dǎo)軌和電樞是在兆安級(jí)電流下進(jìn)行工作的，電樞、導(dǎo)軌等部件在發(fā)射瞬間要承受極大的熱流和電磁應(yīng)力沖擊，容易造成導(dǎo)軌的嚴(yán)重?zé)g與表面剝落，本身高速運(yùn)動(dòng)與電接觸摩擦就是一對(duì)矛盾問(wèn)題；同軸直螺線管線圈型推進(jìn)器對(duì)拋體

3、電樞的電磁力主要分量為徑向力，表現(xiàn)為徑向壓縮力或徑向擴(kuò)張力，而用于對(duì)拋體電樞加速的軸向分量力則較小，且軸向加速力遠(yuǎn)小于徑向作用力，因此，線圈型電磁推進(jìn)器的電磁力利用率不高。本論文在國(guó)內(nèi)外首次提出應(yīng)用徑向磁場(chǎng)與環(huán)向電流相互作用進(jìn)行電磁推進(jìn)的思想，建立了多極矩場(chǎng)線圈型電磁推進(jìn)模式，并對(duì)多極矩場(chǎng)線圈型電磁推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。
　　論文首先對(duì)線圈型電磁推進(jìn)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行分析，給出了導(dǎo)軌型和線圈型電磁推進(jìn)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)常規(guī)線圈型電磁

4、推進(jìn)模式的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題并加以改進(jìn)；接著，提出應(yīng)用徑向磁場(chǎng)與環(huán)向電流相互作用進(jìn)行電磁推進(jìn)的思想，建立了多極矩場(chǎng)線圈型電磁推進(jìn)模式，對(duì)多極矩磁場(chǎng)構(gòu)型進(jìn)行數(shù)學(xué)解析，分析多極矩場(chǎng)電磁推進(jìn)模式的數(shù)學(xué)模型和機(jī)電方程，并給出系統(tǒng)方程的求解方法；然后，采用電磁場(chǎng)有限元方法仿真計(jì)算多極矩場(chǎng)電磁推進(jìn)的瞬態(tài)發(fā)射過(guò)程，對(duì)帶有彈射線圈的單級(jí)八極矩線圈推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行瞬態(tài)運(yùn)動(dòng)仿真，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多極矩場(chǎng)電磁推進(jìn)模型解決了傳統(tǒng)線圈型電磁推進(jìn)器軸向電磁力分量

5、不足導(dǎo)致加速力較小的缺陷，并對(duì)拋體電樞提供了穩(wěn)定的懸浮恢復(fù)力；對(duì)三級(jí)并排八極矩線圈型電磁推進(jìn)器的瞬態(tài)發(fā)射仿真，結(jié)果表明，多級(jí)加速效果明顯，該模式具有向多級(jí)高速擴(kuò)展的潛力；最后，對(duì)多級(jí)扭轉(zhuǎn)八極矩場(chǎng)線圈型電磁推進(jìn)器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，扭轉(zhuǎn)多極矩場(chǎng)線圈型電磁推進(jìn)器是對(duì)并排多極矩場(chǎng)線圈的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，理論分析和仿真結(jié)果顯示，該推進(jìn)模式使拋體電樞具有自旋運(yùn)動(dòng)，提高了拋體電樞的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性；同時(shí)，該部分還對(duì)電源電路與檢測(cè)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，設(shè)計(jì)了多極矩線圈